一种基于细粒度子载波信息的低代价被动式定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于细粒度子载波信息的低代价被动式定位方法，包括构建WI‑FI收发网络，当构建的WI‑FI收发网络中没有目标时，采集每条链路的CSI值作为基线CSI值，当构建的WI‑FI收发网络中存在一个目标时，采集每条链路的CSI值作为CSI测量值，对CSI测量值进行滤波预处理得到预处理后CSI值，根据功率衰减模型建立方程组，构造目标函数并对目标函数求解，即实现目标定位；本发明专利技术避免了大量的人力和物力建立指纹库，减少相应的成本，并且对获得的CSI值进行预处理，有效降低多径对定位精度的影响，提高了基于模型被动式定位方法的可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及室内定位
，特别涉及一种基于细粒度子载波信息的低代价室内被动式定位方法。
技术介绍
近些年以来，室内定位在许多新兴的应用中起到了至关重要的作用，然而现存的大多数定位技术都需要目标自身携带可通讯设备，这造成了许多场景不适用。随着WiFi应用的普遍性，基于WiFi的被动式室内定位技术以其不需要用户佩戴任何无线设备且可以穿透非金属物质的墙体的特点，受到了学术界和产业界的巨大关注。现有的基于WiFi的室内被动式定位方法分为以下2类：第一类：基于RSS的被动式定位。由于商用设备获得RSS信息方便，该方法实现了低硬件成本定位。现有基于RSS的被动式定位大多是采用模型和指纹的方法。然而RSS是粗粒度信息，受多径影响严重，要想在室内环境中得到一个精准的模型来进行高精度的定位结果是很困难的，通常要求目标在无线链路的LOS路径上，或者需要成本非常昂贵的硬件设备。若采用指纹方法，当环境变化时，需要频繁地更新指纹库，消耗大量人力。第二类：基于CSI信息的被动式定位。现有基于细粒度CSI信息的被动式定位方法大多是采用指纹方法。通过收集目标在不同的位置指纹来建立一个指纹数据库，然后定位一个目标位置时，将观测的指纹和原来所得到指纹数据库进行对比分析，进而确定目标位置。该方法能得到令人满意的高精度，但是每当环境受到巨大变化或者细微变化时，它需要人工周期性地更新该指纹数据库来获得精准的定位，而这一过程会消耗大量的人力和物力。因此该类方法所需要的成本过高，可行性不好。综上所述，现有的被动式技术在定位精度、适普性、成本等方面存在不足。因此需要有更高可行性的被动式定位新技术。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种基于细粒度子载波信息的低代价被动式室内定位方法，该方法既能提供令人满意的高精度又能避免建立指纹库，降低人耗和成本。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：1.一种基于细粒度子载波信息的低代价被动式定位方法，包括以下步骤：步骤1，构建WI-FI收发网络，包括N个发送端和M个接收端,还包括M×N条链路，其中任意一个发送端到任意一个接收端即为一条链路，所述的WI-FI收发网络分为第一菲涅尔区域外部和第一菲涅尔区域内部，所述的第一菲涅尔区域内部分为视距路径和非视距路径；步骤2，当构建的WI-FI收发网络中没有目标时，采集每条链路的CSI值作为基线CSI值Fk，1≤k≤K，K为每条链路采集的CSI值的子载波数量；步骤3，当构建的WI-FI收发网络中存在一个目标时，采集每条链路的CSI值作为CSI测量值Ok，1≤k≤K；步骤4，若WI-FI收发网络中存在的目标在第一菲涅尔区域外部，则通过(式1)对CSI测量值进行滤波预处理得到预处理后CSI值CSIycl：其中，CSIycl为预处理后CSI值，Ok是第k个子载波的CSI测量值，f0是中心频率，fk是第k个子载波的频率，K是子载波总数；若WI-FI收发网络中存在的目标在第一菲涅尔区域内部，则对CSI测量值进行滤波预处理：去除CSI测量值中子载波幅度大于基线CSI值子载波幅度的CSI测量值，即得到预处理后CSI值；步骤5，通过对(式2)所示的目标函数求解，得到发送端、接收端、目标的坐标，即实现目标定位；其中，Y为N个发送端和M个接收端组成的所有链路数量，Ci为发送端i的坐标，Ci＝[xi，yi]；Cj为接收端j的坐标，Cj＝[xj，yj]；Ct为目标的坐标，Ct＝[xt，yt]；ht表示目标最高点到第ij链路的距离；CSIijy为预处理后第ij链路的CSI值；PFM(Ci,Cj,Ct,ht)表示估计WI-FI收发网络中存在一个目标时第ij链路的CSI测量值Rij：当目标在视距路径上时，Rij＝Lij+Dijt+At当目标在非视距路径但在第一菲涅尔区域内部时：Rij＝Lij+Dijt当目标在第一菲涅尔区域外部时：Rij＝Lij其中，At为目标遮挡视距路径时的吸收衰减值，第ij链路为发送端i和接收端j之间的链路；Rij为WI-FI收发网络中存在一个目标时第ij链路的估计CSI测量值；i＝1，…，N；j＝1，…，M；Lij为第ij链路的传播衰减值：dij是发射端i和接收端j的距离，λ是在中心频率的波长；Dijt为目标遮挡第ij链路引起的绕射衰减值：v为菲涅尔-基尔霍夫绕射参数，ht表示目标最高点到第ij链路的距离，dit是发射端i和目标的距离，djt是接收端j和目标的距离；其中，进一步地，步骤1中所述的WI-FI收发网络分为第一菲涅尔区域外部和第一菲涅尔区域内部，所述的第一菲涅尔区域内部分为视距路径和非