[发明专利]一种基于相控阵原理的WiFi室内多人定位方法

说明书

本发明公开了一种基于相控阵原理的单设备WiFi室内多人定位方法，主要包括测角和测距两个部分。在室内环境下，部署一个天线阵，利用相控阵的思想进行角度测量，利用粗粒度到细粒度的扫描减少扫描时间，利用等信号法提高测角精度，通过上述步骤可以得到每个目标所在角度。然后利用多重频法对每个目标进行距离测量，将角度信息和距离信息组合起来，进行多人定位。

技术领域

本发明属于无线感知领域,具体涉及一种使用相控阵原理的非绑定的基于单个设备的Wi-Fi室内多人定位方法。

背景技术

室内定位是指在室内环境中实现位置定位，可以用于机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术(如GPS)目前还无法很好地利用。因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，主要分为三大类，基于计算机视觉、基于GPS技术和基于无线定位技术。

使用计算机视觉进行定位时，需要在室内安装摄像头，通过图像处理的方式识别目标所在位置。虽然使用计算机视觉的方式可以实现较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物，使得仅能视距传播。不仅如此，基于计算机视觉的室内定位计算复杂度较高，容易受到背景颜色的影响，并且摄像头会侵犯用户的隐私。

基于GPS的定位系统是目前应用最为广泛的定位技术。当GPS接收机在室内工作时，由于信号受建筑物的影响而大大衰减，定位精度也很低。利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大，且定位导航信号免费。缺点是定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，使得定位精度很低，而且定位器终端的成本较高。

随着无线通信技术的发展，新兴的无线网络技术，例如WiFi、蓝牙等，在办公室、家庭等得到了广泛应用。在基于无线的室内定位中，主要分为三种方法，其中指纹法是目前应用最广泛的算法，主要分为两个阶段，首先要离线采集数据(例如RSS、CSI等)建立一个数据库(即用户在不同位置对无线数据产生的影响)，然后是在线定位阶段，将目标实时的无线数据和指纹数据库中的数据进行匹配，以实现定位。然而这样的系统存在一些固有的缺点，首先是数据采集的过程非常繁琐，其次周围环境的微小变化都会导致匹配不成功，甚至需要重新建立数据库。第二种是测距法，一般是通过测量电磁波的飞行时间来达到对目标的定位，例如使用FMCW直接测量飞行时间，或者使用相位来间接求得飞行时间，然而由于很难准确测得飞行时间，需要目标在预定义的位置做一些预定义的动作。第三种是测角法，利用music算法求得目标和天线阵之间的角度，通过多个天线阵和目标之间的角度进行交汇定位。

总的来说，目前的室内定位系统都不完善，都有些缺点和不足。无线定位技术由于其可穿墙及非绑定的优点，成为了室内定位的主流。然而基于指纹的方法需要大量的训练，基于飞行时间的方法需要用户的干预，基于测角的方法需要多个设备。不仅如此，上述的方法一般用于单人定位，在多人定位时，由于人的相互影响、相互遮挡，使得上述技术的定位结果很差。本发明将测角和测距相结合，提出一种使用相控阵原理的单个设备的Wi-Fi室内多人定位方法。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种针对室内的多人定位问题，无需进行提前训练，基于相控阵原理的Wi-Fi多人定位的方法。

本发明的技术方案是这样解决的：

一种基于相控阵原理的单设备WiFi室内多人定位方法，包括以下步骤：

1)构建相控阵系统：将多个天线单元排成直线而构成均匀直线阵，在每个天线上添加一个移向器；

2)对多个目标进行角度测量：

2.1)选取中间的两根天线，通过相控阵原理调节每个天线的移向器形成一个波束，在-90度到90度的范围内进行快速扫描；

2.2)不断增加天线的数量，通过相控阵原理形成一个越来越窄的波束，在上一次扫描中回波能量较高的方向进行细粒度扫描；