基于二維MEMS超聲相控陣的手勢識別關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、針對大多數(shù)可穿戴手勢識別設(shè)備使用不便以及激光、攝像頭等容易受到光照影響識別方法的局限性，本文研究了一種利用二維MEMS超聲陣列進行手勢識別的方法，該方法不僅不受光照的影響，也避免了穿戴復雜的穿戴設(shè)備。
　　基于單個活塞式陣元的聲場特性建立了二維平面超聲相控陣的聲場模型。分析了陣元大小、陣元間距、陣元個數(shù)對聲場特性影響，確定了二維面陣的發(fā)射和接收陣列的陣元大小、陣元間距、陣元個數(shù)等參數(shù)；利用交錯排布發(fā)射和接收陣列的雙向輻射效應優(yōu)化了

2、陣元間距，抑制了陣列柵瓣，改善了陣列掃描范圍。發(fā)射和接收陣列的陣元半徑分別為2mm和0.32mm；陣元個數(shù)分別為2×4和15×15；結(jié)合實際陣元大小，x方向的陣元間距分別為11.25mm和7.50mm；y方向的陣元間距分別為15.70mm和7.85mm；接收陣列無柵瓣仰角范圍為-34°~34°。
　　針對信息論準則不能正確估計相干信源個數(shù)的問題，利用空間平滑算法對相干信號的協(xié)方差矩陣進行空間平滑，再結(jié)合信息論準則對平滑后協(xié)方差矩陣

3、的特征根等參數(shù)進行計算，利用最小準則值進行信源數(shù)估計。比較了不同準則在不同信噪比時的誤差，對于本文設(shè)計陣列，采用Hannan-Quinn（HQ）準則的估計性能更好。同時還比較了不同陣元間距安裝誤差對HQ準則估計誤差的影響，結(jié)果表明容許的安裝誤差為?1mm~1mm時，對信源數(shù)估計影響較小，信源數(shù)估計誤差約為1，而無陣元間距安裝誤差時的估計誤差約為0.1。
　　采用Unitary-ESPRIT算法進行手勢采樣點的方向角估計，并結(jié)合空間

4、平滑方法對二維面陣的Unitary-ESPRIT算法進行改進，利用空間平滑后的接收信號協(xié)方差矩陣代替接收信號矩陣，解決了Unitary-ESPRIT算法不能處理相干源的問題。對改進后算法在不同陣元間距安裝誤差時的估計效果進行了分析，結(jié)果表明在容許的安裝誤差為-1mm~1mm時，對方向角估計影響較小，誤差約為1.6°，無陣元安裝誤差時的誤差約為0.2°。對改進前的Unitary-ESPRIT算法和改進后算法進行估計性能對比分析，結(jié)果表明改

5、進后算法能很好地識別相干源。將改進后算法與MUISC算法在仰角和方位角分辨率、誤差、算法耗時等方面進行性能仿真對比分析，在CPU為 Pentium Dual-Core E6300、內(nèi)存為2G的計算機上仿真表明改進后算法性能高于MUSIC算法，其仰角和方位角分辨率分別可達1°和4°左右，響應時間在0.6s左右，最大可估計仰角范圍為-33°~33°。
　　設(shè)計了一種利用信源估計區(qū)分度和微元思想進行手勢采樣點分割，并構(gòu)造原始手勢仿真信號