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1. WO2020134552 - POSITION SENSING METHOD AND DEVICE AND POSITIONING METHOD AND DEVICE

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155   0156   0157   0158   0159   0160   0161   0162   0163   0164   0165   0166   0167   0168   0169   0170   0171   0172   0173   0174   0175   0176   0177   0178   0179   0180   0181   0182   0183   0184   0185   0186   0187   0188   0189   0190   0191   0192   0193   0194   0195   0196   0197   0198   0199   0200   0201   0202   0203   0204   0205   0206   0207   0208   0209   0210   0211   0212   0213   0214   0215   0216   0217   0218   0219   0220   0221   0222   0223   0224   0225   0226   0227   0228   0229   0230   0231   0232   0233   0234   0235   0236   0237   0238   0239   0240   0241   0242   0243   0244   0245   0246   0247   0248   0249   0250   0251   0252   0253   0254   0255   0256   0257   0258   0259   0260   0261   0262   0263   0264   0265   0266   0267   0268   0269   0270   0271   0272   0273   0274   0275   0276   0277   0278   0279   0280   0281   0282   0283   0284   0285   0286   0287   0288   0289   0290   0291   0292   0293   0294   0295   0296   0297   0298   0299   0300   0301   0302   0303   0304   0305   0306   0307   0308   0309   0310   0311   0312   0313   0314   0315   0316   0317   0318   0319   0320   0321   0322   0323   0324   0325   0326   0327   0328   0329   0330   0331   0332   0333   0334   0335   0336   0337   0338   0339   0340   0341   0342   0343   0344  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42  

附图

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

说明书

发明名称 : 位置感知方法和装置以及定位方法和装置

技术领域

[0001]
本申请涉及位置感知技术领域,尤其涉及一种基于信道状态信息CSI的位置感知方法和装置。

背景技术

[0002]
随着物联网(Internet of Things,IoT)设备的大量普及以及IoT技术的迅速发展,智能家居应用开始逐渐步入普通家庭的日常生活中。因此,基于位置信息的服务或得到越来越多的关注,使得定位技术无论是在商业价值还是社会价值上都有着极大的发展空间,例如自动灯光调节、自动温度控制、智能功能推送,为多样化、智能化的家居生活带来了新的可能。为了提供精准便利的基于位置的服务,构建家庭IoT设备空间相对布局显得尤为重要。现有技术中,基于信道状态信息(channel state information,CSI)的Wi-Fi定位系统可以实现分米级精度;例如,接入点(access point,AP)从待定位目标物发送的信号中解析出CSI,CSI反映了通信信道对诸如幅度和相位的发送信号特性的影响,其中相位可用于计算到达角度(angle of arrival,AoA)。针对于2.4G-5G的Wi-Fi信号,采用CSI计算AoA往往需要设备安装2根以上的天线到达角度技术;再结合多个AP测得的AoA通过集合方式得到待定目标的位置。
[0003]
上述基于CSI的Wi-Fi定位系统虽然在性能方面效果不错,但是现有的基于CSI的Wi-Fi定位系统需要进行大量的人工标定工作,影响了阻碍了大规模部署。人工标定指服务提供商或用户需要提前确定所有AP之间的相对位置或在地图上的绝对位置,同时由于AoA与天线阵方向有关,在上述基于CSIWi-Fi定位系统的定位过程中,还需要确定所有AP设备天线阵的方向。
[0004]
除此之外,通过AP直接采集得到的CSI无法直接用于计算AoA,主要是因为直接获取的CSI相位受到下采样相位差(Down-conversion Phase Offset)的影响,该相位差由AP接收器的硬件引起,正常通信中保持不变,然而会在设备重启或通信信道改变时再次变为不可预测的新值。为了使得CSI能够被用于计算AoA,必须消除此下采样相位差。而基于现有的商用Wi-Fi设备中,消除下采样相位差的方法除人工测量外仍需知道AP的位置和天线阵列的方向。
