室内定位的方法、系统、电子设备和存储介质技术方案

本申请提供了室内定位的方法、系统、电子设备和存储介质，包括：通过待定位设备获取室内的信号状态信息CSI和传感信息；根据所述CSI获取多径信道到达角AOA，并根据所述传感信息获取所述待定位设备在所述室内的实时粗略位置信息；通过预设的融合优化算法根据所述实时粗略位置信息、多径AOA、历史位置信息、真实AP和虚拟AP的估计位置信息对所述待定位设备的当前位置进行估计，并对待优化参数进行实时优化。利用多径AOA可以克服传统WiFi定位算法中需要获得AP位置先验信息的问题，而且通过多径AOA也解决了在NLoS或多径干扰严重场景下无法进行定位的问题。进行定位的问题。进行定位的问题。

【技术实现步骤摘要】
室内定位的方法、系统、电子设备和存储介质


[0001]本申请属于室内定位领域，尤其涉及室内定位的方法、系统、电子设备和存储介质。

技术介绍

[0002]当前，基于视觉和激光雷达传感器的高精度跟踪是室内定位研究的主流方向。研究者们通过利用摄像头、激光雷达等传感器融合IMU实现了高精度、高保真度的定位以及室内环境重建。然而视觉传感器受光照、环境纹理等因素影响严重，激光雷达价格昂贵并且受天气、空气湿度等影响严重，导致现有的同步定位与地图构建(Simultaneous localization and mapping，SLAM)算法无法广泛应用于复杂室内环境中。
[0003]针对激光雷达和视觉传感器的局限性，研究人员在当前同步定位与地图构建SLAM框架中加入一些低成本且不受上述环境条件约束的传感器。射频(Radio
‑
frequency，RF)传感器对动态照明条件和结构化的室内环境的鲁棒性，即使在黑暗，弱纹理和烟雾环境下也能正常工作。其中WiFi信号相比于其他无线信号在部署区域和覆盖范围上有巨大优势。目前的一些工作提出了WiFi
‑
SLAM系统。使用WiFi信号的信号强度信息(Received Signal Strength，RSSI)进行SLAM。但RSSI测量在大多数室内场景中并不可靠的，因为室内环境的多径衰落会严重干扰无线信号强度。随着无线技术的发展，使得商用网卡能够获取WiFi正交频分复用信号的信道状态信息(Channel Sate Information，CSI)。与信号强度不同，CSI提供了信号的相位信息和多个子载波的信道响应，从而大大降低了定位模糊度并提高了室内的多径分辨率。一些工作利用CSI估计移动端的位置、速度以及AP(Access Point，AP)位置的系统。研究了通过WiFi信号赋能自主导航的可行性。但这些系统只能工作在无多径衰落的场景，如空旷的室外环境。对于室内等遭受严重多径衰落的环境下并不适用。
[0004]综上所述，现有基于视觉和激光雷达的SLAM系统受到光照、环境纹理，算力、载重以及成本等方面的限制，无法广泛应用。无线信号具有丰富的环境感知能力，有着巨大的潜力为手持移动端提供更鲁棒的状态估计和环境感知。然而，目前基于RSSI进行的SLAM算法由于RSSI在室内场景下的随机性，导致效果并不理想。而利用CSI的SLAM系统中，缺乏有效特征参数的提取，在室内环境下鲁棒性较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的主要目的在于提供室内定位的方法、系统、电子设备和存储介质，使得多径AOA可以克服传统WiFi定位算法中需要获得AP位置先验信息的问题，而且通过多径AOA也解决了在NLoS或多径干扰严重场景下无法进行定位的问题。
[0006]第一方面，提供了室内定位的方法，所述方法包括：
[0007]通过待定位设备获取室内的信号状态信息CSI和传感信息；
[0008]根据所述CSI获取多径信道到达角AOA，并根据所述传感信息获取所述待定位设备在所述室内的实时粗略位置信息；
[0009]通过预设的融合优化算法根据所述实时粗略位置信息、多径AOA、历史位置信息、真实AP和虚拟AP的估计位置信息对所述待定位设备的当前位置进行估计，并对待优化参数进行实时优化。
[0010]在一个可能的实现方式中，所述根据所述CSI获取多径信道到达角AOA，包括：
[0011]将所述待定位设备的行动轨迹虚拟为大孔径天线，根据合成孔径雷达SAR的原理通过所述大孔径天线获取所述多径AOA。
[0012]在另一个可能的实现方式中，所述将所述待定位设备的行动轨迹虚拟为大孔径天线，根据合成孔径雷达SAR的原理通过所述大孔径天线获取所述多径AOA，包括：
[0013]根据预设的信号接收公式获取所述待定位设备接收到的信号，记录预设时间段内<h
ij
(t),p
i
(t)>的数据对，将所述数据对设置为多天线阵列，其中，h
ij
(t)为t时刻待接收设备接收的信号，p
i
(t)为t时刻待接收设备的位置，d
ij
(t)为t时刻待接收设备与信号发射端的距离；
[0014]根据预设的运动轨迹公式p
ij
(t)＝p
i
(t)
‑
p
j
(t)获取所述待定位设备的相对运动轨迹；
