[发明专利]WiFi信号直接视距传播路径挖掘的高精度室内定位方法

说明书

本发明涉及一种WiFi信号直接视距传播路径挖掘的高精度室内定位方法，包括步骤：通过商用WiFi设备收集WiFi信号的信道状态信息和信号强度；估计定位目标到WiFi接入点传播路径的到达角度；利用嵌入表示，识别定位目标到WiFi接入点之间的直接传播路径，加权设计定位损失函数。本发明的有益效果是：本发明利用服务无线网络通信且广泛部署的WiFi设备同时服务室内定位，消除室内复杂环境中无线信号多径效应和噪声干扰对定位精度的影响。本发明在室内环境中捕捉商用WiFi的信道状态信息，并利用信道状态信息分解出目标信号到达多个WiFi接入设备的不同多径分量的到达角度和飞行时间；从而实现自身零部署成本的厘米级的高精度室内定位。

技术领域

本发明涉及采用无线电波的反射或再辐射的定位技术领域，尤其涉及一种WiFi信号直接视距传播路径挖掘的高精度室内定位方法。

背景技术

现如今，伴随着无线通信技术的不断发展和移动智能终端的日益普及，基于位置的服务已成为当前IT产业的重要组成部分，深入到国民经济和社会发展的各个方面，正在向人们呈现广阔的市场前景。今天，以GPS为代表的卫星定位系统已经全天候覆盖全球室外环境，深刻改变着人们的生产生活方式。时代的进步又激发人们在室内环境中随时随地获取精确位置的渴望。根据诺基亚提供的数据，人类活动的87％～90％时间都处在室内环境中，因此室内位置信息对于人们生产生活至关重要。据科技行业咨询公司IDTechEx预测，2024年前室内定位的总市场规模将超过100亿美元。然而，包括GPS在内的各类卫星导航技术却穿透不了钢筋水泥，导致GPS在室内环境难以发挥作用。

近年来，室内定位技术一直是学界持续关注的热点话题，是MobiCom、SIGCOMM、INFOCOM、NSDI等网络领域顶级会议上的热点研究方向。各式各样的室内定位技术层出不穷，包括基于超声波、红外线、可见光、蓝牙以及基于惯性导航的技术等等，但至今尚无任何一种主导室内的普适性定位服务，其原因在于大部分室内定位技术存在以下限制：(1)定位硬件定制化。用于室内定位或用户定位终端的专用硬件成本高，使用不便；(2)定位服务孤岛化。现有室内定位多是孤立的单个系统，系统之间技术上或不兼容，限制了室内定位成为一种用户随时随地都可访问的服务。基于商用WiFi的室内定位技术在基础架构上利用现有硬件设施，降低部署成本，在定位终端上更要基于人们广泛使用的商用设备(例如，智能手机、平板和可穿戴手环等移动设备)，被视为实现普适性室内定位服务的关键技术。特别是随着商用WiFi使用正交频分复用技术可以提取细粒的信道状态信息，很多研究提出基于信道状态信息的高精度室内定位技术。例如，北京大学于2018年提出基于菲涅尔区理论模型的毫米级WiFi感知方法(“毫米级的Wi-Fi无接触感知：从模式到模型[J].中国计算机学会通讯,2018,14(1):18-25.”)，2017年于海涛等提出基于WiFi信号强度与信道状态信息作为混合指纹的室内定位技术(“于海涛,李治军,姜守旭.基于RSS与CSI混合指纹室内定位研究[J].智能计算机与应用,2017,7(6):148-151.”)，2018年余建烽利用信道状态信息结合无线信号传播衰减模型设计实现了自适应室内环境变化的定位方法(“余建烽.基于Wi-Fi信道状态信息的自适应测距与定位方法研究[D].中国科学技术大学,2018.”)，2019年姚喆提出了一种RSSI与CSI的融合定位方法(“姚喆.基于RSSI与CSI的定位技术研究[D].北京邮电大学,2019.”)。然而，现有基于WiFi信道状态信息的室内定位技术还面临诸多挑战：

1)已有的基于菲涅尔区理论模型的定位方法通常要求收发天线之间不能存在阻挡物，其约束条件较强导致适用范围较小；

2)现有室内定位方法使用了直接视距传播路径和间接非视距传播路径的信道状态信息，但间接非视距传播路径的多径效应会带来时延不同步、信号衰减、极化改变、链路不稳定等使得现有技术在使用一段时间后定位精度会急剧下降。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种WiFi信号直接视距传播路径挖掘的高精度室内定位方法。