[0005]
发明内容
[0006]
针对现有技术存在的技术问题,本发明实施例提供了一种基于CSI的位置感知方法和位置感知装置以及基于CSI的定位方法和定位装置。可以在不需要大量人工记录用于支撑定位设备的位置和天线阵方向的情况下,同样实现高精度的定位服务,即提供了一种定位系统可以自动标定的机制。
[0007]
第一方面,本申请实施例提供了一种基于信道状态信息CSI的位置感知方法,该位置感知方法包括:获取N个设备中每两个设备间相互检测到的CSI数据,N为大于或等于3的整数,每一个设备配置有呈非线性排列的M个天线,M为大于或等于3的整数;根据获取的CSI数据得到到达角度差ADoA集合,其中ADoA集合包含上述N个设备中每两个设备相对其他每个设备的ADoA,ADoA指两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值;根据得到ADoA集合,得到N个设备的相对位置。N个设备的相对位置确定的过程可以理解为对N个设备进行位置布局构建的过程。可选的,任一个CSI数据可表示为 其中K表示信道衰减的幅度, 表示信号在信道中的相位变化,e表示欧拉数,j表示虚数。
[0008]
一种可能的实现方式,上述根据获取的CSI数据得到到达角度差ADoA集合包括:针对ADoA集合中任一ADoA,可以通过下面方法步骤得到:根据设备A检测到的设备B的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (B→A),以及根据设备A检测到的设备C的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (C→A),其中设备A、设备B和设备C为N个设备中的任一设备,且设备A、设备B和设备C不是同一设备,天线相位差集合R (B→A)表示为{φ xy(B→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(B→A)表示天线相位差集合R (B→A)中设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差,天线相位差集合R (C→A)表示为{φ xy(C→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(C→A)表示天线相位差集合R (C→A)中设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差;根据天线相位差集合R (B→A)和天线相位差集合R (C→A),得到设备B和设备C相对于设备A的ADoA。在本申请实施例中描述基于CSI的位置感知方法引入了ADoA的集合关系概念,能够实现在未知设备的天线阵方向情况同样可以利用CSI数据进行位置确定。
[0009]
一种可能的实现方式,上述根据天线相位差集合R (B→A)和天线相位差集合R (C→A),得到设备B和设备C相对于设备A的ADoA包括:在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ 12)组合,其中θ 1和θ 2表示设备A中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角,参考方向定义为设备A中M个天线所处平面上的任意方向;根据天线相位差集合R (B→A)、天线相位差集合R (C→A)和多个(θ 12)组合,得到第一能量谱,其中第一能量谱中的每个值对应一个(θ 12)组合并表示对应的(θ 12)组合为目标(θ 12)组合的可能性,目标(θ 12)组合表示设备B相对于设备A的AoA和设备C相对于设备A的AoA的组合;获取第一能量谱中的峰值对应的(θ 12)组合作为目标(θ 12)组合;根据目标(θ 12)组合计算设备B和设备C相对于设备A的ADoA。因为,(θ 12)是在[0,2π]×[0,2π]范围内随机选择的,所以这里提到的AoA是一种假设的AoA。
[0010]
一种可能的实现方式,通过下面公式计算一个(θ 12)组合对应的第一能量谱中的值,
[0011]
[0012]
其中P(θ 12)表示第一能量谱中的值,d xy表示设备A中第x个天线与第y天线之间的距离, 表示设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速,e表示欧拉数,j表示虚数。
[0013]
一种可能的实现方式,上述根据目标(θ 12)组合计算设备B和设备C相对于设备A的ADoA包括:
[0014]
通过下面公式计算设备B和设备C相对于设备A的ADoA,
[0015]
Δθ (BAC)=|θ 1目标2目标|
[0016]
其中Δθ (BAC)表示设备B和设备C相对于设备A的ADoA,θ 1目标2目标分别为目标(θ 12)组合的中θ 12
[0017]
一种可能的实现方式,第一能量谱存在两个峰值;上述获取第一能量谱中的峰值对应的(θ 12)组合作为目标(θ 12)组合包括:获取两个峰值中任一峰值对应的(θ 12)组合作为目标(θ 12)。
[0018]
一种可能的实现方式,第一能量谱存在两个以上的峰值,N为大于或等于4的整数;上述获取第一能量谱中的峰值对应的(θ 12)组合作为目标(θ 12)组合包括:获得每个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合,一个(θ 12)组合对应一个第一下采样相位差集合;基于第一下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ 12)组合中获取目标(θ 12)。
[0019]
