无线网络可以穿透墙壁

加州大学圣巴巴拉分校教授Yasamin Mostofi实验室的研究人员提出了一个新的基础，可以仅使用WiFi信号对静止物体进行高质量成像。他们的方法使用衍射几何理论和相应的凯勒锥来追踪物体的边缘。该技术还首次通过WiFi的墙壁对英语字母进行成像或阅读，由于字母的细节复杂，这项任务对于WiFi来说太难了。

有关此技术的更多详细信息，请查看他们的视频 https://www.youtube.com/watch?v=pvqL3gqGDeM

“由于缺乏运动，使用WiFi对静止场景进行成像相当具有挑战性，”电气和计算机工程教授Mostofi说。“然后，我们采取了一种完全不同的方法来解决这个具有挑战性的问题，而是专注于追踪物体的边缘。 提出的方法和实验结果发表在 2023 年 6 月 21 日的 2023 年 IEEE 全国雷达会议 （RadarConf） 论文集上。

这项创新建立在Mostofi实验室之前的工作基础上，该实验室自2009年以来率先使用WiFi等日常射频信号进行传感，用于多种不同的应用，包括人群分析，人员识别，智能健康和智能空间。

“当给定的波入射到边缘点时，根据凯勒几何衍射理论（GTD），被称为凯勒锥，会出现一个出射射线锥，”莫斯托菲解释说。研究人员指出，这种相互作用不仅限于明显锋利的边缘，而是适用于具有足够小曲率的更广泛的表面。

“根据边缘方向，锥体在给定的接收器网格上留下不同的足迹（即圆锥截面）。然后，我们开发了一个数学框架，使用这些圆锥形足迹作为签名来推断边缘的方向，从而创建场景的边缘地图，“Mostofi继续说道。

更具体地说，该团队提出了一种基于凯勒锥的成像投影内核。该内核隐含地是边缘方向的函数，然后利用这种关系通过对一小组可能的边缘方向的假设检验来推断边缘的存在/方向。换句话说，如果确定存在边缘，则为他们感兴趣的成像点选择与生成的基于凯勒锥的签名最匹配的边缘方向。

“现实生活中物体的边缘具有局部依赖性，”该项目的首席博士生Anurag Pallaprolu说。“因此，一旦我们通过提议的成像内核找到了高置信度的边缘点，我们就使用贝叶斯信息传播将它们的信息传播到其余点。这一步可以进一步帮助改善图像，因为一些边缘可能位于盲区，或者 可能 被靠近发射器的其他边缘所压倒。最后，一旦图像形成，研究人员就可以通过使用视觉区域的图像完成工具来进一步改善图像。

“值得注意的是，当与商用WiFi收发器一起部署时，传统的成像技术会导致成像质量差，”Pallaprolu补充道，“因为表面在较低频率下可能看起来接近镜面，因此不会在接收器网格上留下足够的签名。

研究人员还广泛研究了几个不同参数的影响，例如表面曲率，边缘方向，到接收器网格的距离以及发射器位置对凯勒锥及其提出的基于边缘的成像系统，从而为有条不紊的成像系统设计奠定了基础。

在该团队的实验中，三个现成的WiFi发射器在该地区发送无线电波。然后将WiFi接收器安装在无人驾驶车辆上，该车辆在移动时模拟WiFi接收器网格。 接收器根据所提出的方法测量接收到的信号功率，然后用于成像。

研究人员在三个不同领域进行了广泛的测试，包括穿墙场景。在一个示例应用中，他们开发了一个WiFi读卡器来展示所提议的管道的功能。

此应用程序特别有用，因为英文字母表提供了可用于测试成像系统性能的复杂细节。沿着这条线，该小组已经展示了他们如何成功地对几个字母形状的物体进行成像。除了成像之外，他们还可以进一步对字母进行分类。最后，他们展示了他们的方法如何通过对细节进行成像并进一步阅读“BELIEVE”一词的字母来成像和阅读墙壁。此外，他们还对许多其他物体进行了成像，表明他们可以捕获以前无法通过WiFi实现的细节。

总体而言，所提出的方法可以为RF成像开辟新的方向。

有关该项目的更多信息，请访问 https://web.ece.ucsb.edu/~ymostofi/WiFiReadingThroughWall

有关Mostofi研究的更多信息，请访问 http://www.ece.ucsb.edu/~ymostofi/。

莫斯托菲可以在 [email protected] 到达。