申请/专利权人：山东科技大学

申请日：2023-06-13

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN116669181B

主分类号：H04W64/00

分类号：H04W64/00;H04W4/33;G01S5/02;G01C21/20;G06V10/22;G06V10/764;G06V10/82;G06T7/73;G06N20/10;G06N3/084;G06N3/0464

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2023.09.15#实质审查的生效;2023.08.29#公开

摘要：本发明属于人体感知、信号处理技术领域，公开了基于WiFi多反射路径图像的室内人员定位方法及系统。对接收的CSI数据进行预处理，消除由接收天线之间间距带来的相位误差；对预处理后CSI数据中的数据包运用分割算法，获得更多的子数据包；对每个子数据包使用矩阵平滑算法，对三天线设备进行模拟扩展为多天线设备，获取多反射信号路径信息并利用二维MUSIC算法计算出目标位置发射出的所有反射路径和直达路径对应的角度信息和飞行时间信息，利用角度信息和飞行时间信息生成二维反射路径信息图像用作特征图像。本发明通过两种不同的分类模型分别在两种实验环境下都可以达到93%及以上的测试准确度。

主权项：1.一种基于WiFi多反射路径图像的室内人员定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、利用多台三天线设备进行无线数据的收发；S2、对接收的CSI数据进行预处理，消除由接收天线之间间距带来的相位误差；S3、对预处理后CSI数据中的数据包运用分割算法，获得更多子数据包组；S4、每个子数据包使用矩阵平滑算法对三天线设备进行模拟扩展为多天线设备，获取多反射信号路径信息；S5、对多反射信号路径信息，利用二维MUSIC算法计算出目标位置发射出的所有反射路径和直达路径对应的角度信息和飞行时间信息，利用角度信息和飞行时间信息生成二维反射路径信息图像用作特征图像；S6、将多个位置下的所有反射路径的图片导入网络分类模型进行训练，生成训练模型；S7、使用生成的训练模型对新的位置信息生成的二维反射路径信息图像进行分类，进行人员的定位；在步骤S4中，矩阵平滑算法对三天线设备进行模拟扩展为多天线设备包括：通过使用矩阵平滑算法将3×30的信道状态信息矩阵重组为30×32的数据矩阵，获取多反射信号路径信息；获取多反射信号路径信息包括：N个非相干远场窄带信号入射到由M根天线组成的阵列上，此时接收信号表达式为： 式中，xt为阵列的接收信号，st为发射信号，nt为M维噪声数据，ejωτ为一个导向向量；其中，第M根天线的CSI值表示为：Xt＝Ast+nt式中，Xt为阵列的接收信号，A为空间阵列的M×N维导向向量矩阵；CSImatrix为Intel5300无线网卡为3根天线和30个子载波组成的CSI矩阵，表达式为： 式中，不同根天线和不同子载波组成的CSI值通式为csim，n，表示第m个天线的第n个子载波的CSI值，CSI值为一个复数形式a+bi；m取值1～3；n取值1～30；通过计算接收设备不同天线之间的初始相位差值，对每根天线的30个子载波进行初始相位的线性补偿，将接收机的第二天线、第三天线与第一天线进行校准，对接收机不同天线的相位校正；对输入的CSI测量值进行结构重组获得平滑的CSI矩阵；重新组合生成的平滑CSI矩阵直接通过MUSIC算法得到所有反射传播路径的信息；通过MUSIC算法得到所有反射传播路径的信息包括：基于经典的MUSIC算法扩展为二维2D-MUSIC算法，并结合不同信号的到达角和飞行时间，将不同位置不同反射路径的信息在图像中展现出来，将到达角和飞行时间结合MUSIC的谱图峰值结合，每个峰值代表了一个路径，每个峰值的横轴代表了到达角信息，纵轴代表了对应的飞行时间信息；经典的MUSIC算法中谱估计公式为： 式中，PMUSIC为通过MUSIC算法得到的谱值；若X为平滑处理后的得到的数据矩阵，则Rx代表数据矩阵X的协方差矩阵为：Rx＝E[XtXHt]分解为：Rx＝ARsAH式中，E代表自相关矩阵，H为共轭矩阵，AH为A的共轭矩阵，Rs为正定的厄米特矩阵为Rx的信号相关矩阵，A为空间阵列的M×N维导向矩阵，对Rs特征分解得到的M个特征值均为非负实数diag[λ1，λ2，λ3…λM]，有D个大的特征值和M-D个小的特征值，大特征值对应的特征向量组成的空间为信号子空间，小特征值对应的特征向量组成的空间为噪声子空间；在步骤S5中，利用二维MUSIC算法计算出目标位置发射出的所有反射路径和直达路径对应的角度信息和飞行时间信息包括：将一维MUSIC算法提升到二维MUSIC算法，将aθ扩展为aθ，τ； 式中，aθ，τ为携带角度信息和飞行时间信息的导向向量矩阵，为不同路径的相位偏移矩阵，τp为第p条路径的飞行时间，φp，m＝2πmdsinθpλ，ωδ＝2πΔf，Δf为子载波频率间隔，m为第几根天线，θp为第p个反射路径的角度信息，φp，m为第p路径m维度的相位，φp，m＝2πmdsinθpλ，p为第p个反射路径，φ为相位信息，d为天线间距，λ为信号的波长；由二维MUSIC算法谱估计公式得到角度信息以及飞行时间信息，二维MUSIC算法谱估计公式为： 式中，θ为得到的角度信息；aθ，τ表示接收信号经过平滑处理后得到的矩阵的导向向量，其中包含了到达角信息和飞行时间信息，为信号的噪声子空间，aθ，τ表示平滑矩阵协方差矩阵的导向向量，aH为a的共轭矩阵，PMUSIC是通过MUSIC算法得到的谱值。

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百度查询： 山东科技大学 基于WiFi多反射路径图像的室内人员定位方法及系统

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