一种可能的实现方式,上述获得每个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合包括:针对任一个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合表示为 通过下面公式计算
[0020]
或者
[0021]
或者
[0022]
[0023]
其中,d xy表示设备A中第x个天线与第y个天线之间的距离, 表示设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速。
[0024]
一种可能的实现方式,上述基于第一下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ 12)组合中获取目标(θ 12)包括:获取第二能量谱中每个峰值对应的(θ 13)组合的第二下采样相位差集合;在同一坐标系中,分别以第一下采样相位差集合和第二下采样相位差集合为坐标,获取与第二下采样相位差集合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第一下采样相位差集合所对应的(θ 12)组合作为目标(θ 12)组合。
[0025]
一种可能的实现方式,在获取第二能量谱中每个峰值对应的(θ 13)组合的第二下采样相位差集合的获取参见第一下采样相位差集合获取方法。
[0026]
一种可能的实现方式,该基于CSI的位置感知方法还包括:根据与目标(θ 12)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ 13)组合,得到设备B和设备D相对于设备A的ADoA。
[0027]
一种可能的实现方式,该基于CSI的位置感知方法还包括:根据目标(θ 12)组合中的θ 2和与目标(θ 12)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ 13)组合中的θ 3,得到设备C和设备D相对于设备A的ADoA。
[0028]
一种可能的实现方式,设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差φ xy通过下面公式计算:
[0029]
[0030]
其中 表示设备A中第x个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化 表示设备A中第y个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化
[0031]
一种可能的实现方式,N为大于或等于4的整数,上述根据ADoA集合,得到N个设备的相对位置包括:从N个设备中任意选择至少三个设备;从ADoA集合中获取所述至少三个设备中每两个设备相对于其他每个设备的ADoA;根据至少三个设备中每两个设备相对于其他每个设备的ADoA构建至少三个设备的相对位置;从ADoA集合中获取与设备Q相关的ADoA构成集合E,设备Q为N个设备中的任一设备且与至少三个设备不是同一设备,集合E包括至少三个设备中每两设备相对于设备Q的ADoA以及设备Q和至少三个设备中每一设备相对于至少三个设备中其他每一设备的ADoA;根据集合E和至少三个设备的相对位置得到设备Q与至少三个设备的相对位置;重复后两个步骤,直至得到全部N个设备的相对位置。
[0032]
一种可能的实现方式,上述根据集合E和至少三个设备的相对位置得到设备Q与至少三个设备的相对位置包括:根据至少三个设备的相对位置选择设备Q的多个评估位置,评估位置表示待定的设备Q与至少三个设备的相对位置,再没有最后确定评估位置为设备Q与至少三个设备的相对位置前,每个评估位置均是假设的设备Q的位置;根据集合E和多个评估位置对应的多个评估ADoA集合计算误差值,其中多个评估位置与多个评估ADoA集合一一对应, 每一个评估ADoA集合中的ADoA与集合E中的ADoA一一对应,一个评估ADoA集合对应一个误差值;根据目标评估ADoA集合对应的评估位置得到设备Q与三个设备的相对位置,目标评估ADoA集合为多个评估ADoA集合中对应的误差值最小的评估ADoA集合。
[0033]
一种可能的实现方式,通过下面公式计算误差值,
[0034]
[0035]
其中,E表示集合E,Δθ表示E中的ADoA,F表示多个评估ADoA集合中的任一个评估ADoA集合,Δθ′表示F中与Δθ对应的ADoA,e表示F对应的误差值。
[0036]
一种可能的实现方式,通过下面公式计算目标评估ADoA集合对应的评估位置,
[0037]
[0038]
其中L Q表示目标评估ADoA集合对应的评估位置,G表示多个评估位置,L表示G中的任一个评估位置,E表示集合E,Δθ表示E中的ADoA,F L表示L对应的评估ADoA集合,Δθ′表示F L中与Δθ对应的ADoA。
[0039]
一种可能的实现方式,该基于CSI的位置感知方法还包括:获取N个设备中任意W个设备的实际地理位置,W大于或等于3的整数;根据W个设备的实际地理位置和N个设备的相对位置,得到N个设备的中每个设备的实际地理位置。
[0040]
通过本申请实施例提供的基于CSI的位置感知方法能够在不需要人工进行大量的标定工作以及获得各AP的天线阵方向参数的情况下得到多个设备的相对位置,即构建了可以用于定位的多个设备的位置布局,当利用基于上述方法得到的位置布局用于定位时,这里定位结果是待定位目标的在位置布局中的相对位置。即使希望获得待定位目标的实际地理位置,以AP为例,上述基于CSI的位置感知方法也可以通过获取少数AP的实际地理位置,在根据多个AP的相对位置得到位置布局中全部AP的实际地理位置,用于提供实际地理位置的定位服务。同样可以大大减低人工标定AP位置的工作量。可以将上述基于CSI的位置感知方法看作是定位系统的自我标定机制,能够减少了人工记录AP位置、天线阵方向劳动量,提出了ADoA概念并能在AP位置、天线阵列的方向和相位偏移未知的情况得到ADoA,并通过ADoAs得到AP整体位置布局。定位系统是指包含N个设备和服务器的整体,可用于定位服务。
