[发明专利]基于信道状态信息的被动式两锚点实时室内定位方法

摘要

本发明公开了一种基于信道状态信息的被动式两锚点实时室内定位方法，方法包括下列步骤：(1)持续检测子载波的CSI信息，并根据该CSI信息判断该用户是否发生了移动，如果发生了移动，则转入步骤(2)，否则继续检测CSI信息；(2)通过该CSI信息获取由于用户移动导致的信号传播路径长度的变化速率，并判断由于用户移动导致的信号传播路径长度变化方向；(3)根据两个锚点的位置和先前预测位置，并使用信号传播路径长度的变化速率和信号传播路径长度的变化方向获取用户当前所在的位置。CSI信息。本发明在被动式定位的前提下，可以实现实时在线定位，并且只需要两个锚点就可以实现实时定位，最大限度的减少了定位的基础条件。

主权项

1.一种基于信道状态信息的被动式两锚点实时室内定位方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)持续检测子载波的CSI信息，并根据该CSI信息判断用户是否发生了移动，如果发生了移动，则转入步骤(2)，否则继续检测CSI信息；本步骤具体包括以下子步骤：(1‑1)使用PCA方法，把所有子载波上的CSI信息进行分割，相同时间段内的子载波流组成矩阵H，计算H^T×H的特征值及其特征矢量q_i，其中i为矩阵特征值的编号；(1‑2)在获得的H^T×H的特征值及其特征矢量q_i中，选择确定第二大特征值对应的特征矢量q₂和相应的主成分h₂＝H×q₂；(1‑3)根据步骤(1‑2)确定的特征矢量q₂计算其均值δ_q2：这里s表示所有子载波的个数，|q₂(l)‑q₂(l‑1)|是相邻子载波CSI信息的相关系数的差异；(1‑4)计算主成分h₂的方差并根据得到的方差和步骤(1‑3)获得的均值判断用户是否发生移动；(2)通过该CSI信息获取由于用户移动导致的信号传播路径长度的变化速率、以及由于用户移动导致的信号传播路径长度的变化方向；本步骤具体包括以下子步骤：(2‑1)获取子载波的静态CFR：其中H_s(f,t)为中心频率为f的子载波在时间t测量得到的信道频率响应，f表示子载波的中心频率，P_s表示子载波的信号传播路径长度未发生改变的传播路径集合，a_k(f,t)表示第k条传播路径的初始相位和幅值的衰减，e^‑j2πΔft表示频率偏移造成的相位漂移，表示第k条传播路径上的相位漂移，τ_k(t)表示第k条传播路径上的传播延时；(2‑2)获取子载波的动态CFR：其中P_d表示子载波的信号传播路径长度发生改变的传播路径集合，d_k(t)表示经过人体反射的第k条信号传播路径长度；(2‑3)根据步骤(2‑1)获得的静态CFR和步骤(2‑2)获得的动态CFR获取总的CFR：(2‑4)根据子载波的频率响应确定信号传播路径的变化速率；其具体为，首先，对H(f,t)取模平方：其中k、l分别表示不同的传播路径，λ表示波长，θ_sk表示传播路径s和传播路径k的初始相位之和，θ_kl表示传播路径k和传播路径l的初始相位之和；其次，对CFR的功率做小波变换，以得到一系列频率值：在一系列的频率值中选取幅值最大的频率值f_max，并计算v_k＝f_max×λ，其中v_k表示被用户身体反射的信号的传播路径的变化速率；(2‑5)根据确定的传播路径长度的变化速率确定用户移动导致的信号传播路径长度的变化方向；其具体为，首先获取第k条传播路径的初始相位和幅值的衰减其中G_r和G_t是接收和发射天线的信号功率增益，λ是发射信号的波长，d_k是第k条传播路径上的传播距离，Γ_i为反射因子；其次，将该衰减代入步骤(2‑4)的功率表示式中：最后，确定CSI功率信号的幅值是减小还是增大，当CSI功率信号的幅值减小时，则信号的传播路径的变化方向为增大方向，当CSI功率信号的幅值增大时，则信号的传播路径的变化方向为减小方向；(3)根据两个锚点之间的位置和用户移动前的初始位置，并使用步骤(2)获取的信号传播路径长度的变化速率和信号传播路径长度的变化方向获取用户当前所在的位置；本步骤包括以下子步骤：(3‑1)根据信号传播路径的变化速率和信号传播路径长度的变化方向确定经过用户反射的信号的传播路径长度：(3‑2)根据两锚点的位置和步骤(3‑1)确定的信号传播路径的长度确定用户的位置；本步骤具体包括：(3‑2‑1)将一个wifi发射器和第一wifi接收器配套放在一起使用作为第一锚点，一个第二wifi接收器作为第二锚点，以用户所在的位置坐标作为椭圆轮廓线上的一个点、以第一锚点和第二锚点作为椭圆的两个焦点、构建一个椭圆，在该椭圆中，用户到两个焦点的距离之和为信号传播路径的长度d_k(t)；(3‑2‑2)根据上述方法并使用wifi发射器和第一wifi接收器所在位置的锚点1作为圆心，构造出一个半径为d_k(t)/2的圆，该圆与上述椭圆之间的两个交点之一即为用户所在的位置；(3‑2‑3)根据确定信号传播路径长度的变化方向并结合上述确定的两个交点，确定用户最终到达的位置。