[0015]根据预设的转向向量公式和所述相对运动轨迹获取转向向量其中，(ρ
k
,ξ
k
,ψ
k
),(ρ
l
,ξ
l
,ψ
l
)为k、l时刻待定位设备在世界坐标系下的坐标；
[0016]根据预设的能量谱公式获取能量谱，进而获取所述F
ij
(θ,φ)的峰值对应的(θ,φ)，并将所述峰值对应的(θ,φ)设置为多径AOA。
[0017]在另一个可能的实现方式中，所述通过预设的融合优化算法根据所述实时粗略位置信息、多径AOA、历史位置信息、真实AP和虚拟AP的估计位置信息对所述待定位设备的当前位置进行估计，并对待优化参数进行实时优化，包括：
[0018]根据预设的融合优化算法将所述实时粗略位置信息、历史位置信息、真实AP和虚拟AP的估计位置信息融合优化，其中，ρ(
·
,c)为Huber代价函数，c为经验阈值。
[0019]第二方面，提供了一种室内定位的系统，所述系统包括：
[0020]信息获取模块，用于通过待定位设备获取室内的信号状态信息CSI和传感信息；
[0021]初略位置信息获取模块，用于根据所述CSI获取多径信道到达角AOA，并根据所述传感信息获取所述待定位设备在所述室内的实时粗略位置信息；
[0022]估计及优化模块，用于通过预设的融合优化算法根据所述实时粗略位置信息、多径AOA、历史位置信息、真实AP和虚拟AP的估计位置信息对所述待定位设备的当前位置进行估计，并对待优化参数进行实时优化。
[0023]在一个可能的实现方式中，所述根据所述CSI获取多径信道到达角AOA，包括：
[0024]将所述待定位设备的行动轨迹虚拟为大孔径天线，根据合成孔径雷达SAR的原理通过所述大孔径天线获取所述多径AOA。
[0025]在另一个可能的实现方式中，所述初略位置信息获取模块，包括：
[0026]多天线阵列设置单元，用于根据预设的信号接收公式获取所述待定位设备接收到的信号，记录预设时间段内<h
ij
(t),p
i
(t)>的数据对，将所述数据对设置为多天线阵列，其中，h
ij
(t)为t时刻待接收设备接收的信号，p
i
(t)t时刻待接收设备的位置，d
ij
(t)为t时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室内定位的方法，其特征在于，所述方法包括：通过待定位设备获取室内的信号状态信息CSI和传感信息；根据所述CSI获取多径信道到达角AOA，并根据所述传感信息获取所述待定位设备在所述室内的实时粗略位置信息；通过预设的融合优化算法根据所述实时粗略位置信息、多径AOA、历史位置信息、真实AP和虚拟AP的估计位置信息对所述待定位设备的当前位置进行估计，并对待优化参数进行实时优化。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述CSI获取多径信道到达角AOA，包括：将所述待定位设备的行动轨迹虚拟为大孔径天线，根据合成孔径雷达SAR的原理通过所述大孔径天线获取所述多径AOA。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述待定位设备的行动轨迹虚拟为大孔径天线，根据合成孔径雷达SAR的原理通过所述大孔径天线获取所述多径AOA，包括：根据预设的信号接收公式获取所述待定位设备接收到的信号，记录预设时间段内<h
ij
(t),p
i
(t)>的数据对，将所述数据对设置为多天线阵列，其中，h
ij
(t)为t时刻待接收设备接收的信号，p
i
(t)为t时刻待接收设备的位置，d
ij
(t)为t时刻待接收设备与信号发射端的距离；根据预设的运动轨迹公式p
ij
(t)＝p
i
(t)
‑
p
j
(t)获取所述待定位设备的相对运动轨迹；根据预设的转向向量公式和所述相对运动轨迹获取转向向量其中，(ρ
k
,ξ
k
,ψ
k
),(ρ
l
,ξ
l
,ψ
l
)为k、l时刻待定位设备在世界坐标系下的坐标；根据预设的能量谱公式获取能量谱，进而获取所述F
ij
(θ,φ)的峰值对应的(θ,φ)，并将所述峰值对应的(θ,φ)设置为多径AOA。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过预设的融合优化算法根据所述实时粗略位置信息、多径AOA、历史位置信息、真实AP和虚拟AP的估计位置信息对所述待定位设备的当前位置进行估计，并对待优化参数进行实时优化，包括：根据预设的融合优化算法将所述实时粗略位置信息、历史位置信息、真实AP和虚拟AP的估计位置信息融合优化，其中，ρ(
·
,c)为Huber代价函数，c为经验阈值。
5.一种室内定位的系统，其特征在于，所述系统包括：信息获取模块，用于通过待定位设备获取室内的信号状态信息CSI和传感信息；实时粗略位置信息获取模块，用于根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，向峰，熊浩宇，骆志青，易观理，罗小宝，程卫恒，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：