[0041]
第二方面,本申请实施例提供了一种位置感知装置,该位置感知装置包括多个模块,能够实现第一方面以及第一方面的各个可能实现方式中描述的基于CSI的位置感知方法的各步骤。
[0042]
第三方面,本申请实施例提供了一种基于信道状态信息CSI的定位方法,该定位包括:获取H个设备检测到的待定位设备P0的CSI数据,H个设备中的每一个设备配置有呈非线性排列的M个天线,H为大于或等于3的整数,M为大于或等于3的整数;根据CSI数据得到第一到达角度差ADoA集合,第一ADoA集合包括待定位设备P0和H个设备中每个设备相对H个设备中其他每个设备的ADoA,ADoA为两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值;根据第一ADoA集合和所述H个设备的位置信息得到待定位设备P0的位置信息。33、根据权利要求21-23任一所述的定位方法,其特征在于,任一个CSI数据可表示为 其中K表示 信道衰减的幅度, 表示信号在信道中的相位变化,e表示欧拉数,j表示虚数。CSi数据通过解析信号可以得到,解析方法可以是现有技术的任一种。
[0043]
一种可能的实现方式,上述根据CSI数据得到第一到达角度差ADoA集合包括:根据设备P1检测到的待定位设备P0的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (P0→P1),以及根据设备P1检测到的设备P2的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (P2→P1),其中设备P1和设备P2为H个设备中的任一设备且设备P1和设备P2不是同一设备,天线相位差集合R (P0→P1)表示为{φ xy(P0→P1)|x,y<M,x≠y},φ xy(P0→P1)表示天线相位差集合R (P0→P1)中设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差,天线相位差集合R (P2→P1)表示为{φ xy(P2→P1)|x,y<M,x≠y},φ xy(P2→P1)表示天线相位差集合R (P2→P1)中设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差;根据天线相位差集合R (P0→P1)和天线相位差集合R (P2→P1),得到待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA。
[0044]
一种可能的实现方式,上述根据天线相位差集合R (P0→P1)和天线相位差集合R (P2→P1),得到待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA包括:在[0,2π]范围内选择多个θ P0,其中θ P0表示设备P1中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角,参考方向为设备P1中M个天线所处平面上的任意方向;根据多个θ P0与预先存储的θ P2,得到多个(θ P0P2)组合,其中,θ P2表示设备P2相对于设备P1的AoA,AOA表示信号方向在设备P1中M个天线所处平面上的投影相对于所述参考方向的夹角;根据天线相位差集合R (P0→P1)、天线相位差集合R (P2→P1)和所述多个(θ P0P2)组合,得到第三能量谱,其中第三能量谱中的每个值对应一个(θ P0P2)组合并表示对应的(θ P0P2)组合为目标(θ P0P2)组合的可能性,目标(θ P0P2)组合表示待定位设备P0相对于设备P1的AoA和设备P2相对于所述设备P1的AoA的组合;因为,θ P0是在[0,2π]范围内随机选择的,所以这里提到的设备P0相对于设备P1的AoA和是一种假设的AoA。获取第三能量谱中的最大值对应的(θ P0P2)组合作为目标(θ P0P2)组合;根据目标(θ P0P2)组合计算待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA。
[0045]
一种可能的实现方式,上述根据天线相位差集合R (P0→P1)和天线相位差集合R (P2→P1),得到待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA包括:在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ P0P2)组合,其中θ P0和θ P2表示设备P1中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角,参考方向为所述设备P1中M个天线所处平面上的任意方向;根据天线相位差集合R (P0→P1)、天线相位差集合R (P2→P1)和多个(θ P0P2)组合,得到第三能量谱,其中第三能量谱中的每个值对应一个(θ P0P2)组合并表示对应的(θ P0P2)组合为目标(θ P0P2)组合的可能性,所述目标(θ P0P2)组合表示待定位设备P0相对于设备P1的AoA和设备P2相对于设备P1的AoA的组合;因为,(θ P0P2)是在[0,2π]×[0,2π]范围内随机选择的,所以这里提到的AoA和是一种假设的AoA。获取第三能量谱中的峰值对应的(θ P0P2)组合作为目标(θ P0P2)组合;根据目标(θ P0P2)组合计算待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA。
[0046]
一种可能的实现方式,通过下面公式计算一个(θ P0P2)组合对应的第三能量谱中的值,
[0047]
[0048]
其中P(θ P0P2)表示第三能量谱中的值,d xy表示设备P1中第x个天线与第y天线之间的距离, 表示设备P1中第x天线与第y天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速,e表示欧拉数,j表示虚数。
