[發明專利]一種基于天線非規則布設的室內定位方法

有效

• 申請號: 201710315308.9
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107015198B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 盛敏;鄭陽;劉俊宇;蘇郁;李建東;彭琳琳;厚丹妮
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于室內定位技術領域，公開了一種基于天線非規則布設的室內定位方法，在一個AP處獲取多個AoA值；利用MUSIC和空間平滑算法，借助于子載波上的信道狀態信息，進行AoA和ToA的聯合估計，選取ToA最小的AoA為目標AoA；聯合從所有AP測量得到的所有的AoA對目標位置進行預測。本發明在現有的Wi?Fi平臺上加以簡單修改就能達到對目標進行一個精確的定位；采用非規則天線布設，在一個AP處獲取了多個AoA值，消除了由普通陣列天線對稱性引起的AoA測量誤差；同時，提高了對外界干擾的抵抗能力，提高了系統定位的穩定性；降低了對周圍AP數目的要求，當AP數目大于等于2時就能在二維以及三維空間中獲得一個精確的目標定位。

技術領域

本發明屬于室內定位技術領域，尤其涉及一種基于天線非規則布設的室內定位方法。

背景技術

隨著智能設備的大量普及，基于位置信息的服務獲得了越來越多的關注，使得室內定位技術無論是在商業價值還是社會價值上都有著極大的發展空間。在室外環境下，全球導航衛星系統已經能夠連續可靠的為用戶提供地理位置信息。然而在室內環境下，由于墻體等障礙物對衛星信號的阻擋，使得全球導航衛星系統不能為室內的用戶提供一個穩定精確的位置信息服務。同時由于復雜的室內環境，比如信號傳播會受到墻壁，天花板，桌子等障礙物的阻擋，引起信號的反射，折射，衍射形象，發射信號會經過不同的傳播路徑到達接收端，造成多徑傳播形象以及由于障礙區引起的非視距傳播，使得室內定位技術具有非常大的挑戰。由于WLAN在室內的大量布設，基于Wi-Fi的室內定位方案獲得了廣泛的應用。目前傳統的基于Wi-Fi的室內定位技術分為兩大類：基于指紋庫的方法和基于測量的方法。基于指紋庫的方法主要包括兩個步驟：離線指紋庫建立階段以及在線指紋匹配階段；最具代表性的指紋信息包括接收信號強度RSS(Received Signal Strength)，磁場信息，信道狀態信息CSI(Channel State Information)等等。以RSS為例，在指紋庫建立階段，首先確定系統覆蓋范圍內所有的測量參考點，在每個指定的參考點測量來自周圍若干個接入點(AP)的RSS值并加以記錄，每個參考節點對應一組相應的RSS值，代表一個指紋信息。記錄并保存所有參考點的RSS值形成一個指紋庫。在線匹配階段，將待測點測量得到的RSS值與指紋庫中的數據進行匹配，根據匹配結果，尋找出當前節點所處的位置。基于測量的方法主要是通過測量目標和參考節點之間的距離或者方位角，利用三邊定位或三角定位的方法來測量目標的位置。主要的測量參數包括到達角(Angle of Arrival，AoA)，到達時間(Time ofArrival，ToA)以及RSS。傳統的上述方法存在以下缺點：(1)指紋庫方法在離線指紋庫建立階段需要消耗大量的時間以及人力物力。由于RSS是一個時變的測量值，而且會隨著周圍環境的改變而改變。一旦周圍的環境發生變化，需要額外花費大量的精力重新建立指紋庫。(2)基于測量的方法的前提是目標和接入點(Access Point，AP)之間處于直視環境下，而且該方法對于其中的參數測量存在著缺陷。由于現有Wi-Fi協議中不具備時間同步，當前基于ToA的測量大都需要額外的設備或是相當復雜的操作。由于RSS的時變性，借用信道模型根據RSS來對距離進行測量會產生較大的誤差。AoA測量通常對AP側的天線有較高的要求，在測量過程中大多采用方向天線，或者是對天線數目有要求的陣列天線，而這些天線配置在目前大部分商用設備中是不存在的。(3)以上兩種方法都對AP數目有較大的要求：指紋庫方法為了增加指紋的特征，通常會布設盡可能多的AP數；基于測量的方法無論采用三邊定位或是三角定位法，只有當AP數目大于等于3時才獲得比較好的精度。當周圍可用的AP數量較少(≤2)時，以上兩種方法的定位精度會變得很低。

綜上所述，現有技術存在的問題是：傳統的定位方法在離線指紋庫建立階段需要消耗大量的時間以及人力物力；對AP側的天線有較高的要求；當周圍可用的AP數量較少(≤2)時，定位精度很低。如何從實際出發，尋找一種簡單易布設，對周圍AP數目要求少的定位技術成為了一個亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于天線非規則布設的室內定位方法。