[發明專利]一種基于特征值提取的CSI-MIMO室內定位方法及系統

有效

• 申請號: 201710888603.3
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107769828B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 李輝;楊擁軍;張俊祥;張春暉
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/06;G01S5/02
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

本發明公開了一種基于特征值提取的CSI?MIMO室內定位方法，包括：離線階段，無線接收機(如英特爾無線網卡5300網卡)獲取參考點CSI矩陣，通過特征值提取的方法處理CSI矩陣建立離線指紋數據庫；在線匹配階段，對待測點的CSI矩陣進行特征值提取，通過基于KNN的概率匹配算法取得估計位置信息。本發明基于特征值提取的CSI?MIMO定位系統，使用無線WIFI路由器作為信號發射器，使用裝配有無線接收機(如：Intel WIFI Link 5300網卡)的移動終端接收電磁信號。利用特征值提取指紋信息，降低了計算復雜度和信息的相關性，提高了室內位置的定位性能。

技術領域

本發明屬于位置定位技術領域，尤其涉及一種基于特征值提取的CSI-MIMO(Channel State Information-Multiple Input Multiple Output)室內定位方法。

背景技術

目前，隨著物聯網的發展，人們對于信息的快速與準確性需求越來越大，所以不管是大到國際、小到人們的生活都促使位置服務的應用需求的快速增長?；诓煌膽脠鼍?，定位技術分為室內定位技術和室外定位技術。目前，室外定位技術已經發展成熟，主要是衛星導航為主的GPS技術，它是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛星導航系統，但由于衛星信號會受到建筑物的遮擋，因此不利于室內定位的實現。因此，作為位置服務的重要組成部分，室內定位技術受到了越來越多的關注。隨著無線通信技術的發展，特別是在移動智能終端流行趨勢的推動下，WLAN變得非常普及，為室內定位系統的研究開辟了新思路。在主流的無線信號室內定位系統中，利用信號接收強度進行定位的方法已經得到了廣泛的應用。信號接收強度表征了射頻信號在傳播過程中衰減和距離的關系，但是基于RSSI的室內定位技術有很多缺點，首先，每個待測點的數據包對應一個RSSI值，但是受限于多徑效應的影響，在較復雜的室內環境中的定位精度會急劇下降，在實際應用中是不可靠的。其次，RSSI值是通過平均所有輸入信號的振幅，沒有利用不同的子載波的信道信息。相對于RSSI，現階段無線信道狀態取得了一定的重視。隨著WIFI以及OFDM技術的廣泛應用，基于IEEE802.11n標準的信道響應可以以信道狀態信息的參數從接收端提取出來。CSI表征了信道中各個子載波的相位和幅度信息，比RSSI只停留在數據包的層面上來說CSI是具有更細粒度的信息，所以基于CSI的定位技術得到了日益廣泛的發展。近幾年，國內外在運用CSI上取得了很多成果。例如，提出了一個基于指紋的無源設備的系統，使用802.11nWiFi設備測量CSI，使細粒度的子信道的信息可以用來定位，在在線階段利用貝葉斯算法分類，進一步進行PCA降維。提出了DeepFi，基于深度學習室內指紋方案使用CSI信息，基于對CSI的假設，使用深度網絡中的權重來表示指紋，采用貪婪學習算法進行權值訓練，減少復雜度。此外，在在線位置估計時提出基于徑向基函數的概率數據融合方法，DeepFi具有高精度，但是也增加了成本。以上文獻在提取CSI矩陣時只考慮了幅度信息而忽略了相位信息，提出PhaseFi，一個相位指紋定位系統，相位信息通過三天線英特爾5300無線網卡提取和校準。離線階段，利用一個深度來訓練校準相位數據，并用權重表示指紋，以此來降低復雜度，并用貪婪算法訓練權重值，但PhaseFi不可避免的是相位信息難以校準，提出了CSI-MIMO，采用多輸入多輸出信息和使用各子載波的幅度和相位，使用K近鄰和貝葉斯算法來評價CSI-MIMO指紋識別性能。實驗表明，該CSI-MIMO精度與細粒室內指紋系統和一個簡單的CSI系統相比，精度提高了57％以上，平均誤差精度為1.5米。

綜上所述，現有技術存在的問題是：傳統的室內定位技術受到多徑效應等影響以致于定位精度不高。

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特征值提取的CSI-MIMO室內定位方法。

本發明是這樣實現的，一種基于特征值提取的CSI-MIMO室內定位方法，包括以下部分：

步驟一，離線階段：獲取每個參考點的多個無線信號的CSI矩陣，且每個矩陣都存有標簽，并通過提取每個CSI矩陣特征值的方法建立離線指紋數據庫；