[0049]
一种可能的实现方式,第三能量谱存在两个峰值;上述获取所述第三能量谱中的峰值对应的(θ P0P2)组合作为目标(θ P0P2)组合包括:获取两个峰值中任一峰值对应的(θ P0P2)组 合作为目标(θ P0P2)。
[0050]
一种可能的实现方式,第三能量谱存在两个以上的峰值;上述获取第三能量谱中的峰值对应的(θ P0P2)组合作为目标(θ P0P2)组合包括:获得每个峰值对应的(θ P0P2)组合的第三下采样相位差集合,一个(θ P0P2)组合对应一个第三下采样相位差集合;基于第三下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ P0P2)组合中获取目标(θ P0P2)。
[0051]
一种可能的实现方式,获得每个峰值对应的(θ P0P2)组合的第三下采样相位差集合包括:针对任一个峰值对应的(θ P0P2)组合的第三下采样相位差集合表示为 通过下面公式计算
[0052]
或者
[0053]
或者
[0054]
[0055]
其中,d xy表示设备P1中第x个天线与第y个天线之间的距离, 表示设备P1中第x个天线与第y个天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速。
[0056]
一种可能的实现方式,上述基于第三下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ P0P2)组合中获取目标(θ P0P2)包括:获取第四能量谱中每个峰值对应的(θ P0P3)组合的第四下采样相位差集合;在同一坐标系中,分别以第三下采样相位差集合和第四下采样相位差集合为坐标,获取与第四下采样相位差集合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第三下采样相位差集合所对应的(θ P0P2))组合作为目标(θ P0P2)组合。
[0057]
第四下采样相位差集合的获取参见上述第三下采样相位差集合的计算方式。
[0058]
一种可能的实现方式,该定位方法还包括:根据与目标(θ P0P2)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第四下采样相位差集合所对应的(θ P0P3)组合,得到待定位设备P0和设备P3相对于所述设备P1的ADoA。
[0059]
一种可能的实现方式,该定位方法还包括:根据目标(θ P0P2)组合中的θ P2和与目标(θ P0P2)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第四下采样相位差集合所对应的(θ P0P3)组合中的θ P3,得到设备P2和所述设备P3相对于设备P1的ADoA。
[0060]
一种可能的实现方式,通过下面公式计算待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA,
[0061]
Δθ (BAC)=|θ P0目标P1目标|
[0062]
其中Δθ (BAC)表示待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA,θ P0目标P2目标分别为目标(θ P0P2)组合的中θ P0P2
[0063]
一种可能的实现方式,设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差φ xy通过下面公式计算:
[0064]
[0065]
其中 表示设备P1中第x个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化 表示设备P1中第y个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化
[0066]
一种可能的实现方式,上述根据第一ADoA集合和H个设备的位置信息得到待定位设备P0的位置信息包括:根据H个设备的位置信息选择待定位设备P0的多个预测位置,预测位置表示可能的待定位设备P0的位置信息;根据第一ADoA集合和多个预测位置对应的多个预 测ADoA集合计算第一误差值,其中多个预测估位置与多个预测ADoA集合一一对应,每一个预测ADoA集合中的ADoA与第一ADoA集合中的ADoA一一对应,一个预测ADoA集合对应一个第一误差值;获取目标预测ADoA集合对应的预测位置作为待定位设备P0的位置信息,目标预测ADoA集合为多个预测ADoA集合中对应的第一误差值最小的预测ADoA集合。
[0067]
一种可能的实现方式,通过下面公式计算第一误差值,
[0068]
[0069]
其中,E表示第一ADoA集合,Δθ表示E中的ADoA,F表示预测ADoA中的任一个预测ADoA集合,Δθ′表示F中与Δθ对应的ADoA,e表示F对应的第一误差值。
[0070]
一种可能的实现方式,通过下面公式计算目标预测ADoA集合对应的预测位置,
[0071]
[0072]
其中L Q表示目标预测ADoA集合对应的预测位置,K表示多个预测位置,L表示K中的任一个预测位置,E表示第一ADoA集合,Δθ表示E中的ADoA,F L表示L对应的预测ADoA集合,Δθ′表示F L中与Δθ对应的ADoA。
[0073]
一种可能的实现方式,H个设备的位置信息为H个设备之间的相对位置或者H个设备中每个设备实际地理位置。
[0074]
本申请实施例提供的基于CSI的定位方法,通过引入ADoA的几何关系,能够在未知支撑定位设备(例如上述的H个设备)的天线阵方向的情况下对待定位目标进行定位,达到减少对支撑定位设备进行记录的工作量,即减少现有定位技术对于人工标定天线方向的依赖性。并且,在待定位设备P0即为定位服务器的情况,不需要获取支撑定位设备的天线阵方向,可以直接通过本申请实施例提供的基于CSI的定位方法为自己定位。
[0075]
