WiFi_穿墙透视_搜救灾后幸存者误差仅两厘米_李忠东

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WiFi“穿墙透视”

搜救灾后幸存者误差仅两厘米□编译 / 李忠东

“Wi-Vi”探测系统频率不受到限制美国麻省理工学院教授蒂娜?卡塔比教授和她的研究生法戴尔?阿迪布合作，开发了一套名为“Wi-Vi”的新探测系统，可以借助无处不在的WiFi网络追踪墙体另一侧的物体。新系统能够发射WiFi无线电波穿越障碍物，并且探测无线电波的反射方式。它虽然与雷达和声纳的工作原理类似，但是却不需要借助价格昂贵的庞大设备，频率也不会像雷达那样受到限制。

卡塔比教授说，开发“Wi-Vi”新探测系统并不是想象的那么简单，主要原因是受到物体形状和状态的影响。WiFi电波在房间内的家具、桌子、墙壁、天花板以及人身上发生乱反射，只有很少一部分会通过墙体另一面的物体进行反射。为了解决这个问题，卡塔比教授和阿迪布反复研究实验，开发出了能够抑制从墙壁等物体反射回来的电波而只抓取从移动的人体反射回来的电波的技术。具体做法如下：由“W i-V i”探测系统传输两组相反的WiFi信号，一旦一组信号碰到静止的物体，另一组就会抵消这组信号。但借助独特的信号编码方式，碰到运动的物体时就不会相互抵消。这样一来，即使追踪目标与“W i-V i”探测系统之间隔着一道墙，依然可以探测到这个正在运动的人反射的信号，而且该系统还能够利

用这些信号实时显示此人的运动方

式。卡塔比教授认为，这种技术对

“Wi-Vi”探测系统的开发起到了关

键性的作用。

在“Wi-Vi”探测系统中，最重

要的零件是安装有两根发射天线和一

根接收天线的WiFi收发器。两根发射

天线的位置设计得完全相反，但可以

发射相同强度的测距用电波信号，以

确保来自静止物体的反射波基本都会

相互抵消，结果只能检测出移动物体

反射回来的电波。而在很多情况下，

移动的都是人。“Wi-Vi”探测系统

的检测分辨率比较高，甚至还能检测

出人体胳膊的活动情况等。卡塔比教

授表示，她和阿迪布正在进一步提高

分辨率，因此有朝一日可能借助该技

术识别人的面部。

较之于雷达和声纳等现有的透视

技术，“W i-V i”探测系统的最大

优势在于成本低、能耗少和尺寸小。

卡塔比教授表示，该探测系统的核心

是一套编码机制，可以通过芯片来实

现。“Wi-Vi” 探测系统可以很快

整合到手机中，而且成本不会较常规

的WiFi模块高出太多。她指出：“我

们使用的所有零部件都已经在WiFi手

持设备中广泛使用，因此‘Wi-Vi’

探测系统不会消耗太大的电量。”

“Wi-Vi” 探测系统具有多种

用途，其中最重要的是灾后搜救。据

卡塔比教授介绍，“Wi-Vi” 探测

系统可以检测出是否有人被困在地震

等灾害发生后倒塌的房屋内以及生死

情况。即便被困人员身体不能动，但

只要胳膊或手等部位能动弹，该探测

系统就能检测出是否有人。在执行抓

捕任务时，警察也可以借“Wi-Vi”

探测系统了解房间内的人数和他们的

动向，避免在突袭时遭到伏击。如果

将该探测系统应用在游戏机里，即使

玩家走到其它房间，也可以继续运行

游戏。由于目前使用的雷达系统过于

庞大需要用卡车运输，美国军方在某

些情况下可能也需要借助更加便携的

“Wi-Vi”探测系统来透视墙体。

“Santa Barbara”机器人透视功

能强

近日，美国加利福尼亚大学的

一个科研团队成功开发出一种名叫

“Santa Barbara”的特殊机器人。它

具有异乎寻常的透视眼的功能，不必

依赖于任何传感器，只需要使用WiFi

网络，就可以看穿实心墙壁，通过扫

描确定墙内的物体轮廓和尺寸大小，

并根据反射弧的不同区分出金属、木

材和人体等。

虽然这项技术并非首创，但是其

他系统都依赖于一些高频的信号，使

用基本属于雷达系统的高功率无线电

402015.04.湖南安全与防灾

2015.04.湖南安全与防灾

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□责任编辑/彭燚

传感器阵列。而麻省理工学院建立的固定“Wi-Vi”探测系统，也有一定的缺陷，在分类和识别物体等方面有待于进一步的提高。

为了实现“穿墙”，需要两个“Santa Barbara”机器人共同协作，配对进行操作。其中一个来向外发出WiFi信号，在另一端的机器人则会对这些信号进行测试。由于物体和墙壁会极大地减弱信号的强度，这样收到信号的机器人就可以凭借信号的强度来判断它们之间是否有障碍物存在，大概的尺寸和材质，描绘详细的内部结构，形成准确的地图。

工作期间，几个“S a n t a Barbara”机器人在未知结构外面环绕，并彼此交替发送和接收用以扫描的无线网络信号，依靠WiFi的无线传输完成“透视视觉”的任务。该系统使用小波变换、空间域滤波、信号接收和处理、即时绘图运行算法等技术。每个机器人估计其自身的位置，并将坐标区域映射到对象空间中，同时根据机器人所设定的速度，方向和距离，使用陀螺仪和车轮编码器进行定位。虽然可能无法进行精确的测量，拥有约2厘米的分辨率误差，但对于分辨和成像已经足够了。

研制“Santa Barbara”机器人的目的主要是用于搜索和营救，特别是帮助在瓦砾中或发生事故矿井里搜寻幸存者，也可以应用于考古。研究人员还指出，这种无线网络扫描技术，通过结合静态的发送与接收，可以成为监控传感系统。同时它也有可能被用于健康监测的全身扫描中。该小组计划在成像应用中掺入激光制导，从而提高空间精度并改善拍摄图像的质量。

（编译自https://www.360docs.net/doc/2b10240158.html,， https://www.360docs.net/doc/2b10240158.html,）

下面用图示的方法具体加以说明

两个“Santa Barbara”机器人为实现“穿墙”正在协同工作。

左图：一个机器人发送Wi-Fi信号，另一个接受它，探测它们之间存在着什么样的物体。中图：感兴趣的区域是完全未知的。

右图：“Santa Barbara”描绘的墙壁内详细图形。

左图：感兴趣的区域是完全未知的。

中图：它的一个横向切口。白色区域表明有一个目的，而黑色区域表示，即没有什么在那些斑点。

右图：只有通过WiFi网络测量才能透墙看见。

左图：感兴趣的区域是完全未知的，需要进行成像。中图：它的一个水平切口（2.56米×2.56米），白色区域表明有物体，而黑色区域表示无物体存在。右图：根据WiFi网络测量，

发现了物体。

第一行图：感兴趣的区域是完全未知的，需要进行成像，

第二行第一个图：一个水平切口（7.67米×7.67米），白色区域表明有物体，而黑色区域表示无物体存在，然后两个物体从感兴趣的区域移动出来到水平切口。第二行第二个图：只使用激光扫描器的情况，墙壁后面闭塞的部分无法看见。第二行右边两个图：使用基于激光扫描仪和WiFi的集成测量可以清楚地识别墙壁后面闭塞部分的细节。