【技术实现步骤摘要】
位置感知方法和装置以及定位方法和装置
本申请涉及位置感知
，尤其涉及一种基于信道状态信息CSI的位置感知方法和装置。
技术介绍
随着物联网(InternetofThings，IoT)设备的大量普及以及IoT技术的迅速发展，智能家居应用开始逐渐步入普通家庭的日常生活中。因此，基于位置信息的服务或得到越来越多的关注，使得定位技术无论是在商业价值还是社会价值上都有着极大的发展空间，例如自动灯光调节、自动温度控制、智能功能推送，为多样化、智能化的家居生活带来了新的可能。为了提供精准便利的基于位置的服务，构建家庭IoT设备空间相对布局显得尤为重要。现有技术中，基于信道状态信息(channelstateinformation，CSI)的Wi-Fi定位系统可以实现分米级精度；例如，接入点(accesspoint，AP)从待定位目标物发送的信号中解析出CSI，CSI反映了通信信道对诸如幅度和相位的发送信号特性的影响，其中相位可用于计算到达角度(angleofarrival，AoA)。针对于2.4G-5G的Wi-Fi信号，采用CSI计算...
【技术保护点】
1.一种基于信道状态信息CSI的位置感知方法，其特征在于，包括：/n获取N个设备中每两个设备间相互检测到的CSI数据，N为大于或等于3的整数，每一个设备配置有呈非线性排列的M个天线，M为大于或等于3的整数；/n根据获取的CSI数据得到到达角度差ADoA集合，所述ADoA集合包括所述N个设备中每两个设备相对其他每个设备的ADoA，所述ADoA为两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值；/n根据所述ADoA集合，得到所述N个设备的相对位置。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于信道状态信息CSI的位置感知方法，其特征在于，包括：
获取N个设备中每两个设备间相互检测到的CSI数据，N为大于或等于3的整数，每一个设备配置有呈非线性排列的M个天线，M为大于或等于3的整数；
根据获取的CSI数据得到到达角度差ADoA集合，所述ADoA集合包括所述N个设备中每两个设备相对其他每个设备的ADoA，所述ADoA为两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值；
根据所述ADoA集合，得到所述N个设备的相对位置。
2.根据权利要求1所述的位置感知方法，其特征在于，所述根据获取的CSI数据得到到达角度差ADoA集合包括：
根据设备A检测到的设备B的CSI数据得到相应的天线相位差集合R(B→A)，以及根据所述设备A检测到的设备C的CSI数据得到相应的天线相位差集合R(C→A)，其中所述设备A、所述设备B和所述设备C为所述N个设备中的任一设备，且所述设备A、所述设备B和所述设备C不是同一设备，所述天线相位差集合R(B→A)表示为{φxy(B→A)|x，y＜M，x≠y}，φxy(B→A)表示所述天线相位差集合R(B→A)中所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差，所述天线相位差集合R(C→A)表示为{φxy(C→A)|x，y＜M，x≠y}，φxy(C→A)表示所述天线相位差集合R(C→A)中所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差；
根据所述天线相位差集合R(B→A)和所述天线相位差集合R(C→A)，得到所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA。
3.根据权利要求2所述的位置感知方法，其特征在于，所述根据所述天线相位差集合R(B→A)和天线相位差集合R(C→A)，得到所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA包括：
在[0，2π]×[0，2π]范围内选择多个(θ1，θ2)组合，其中θ1和θ2表示所述设备A中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角，所述参考方向为所述设备A中M个天线所处平面上的任意方向；
根据所述天线相位差集合R(B→A)、所述天线相位差集合R(C→A)和所述多个(θ1，θ2)组合，得到第一能量谱，其中所述第一能量谱中的每个值对应一个(θ1，θ2)组合并表示对应的(θ1，θ2)组合为目标(θ1，θ2)组合的可能性，所述目标(θ1，θ2)组合表示所述设备B相对于所述设备A的AoA和所述设备C相对于所述设备A的AoA的组合；
获取所述第一能量谱中的峰值对应的(θ1，θ2)组合作为所述目标(θ1，θ2)组合；
根据所述目标(θ1，θ2)组合计算所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA。