第四方面,本申请实施例提供了一种定位装置,该定位装置包括多个模块,能够实现第三方面以及第三方面的各个可能实现方式中描述的基于CSI的定位方法的各步骤。
[0076]
第五方面,本申请实施例提供了一种位置感知装置,该位置感知装置包括至少一个处理器,至少一个处理器用于与存储器耦合,读取存储器中的指令并根据指令执行第一方面及第一方面的各可能的实现方式中描述的位置感知方法的步骤。
[0077]
第六方面,本申请实施例提供了一种定位装置,该定位装置包括至少一个处理器;至少一个处理器用于与存储器耦合,读取存储器中的指令并根据指令执行第三方面即第三方面的各可能的实现方式中描述的定位方法的步骤。
[0078]
第七方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质包括指令,当所述指令在计算机上运行时,使得所述计算机执行第一方面及第一方面的各可能的实现方式中描述的位置感知方法的步骤。
[0079]
第八方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质包括指令,当所述指令在计算机上运行时,使得所述计算机执行第三方面即第三方面的各可能的实现方式中描述的定位方法的步骤。
[0080]
通过本申请实施例提供的基于CSI的位置感知方法能够在不需要人工进行大量的标定工作以及获得各AP的天线阵方向参数的情况下得到多个设备的相对位置,即构建了可以用于定 位的多个设备的位置布局,当利用基于上述方法得到的位置布局用于定位时,这里定位结果是待定位目标的在位置布局中的相对位置。即使希望获得待定位目标的实际地理位置,以AP为例,上述基于CSI的位置感知方法也可以通过获取少数AP的实际地理位置,在根据多个AP的相对位置得到位置布局中全部AP的实际地理位置,用于提供实际地理位置的定位服务。同样可以大大减低人工标定AP位置的工作量。可以将上述基于CSI的位置感知方法看作是定位系统的自我标定机制,能够减少了人工记录AP位置、天线阵方向劳动量,提出了ADoA概念并能在AP位置、天线阵列的方向和相位偏移未知的情况得到ADoA,并通过ADoAs得到AP整体位置布局。定位系统是指包含N个设备和服务器的整体,可用于定位服务。

附图说明

[0081]
图1是本申请实施例提供的一种三个天线呈线性排列的示意图;
[0082]
图2是本申请实施例提供的一种三个天线呈非线性排列的示意图;
[0083]
图3是本申请实施例提供的热度图示意图;
[0084]
图4是本申请实施例提供的一种基于CSI的位置感知方法的流程图;
[0085]
图5是本申请实施例提供的一种到达角度差ADoA示意图;
[0086]
图6是本申请实施例提供的一种计算ADoA方法的流程图;
[0087]
图7是本申请实施例提供的另一个能量谱示意图;
[0088]
图8是本申请实施例提供的在坐标系中表示(θ 12)的示意图;
[0089]
图9是本申请实施例提供的设备的位置布局的示意图;
[0090]
图10是本申请实施例提供的一种位置感知装置的框架图;
[0091]
图11是本申请实施例提供的一种基于CSI的定位方法的流程图;
[0092]
图12是本申请实施例提供的一种定位装置的框架图;
[0093]
图13是本申请实施例提供的一种装置的框架图;
[0094]
图14是本申请实施例提供的J1900迷你电脑的三角天线阵列示意图。

具体实施方式

[0095]
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图,对本申请的技术方案进一步地详细描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0096]
为了更好地理解本申请实施例,在此首先释明下面实施例可能涉及到的概念:
[0097]
到达角度差(angle difference of arrival,ADoA)是指两个设备(发送设备)相对于同一设备(接收设备)的AoA的差值,即两个发送设备发送到同一接收设备的信号的AoA的差值。在本申请中,由于不需要得知接收设备的天线阵方向,AoA与技术领域公知的AoA的具体定义有所区别,具体地,本申请的AoA指发送设备发送的信号方向与接收设备中设定的参考方向的夹角,参考方向可以以接收设备中多个天线所在平面上的任一方向。这里的设备通常是AP,或者与AP具有相同功能的设备。
[0098]
下采样相位差(Down-conversion Phase Offset)是指在同一设备的不同天线间犹豫设备的下采样过程引起的固定相位偏差。
[0099]
接入点AP一般是指无线接入点,或者是无线访问点,AP在定位领域中更多的用于协助定位。在本申请中,AP是一种可能的具体设备,本申请实施例提供的方法和装置不限于AP。
[0100]
天线阵,单一天线的方向性是有限的,为适合各种场合的应用,将工作在同一频率的两个或两个以上的单个天线,按照一定的要求进行馈电和空间排列构成天线阵列,也叫天线阵。下面会提到“非线性天线排列”指的是空间排列,具体的馈电不做限制。
[0101]
还需要说明的,本申请中的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等类似词不具有实质含义,仅用于区别同类别事物或概念。本申请会出现很多字母用于表示数量或是指示概念,由于适合的字母有限,在不同实施例中会出现复用一些字母的情况,字母的含义以所处的具体实施例的含义为准。
[0102]
本申请实施例提供了一种基于CSI的位置感知方法和装置,以及一种基于CSI定位方法和装置。下面简单描述可能的应用场景:
[0103]
