[發明專利]一種基于波形邊緣檢測的室內信號到達時間測量方法

有效

• 申請號: 201910122291.4
• 申請日: 2019-02-19
• 公開（公告）號: CN109884585B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 李敏;王琰;于全;柯明星;張馭龍
• 申請（專利權）人: 軍事科學院系統工程研究院網絡信息研究所
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06
• 代理公司: 北京慧智興達知識產權代理有限公司 11615
• 代理人: 韓龍;龐鐵

一種基于波形邊緣檢測的室內信號達到時間測量方法，該方法基于對波形的采樣，采用空?頻?時三維搜索算法，計算某一子載波間隔一個采樣周期的相鄰區間分別對應的信道狀態信息的相位差，通過相位差判斷估計信道狀態信息值的信號處理區間是否進入波形邊緣，得到信號到達時間的估計值。該方法克服了傳統子空間方法的缺陷，為信號到達時間估計提供了一條新的思路。

技術領域

本發明涉及一種室內定位技術，具體涉及室內定位技術的室內信號到達時間測量方法。

背景技術

位置信息，是移動互聯網的基本要素，是物聯網中重要的感知信息，和人們的生產生活密切相關。室外定位和基于位置的服務已經發展成熟，基于衛星導航和地圖的位置服務被廣泛應用，并成為各種移動設備使用最多的應用之一。而人類80％以上的時間是在室內環境中活動，如果能夠解決室內定位問題，就能實現室內和室外的無縫銜接，是導航領域的重大突破。

近十五年來，各種各樣的室內定位技術層出不窮，包括谷歌、微軟、蘋果、博通等在內的一些科技巨頭，以及世界著名的大學都在研究室內定位技術，其未來主要的應用領域包括：室內精準導航、大數據分析、個性化營銷、社交網絡等。隨著智能手機的普及，以及移動互聯網的發展，室內定位市場必將蓬勃發展、需求不斷攀升，其商業化也將帶來一波創新高潮。

室內定位技術主要有：紅外線、超聲波、射頻識別、藍牙、超寬帶、以及無線局域網(WLAN，即Wi-Fi，基于IEEE 802.11協議)等。與Wi-Fi相比，其它室內定位系統均需要部署專用的硬件設備，導致成本高昂；Wi-Fi技術自誕生以來，擁有龐大的客戶群體且已經廣泛部署。截止到2017年末，Wi-Fi設備累計出貨量接近200億臺。Wi-Fi不僅可以連接筆記本和智能手機等上網設備，還可以連接電視、音響、燈具等家用電器，甚至將滲透進入智能聯網汽車等領域。未來，Wi-Fi將是物聯網和5G網絡的重要支撐技術。人們除了通過Wi-Fi設備進行信息傳輸外，還可以利用Wi-Fi設備進行精確定位。尤其是室內，衛星導航等技術由于信號遮擋，導航接收機接收到的信號受到衰落和散射，無法正確解析當前位置，導致位置信息無法獲得。因此，利用廣泛部署的Wi-Fi設備接續定位功能具有重要的現實意義。目前基于Wi-Fi的室內定位精度為3米左右，還沒有實現高精度的定位。因此，研究基于Wi-Fi的室內定位技術具有廣闊的前景和重要的意義。

Wi-Fi室內定位技術主要分為兩類，一類是根據信號的指紋參數特征進行指紋匹配；另一類是根據信號的到達時間(TOA)進行幾何解算。采用幾何解算的現有技術方案中，最常用的是子空間算法。

假設室內多徑信道的等效低通信道沖擊響應可以表示為

其中，L_p是多徑的數量。α_k和τ_k分別是復衰落系數和傳播時延。τ_k(0≤k≤L_p-1)按照時延長短從小到大排列，τ₀代表第一徑(如果直達徑存在，則代表直達徑)的傳播時延，即TOA。對上式進行傅立葉變換，信道的頻域響應可以表示為

由于Wi-Fi信號采用正交頻分復用(OFDM)體制進行傳輸，假設OFDM信號一共有L個子載波，測量得到第l個子載波的信道狀態信息(信道狀態信息)可以表示為

其中，l＝0,1,…,L-1，f₀是信號下邊緣載波頻率，ω(l)是噪聲，均值為零，方差為用矩陣和矢量表示為：

x＝H+w＝Va+w

其中

x＝[x(0) x(1) … x(L-1)]^T