4.根据权利要求3所述的位置感知方法，其特征在于，通过下面公式计算一个(θ1，θ2)组合对应的所述第一能量谱中的值，
其中P(θ1，θ2)表示所述第一能量谱中的值，dxy表示所述设备A中第x个天线与第y天线之间的距离，表示所述设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对所述参考方向的夹角，f为信号的频率，c为光速，e表示欧拉数，j表示虚数。
5.根据权利要求3或4所述的位置感知方法，其特征在于，所述根据所述目标(θ1，θ2)组合计算所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA包括：
通过下面公式计算所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA，
Δθ(BAC)＝|θ1目标-θ2目标|
其中Δθ(BAC)表示所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA，θ1目标，θ2目标分别为所述目标(θ1，θ2)组合的中θ1，θ2。
6.根据权利要求3或4所述的位置感知方法，其特征在于，所述第一能量谱存在两个峰值；
所述获取所述第一能量谱中的峰值对应的(θ1，θ2)组合作为所述目标(θ1，θ2)组合包括：
获取两个峰值中任一峰值对应的(θ1，θ2)组合作为所述目标(θ1，θ2)。
7.根据权利要求3或4所述的位置感知方法，其特征在于，所述第一能量谱存在两个以上的峰值,N为大于或等于4的整数；
所述获取所述第一能量谱中的峰值对应的(θ1，θ2)组合作为所述目标(θ1，θ2)组合包括：
获得每个峰值对应的(θ1，θ2)组合的第一下采样相位差集合，一个(θ1，θ2)组合对应一个第一下采样相位差集合；
基于第一下采样相位差集合，通过聚类方法从全部峰值对应的(θ1，θ2)组合中获取所述目标(θ1，θ2)。
8.根据权利要求7所述的位置感知方法，其特征在于，所述获得每个峰值对应的(θ1，θ2)组合的第一下采样相位差集合包括：
针对任一个峰值对应的(θ1，θ2)组合的第一下采样相位差集合表示为通过下面公式计算或者或者
其中,dxy表示所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的距离，表示所述设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对所述参考方向的夹角，f为信号的频率，c为光速。
9.根据权利要求7所述的位置感知方法，其特征在于，所述基于第一下采样相位差集合，通过聚类方法从全部峰值对应的(θ1，θ2)组合中获取所述目标(θ1，θ2)包括：
获取第二能量谱中每个峰值对应的(θ1，θ3)组合的第二下采样相位差集合；
在同一坐标系中，分别以第一下采样相位差集合和第二下采样相位差集合为坐标，获取与第二下采样相位差集合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第一下采样相位差集合所对应的(θ1，θ2)组合作为所述目标(θ1，θ2)组合。
10.根据权利要求9所述的位置感知方法，其特征在于，在所述获取第二能量谱中每个峰值对应的(θ1，θ3)组合的第二下采样相位差集合之前，还包括：
根据设备A检测到的设备D的CSI数据得到相应的天线相位差集合R(D→A)，所述天线相位差集合R(D→A)表示为{φxy(D→A)|x，y＜M，x≠y}，φxy(D→A)表示所述天线相位差集合R(D→A)中所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差，所述设备D为所述N个设备中的任一设备，且与所述设备A、所述设备B和所述设备C不是同一个设备；
在[0，2π]×[0，2π]范围内选择多个(θ1，θ3)组合，其中θ1和θ3表示所述设备A中M个天线所处平面上某一方向相对于所述参考方向的夹角；
根据所述天线相位差集合R(B→A)、所述天线相位差集合R(D→A)和所述多个(θ1，θ3)组合，得到第二能量谱，其中所述第二能量谱中的每个值对应一个(θ1，θ3)组合；
通过下面公式计算一个(θ1，θ3)组合对应的所述第二能量谱中的值，
其中P(θ1，θ3)表示所述第二能量谱中的值。
11.根据权利要求9或10所述的位置感知方法，其特征在于，还包括：
根据与所述目标(θ1，θ2)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ1，θ3)组合，得到所述设备B和所述设备D相对于所述设备A的ADoA。
12.根据权利要求9或10所述的位置感知方法，其特征在于，还包括：