家庭IoT场景,越来越多的家庭中会放置至少三个具有支持CSI的无线通信功能(支持Wi-Fi,Zigbee,蓝牙协议等)的智能家居设备(例如路由器,智能电视、智能冰箱、智能灯等),通过本申请实施例提供的基于CSI的位置感知方法和装置可以在用户无感的情况下构建包含家庭中至少三个智能家居的位置布局,并通过本申请实施例提供的基于CSI的定位方法和装置对进入智能家居的位置布局中的设备或者携带设备的用户进行定位,并根据位置可以提供相应服务,例如携带智能手机的女主人靠近智能冰箱时,智能冰箱会在显示界面显示食材的情况等。在家庭IoT场景,一般不需要智能家居设备的实际地理位置,只需要得到在整体位置布局中设备之间的相对位置,就可以实现人性化、多样化的服务,所以通过本申请实施例提供的基于CSI的位置感知方法和装置构建的智能家居的位置布局可以是智能家居之间的相对位置,定位的结果也是待定位的目标设备在智能家居的位置布局的中相对位置。需要说明的是,智能家居设备除了可以进行支持CSI的无线通信功能外,用于构建位置布局的设备还需要满足配置有呈非线性排列的的至少三个天线的硬件需求;待定位的目标设备可以是没有配置有呈非线性排列的的至少三个天线但具有支持CSI的无线通信功能的设备。在家庭IoT场景,家中的智能家居起到了AP的作用,用于支撑定位。
[0104]
现在公共场所(例如商场)布置有大量的AP,在传统方法中,这些AP用于定位前需要人工标定AP的位置以及得到AP的天线阵方向。在不需要人工进行大量的标定工作以及各AP的天线阵方向参数的情况下,通过本申请实施例提供的基于CSI的位置感知方法和装置可以得到AP的相对位置,即构建了可以用于定位的多个AP的位置布局,这里定位结果是待定位目标的在位置布局中的相对位置。在实际中,也可以通过获取少数AP的实际地理位置,在根据AP的相对位置得到位置布局中全部AP或部分AP的实际地理位置,用于提供实际地理位置的定位服务。因为只需要获取少数AP的实际地理位置,同样可以大大减低人工标定AP位置的工作量。
[0105]
同样地,本申请实施例提供了一种基于CSI的位置感知方法和装置可以用于构建其他满足硬件要求的其他设备间的位置布局,例如基站间的位置布局。位置布局还可以用于检查设备是否发生位置变化,例如一定频率或不特定地通过本申请实施例提供了一种基于CSI的位置感知方法和装置可以应用位置感知更新位置,前后对比可以检测到哪些设备位置出现异常。关于具体的应用场景指示说明作用,不对本申请具体的技术方案构成任何限制,此处不再赘述。简言之,本申请实施例提供了一种基于CSI的位置感知方法和装置可以应用位置感知领域,本申请实施例提供了一种基于CSI的位置感知方法和装置可以用于定位领域。
[0106]
本申请中会频繁地出现一种配置有呈非线性排列的至少三个天线的设备,实际上,现在配置有天线的设备越来越多的采用非线性排列,本申请实施例提供了一种天线布局评估的方 法,说明非线性天线排列这种天线布局在定位领域的优势,本申请提供的基于CSI的位置感知方法和定位方法中支撑定位的设备均采用这种天线布局。为了方便理解,下面以AP为例,该天线布局评估方法的具体内容如下:
[0107]
对于一个配置M个天线的AP,假定将任意两个天线i和j之间的相位差表示为φ ij,则此AP的所有天线间相位差(Phase Difference)可以构成的集合 也可以成为天线相位差集合, 对于给定的AoA其值为θ,θ可以表示信方向相对于参考方向的夹角,可以得到一个对应的集合
[0108]
如图1所示,针对三个天线呈线性排列且天线间的距离相等的情况,由于定位目标物与AP的天线阵的距离通常为米级,而对于任一AP,其不同天线间距离通常为几厘米,因此定位目标物到AP的天线阵列的信号可视为一组平行线,而根据几何关系,到达天线2的信号比到达天线1的信号要额外飞行dcosθ的距离,将导致天线1与天线2之间存在 的相位差φ 12,f为信号频率,c为光速,d为天线1与天线2之间的距离。基于相同的方法,可以得到
[0109]
d=kλ(λ=c/f为信号的波长)时, 可表示为
[0110]
{-2γπd cos(θ),-2γπd cos(θ),-4γπd cos(θ)}。
[0111]
如图2所示,针对三个天线成非线性排列的情况,这里以呈等边三角形为例。同理, 可表示为 其中d 12表示天线1与天线2之间的距离, 表示天线1和天线2的连接线方向相对于参考方向的夹角,d 13表示天线1与天线3之间的距离, 表示天线1和天线3的连接线方向相对于参考方向的夹角,d 23表示天线2与天线3之间的距离, 表示天线2和天线3的连接线方向相对于参考方向的夹角。
[0112]
在上述描述中,呈线性排列布局可以看做特殊的非线性排列布局的情况,因为三个天线在同一条直线上,且天线1,2,3的天线间距相等,因此有d13=2d12=2d23,同样的三根天线在同一条直线上,所以 代入到呈非线性排列对应的公式即可得到线性天线的表示方法。
[0113]
对于任意两个元素 表示两个不同的给定AoA对应的AP中所有天线间相位差构成的集合,将它们之间的欧几里德距离定义为:
[0114]
[0115]
从0~360度范围内选取任意不同的AoA组合作为θ 1以及θ 2,通过计算他们之间的欧式距离,能够得到 以(θ 12)分别为横纵坐标,能够绘制出如图3所示的热度图。热度图中的值表示了是否容易区分横纵坐标所对应的AoA,热度图中的值越小(颜色越深),代表横纵坐标所对应的两个AoA越难区分。理想地,我们希望只在横纵坐标相同的情况下观察到较小的值。
[0116]
图3(a)表示线性天线布局下选择天线间距为0.5倍波长的情况下的热度图,可以观察到:1.在任意的(θ,360-θ)处也能看到较小的值,因此采用线性布局无法分辨θ以及360-θ,此为对称性误差;2.在(0,180)处能观察到较小的值,因此无法分辨出0度和180度,此为周期性误差。
[0117]
当改变天线间距为0.45倍的波长时观察到图3(b),周期性误差被解决,但是对称性仍然存在。当采用等边三角形布局的时候,可以得到图3(c)和图3(d),可以发现在选用0.45倍波长的等边三角形布局时效果最好。上面是以线性和等边三角形为例,通过上面的天线布局评估方法同样可以步评估AP配置的天线布局呈非线性排列的其他布局的效果,通过这种天线布局评估方法,可以说明非线性天线排列这种天线布局在定位领域的优势,可以解决线性布局中存在周期性误差和对称性问题。