视距路径是指：若ΔCSIeff>Ato，则WI-FI收发网络中存在的目标在视距路径上；若δeff<ΔCSIeff≤Ato，则WI-FI收发网络中存在的目标在非视距路径但在第一菲涅尔区域内部；若ΔCSIeff≤δeff，则WI-FI收发网络中存在的目标在第一菲涅尔区域外部；其中，Ato为预设的目标遮挡视距路径时的吸收衰减初始值；δeff为基线CSI值子载波的平均标准差，f0是中心频率，fk是第k个子载波的频率，δk是第k个子载波的基线CSI值的标准差，k＝1，…，K；K为每条链路采集的CSI值的子载波数量；ΔCSIeff表示有效CSI的变化，，f0是中心频率,Ob为基线CSI值，Fb为CSI测量值，I＝{b:Ob–Fb>δeff,1≤b≤K本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于细粒度子载波信息的低代价被动式定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建WI‑FI收发网络，包括N个发送端和M个接收端,还包括M×N条链路，其中任意一个发送端到任意一个接收端即为一条链路，所述的WI‑FI收发网络分为第一菲涅尔区域外部和第一菲涅尔区域内部，所述的第一菲涅尔区域内部分为视距路径和非视距路径；步骤2，当构建的WI‑FI收发网络中没有目标时，采集每条链路的CSI值作为基线CSI值Fk，1≤k≤K，K为每条链路采集的CSI值的子载波数量；步骤3，当构建的WI‑FI收发网络中存在一个目标时，采集每条链路的CSI值作为CSI测量值Ok，1≤k≤K；步骤4，若WI‑FI收发网络中存在的目标在第一菲涅尔区域外部，则通过(式1)对CSI测量值进行滤波预处理得到预处理后CSI值CSIycl：其中，CSIycl为预处理后CSI值，Ok是第k个子载波的CSI测量值，f0是中心频率，fk是第k个子载波的频率，K是子载波总数；若WI‑FI收发网络中存在的目标在第一菲涅尔区域内部，则对CSI测量值进行滤波预处理：去除CSI测量值中子载波幅度大于基线CSI值子载波幅度的CSI测量值，即得到预处理后CSI值；步骤5，通过对(式2)所示的目标函数求解，得到发送端、接收端、目标的坐标，即实现目标定位；其中，Y为N个发送端和M个接收端组成的所有链路数量，Ci为发送端i的坐标，Ci＝[xi，yi]；Cj为接收端j的坐标，Cj＝[xj，yj]；Ct为目标的坐标，Ct＝[xt，yt]；ht表示目标最高点到第ij链路的距离；CSIijy为预处理后第ij链路的CSI值；PFM(Ci,Cj,Ct,ht)表示估计WI‑FI收发网络中存在一个目标时第ij链路的CSI测量值Rij：当目标在视距路径上时，Rij＝Lij+Dijt+At当目标在非视距路径但在第一菲涅尔区域内部时：Rij＝Lij+Dijt当目标在第一菲涅尔区域外部时：Rij＝Lij其中，At为目标遮挡视距路径时的吸收衰减值，第ij链路为发送端i和接收端j之间的链路；Rij为WI‑FI收发网络中存在一个目标时第ij链路的估计CSI测量值；i＝1，…，N；j＝1，…，M；Lij为第ij链路的传播衰减值：dij是发射端i和接收端j的距离，λ是在中心频率的波长；Dijt为目标遮挡第ij链路引起的绕射衰减值：v为菲涅尔‑基尔霍夫绕射参数，ht表示目标最高点到第ij链路的距离，dit是发射端i和目标的距离，djt是接收端j和目标的距离；其中，...

【技术特征摘要】
1.一种基于细粒度子载波信息的低代价被动式定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建WI-FI收发网络，包括N个发送端和M个接收端,还包括M×N条链路，其中任意一个发送端到任意一个接收端即为一条链路，所述的WI-FI收发网络分为第一菲涅尔区域外部和第一菲涅尔区域内部，所述的第一菲涅尔区域内部分为视距路径和非视距路径；步骤2，当构建的WI-FI收发网络中没有目标时，采集每条链路的CSI值作为基线CSI值Fk，1≤k≤K，K为每条链路采集的CSI值的子载波数量；步骤3，当构建的WI-FI收发网络中存在一个目标时，采集每条链路的CSI值作为CSI测量值Ok，1≤k≤K；步骤4，若WI-FI收发网络中存在的目标在第一菲涅尔区域外部，则通过(式1)对CSI测量值进行滤波预处理得到预处理后CSI值CSIycl：其中，CSIycl为预处理后CSI值，Ok是第k个子载波的CSI测量值，f0是中心频率，fk是第k个子载波的频率，K是子载波总数；若WI-FI收发网络中存在的目标在第一菲涅尔区域内部，则对CSI测量值进行滤波预处理：去除CSI测量值中子载波幅度大于基线CSI值子载波幅度的CSI测量值，即得到预处理后CSI值；步骤5，通过对(式2)所示的目标函数求解，得到发送端、接收端、目标的坐标，即实现目标定位；其中，Y为N个发送端和M个接收端组成的所有链路数量，Ci为发送端i的坐标，Ci＝[xi，yi]；Cj为接收端j的坐标，Cj＝[xj，yj]；Ct为目标的坐标，Ct＝[xt，yt]；ht表示目标最高点到第ij链路的距离；CSIijy为预处理后第ij链路的CSI值；PFM(Ci,Cj,Ct,ht)表示估计WI-FI收发网络中存在一个目标时第ij链路的C...

【专利技术属性】
技术研发人员：房鼎益，王旋，王举，陈晓江，王安文，王薇，彭瑶，汤战勇，徐丹，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61