根据所述目标(θ1，θ2)组合中的θ2和与所述目标(θ1，θ2)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ1，θ3)组合中的θ3，得到所述设备C和所述设备D相对于所述设备A的ADoA。
13.根据权利要求2-4任一所述的位置感知方法，其特征在于，任一个CSI数据可表示为其中K表示信道衰减的幅度，表示信号在信道中的相位变化，e表示欧拉数，j表示虚数。
14.根据权利要求13所述的位置感知方法，其特征在于，所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差φxy通过下面公式计算：
其中表示所述设备A中第x个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化表示所述设备A中第y个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化
15.根据权利要求1-4任一所述的位置感知方法，其特征在于，N为大于或等于4的整数，所述根据所述ADoA集合，得到所述N个设备的相对位置包括：
步骤A：从所述N个设备中任意选择至少三个设备；
步骤B：从所述ADoA集合中获取所述至少三个设备中每两个设备相对于其他每个设备的ADoA；
步骤C：根据所述至少三个设备中每两个设备相对于其他每个设备的ADoA构建所述至少三个设备的相对位置；
步骤D：从所述ADoA集合中获取与设备Q相关的ADoA构成集合E，所述设备Q为所述N个设备中的任一设备且与所述至少三个设备不是同一设备，所述集合E包括所述至少三个设备中每两设备相对于所述设备Q的ADoA以及所述设备Q和所述至少三个设备中每一设备相对于所述至少三个设备中其他每一设备的ADoA；
步骤E：根据所述集合E和所述至少三个设备的相对位置得到所述设备Q与所述至少三个设备的相对位置；
重复步骤D和步骤E，直至得到所述N个设备的相对位置。
16.根据权利要求15所述的位置方法，其特征在于，所述根据所述集合E和所述至少三个设备的相对位置得到所述设备Q与所述至少三个设备的相对位置包括：
根据所述至少三个设备的相对位置选择所述设备Q的多个评估位置，评估位置表示待定的所述设备Q与所述至少三个设备的相对位置；
根据所述集合E和所述多个评估位置对应的多个评估ADoA集合计算误差值，其中所述多个评估位置与所述多个评估ADoA集合一一对应，每一个评估ADoA集合中的ADoA与所述集合E中的ADoA一一对应，一个评估ADoA集合对应一个误差值；
根据目标评估ADoA集合对应的评估位置得到所述设备Q与所述三个设备的相对位置，所述目标评估ADoA集合为所述多个评估ADoA集合中对应的误差值最小的评估ADoA集合。
17.根据权利要求16所述的位置感知方法，其特征在于，通过下面公式计算误差值，
其中，E表示所述集合E，Δθ表示E中的ADoA，F表示所述多个评估ADoA集合中的任一个评估ADoA集合，Δθ′表示F中与Δθ对应的ADoA，e表示F对应的误差值。
18.根据权利要求16所述的位置感知方法，其特征在于，通过下面公式计算所述目标评估ADoA集合对应的评估位置，
其中LQ表示所述目标评估ADoA集合对应的评估位置，G表示所述多个评估位置，L表示G中的任一个评估位置，E表示所述集合E，Δθ表示E中的ADoA，FL表示L对应的评估ADoA集合，Δθ′表示FL中与Δθ对应的ADoA。
19.根据权利要求1-4任一所述的位置感知方法，其特征在于，还包括：
获取所述N个设备中任意W个设备的实际地理位置，W大于或等于3的整数；
根据所述W个设备的实际地理位置和所述N个设备的相对位置，得到所述N个设备的中每个设备的实际地理位置。
20.一种基于信道状态信息CSI的定位方法，其特征在于，包括：
获取H个设备检测到的待定位设备P0的CSI数据，所述H个设备中的每一个设备配置有呈非线性排列的M个天线，H为大于或等于3的整数，M为大于或等于3的整数；
根据所述CSI数据得到第一到达角度差ADoA集合，所述第一ADoA集合包括所述待定位设备P0和所述H个设备中每个设备相对所述H个设备中其他每个设备的ADoA，所述ADoA为两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值；
根据所述第一ADoA集合和所述H个设备的位置信息得到所述待定位设备P0的位置信息。
21.根据权利要求20所述的定位方法，其特征在于，所述根据所述CSI数据得到第一到达角度差ADoA集合包括：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：佟鑫宇，李豪，田晓华，吴懿鑫，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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