[0118]
本申请实施例提供了一种基于CSI的位置感知方法,以云端服务器为例进行描述,如图4所示,该位置感知方法具体步骤如下:
[0119]
S100,服务器获取N个设备中每两个设备间相互检测到的CSI数据,其中N为大于或等于3整数,每个设备配置有M个天线,M个天线的布局为非线性的,即M个天线呈非线性排列。可选的是当M为3时,三个天线呈等边三角形排列。
[0120]
在具体实现上,设备间能够进行无线通信,例如支持Wi-Fi、Zigbee、蓝牙协议,而且每个设备在硬件上支持在通信过程中获取CSI,例如每个设备配置有Intel 5300网卡。N个设备之间互相通信过程中采集对方设备的CSI数据,并将各自采集到的CSI数据汇总到服务器。
[0121]
本申请中的CSI可表示为 的形式,其中A表示信道衰减的幅度, 表示信号在信道中的相位(Phase)变化(下简称相位),e表示欧拉数,j表示虚数,相位的值分布在[0,2π]范围内。针对于安装了多个天线的设备,每一个天线均可获取CSI。需要说明的,本申请中出现的CSI和CSI数据本质上相同,是指从信号中解析出的CSI。
[0122]
S200,服务器根据获取的CSI数据得到到达角度差ADoA集合,ADoA集合包括上述N个设备中每两个设备相对其他每个设备的ADoA,ADoA为两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值。具体的,在本申请实施例中,因为有N个设备,根据数学公式,可知ADoA集合应该包括 个ADoA。
[0123]
S300,服务器基于ADoA集合得到上述N个设备的相对位置。在本申请实施例中,得到N个设备的相对位置即构建了N个设备的位置布局。理论上,将其中任一个设备映射到实际地理位置的地图中,例如百度地图,就可以根据N个设备的相对位置将N个设备映射到时机地理位置的地图中,即可以得到N个设备的实际地理位置。在具体的实现中,一般向获得至少三个设备的实际地理位置,在根据获得实际地理位置的至少三个设备的和N个设备的相对位置,进一步地得到其他设备的实际地理位置。
[0124]
步骤S200是本申请实施例提供的基于CSI的位置感知方法的重要步骤之一,如背景技术中描述的,在下采样相位差未知的前提下直接采集得到的CSI无法用于计算AoA,本步骤的主要目的是提供一种在下采样相位差未知情况下表征设备间几何关系的新方法,即使用ADoA,步骤S200主要作用是通过谱分析、聚类等技术方案实现基于采集得到的CSI计算ADoA,进而得到ADoA集合。这里以N个设备中的设备B和设备C相对于设备A的ADoA为例描述计算ADoA的过程,很明显地,设备A、设备B和设备C不是同一设备,其他两个设备相对另一个设备的ADoA计算过程类似,此处不再赘述,请参见示例给出的计算过程。
[0125]
为了更好理解本步骤,下面以示例简单解释ADoA,如图5所示,设备B和设备C相对于设备A的ADoA,用Δθ BAC表示,则Δ? BAC可以通过θ AB减去θ AC得到。
[0126]
如图6所示,步骤S200具体包括一下步骤:
[0127]
S201,服务器根据获得的设备A检测到的设备B的CSI数据得到相应的天线相位差集合,记为R (B→A),以及根据获取的设备A检测到的设备C的CSI数据得到相应的天线相位差集合,记为R (C→A),具体的,天线相位差集合R (B→A)表示为{φ xy(B→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(B→A)表示天线相位差集合R (B→A)中设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差,即设备A第x个天线和第y个天线检测到设备B的CSI对应的相位差;天线相位差集合R (C→A)表示为{φ xy(C→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(C→A)表示天线相位差集合R (C→A)中设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差,即设备A第x个天线和第y个天线检测到设备B的CSI对应的相位差。相位差受设备A第x个天线和第y个天线之间的距离d xy、第x个天线和第y个天线连接方向相对于参考方向的交叉角 信号到达角θ影响,针对设备A,参考方向为设备A中M个天线所处平面上的任意方向,可选的,在计算以设备A作为接收设备的相关的ADoA过程中涉及到参考方向均表示同一参考方向。
[0128]
进一步地,针对设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差φ xy,服务器可以通过下面公式计算:
[0129]
[0130]
其中 表示设备A中第x个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化 表示设备中第y个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化
[0131]
S202,服务器在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ 12)组合,其中θ 1和θ 2表示设备A中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角。
[0132]
S203,服务器根据天线相位差集合R (B→A)、天线相位差集合R (C→A)和多个(θ 12)组合,得到第一能量谱,其中第一能量谱中的每个值对应一个(θ 12)组合并表示对应的(θ 12)组合为目标(θ 12)组合的可能性,目标(θ 12)组合表示设备B相对于设备A的AoA和设备C相对于设备A的AoA的组合,也就是说目标(θ 12)组合中θ 1即为上面提到的θ AB,θ 2即为θ AC
[0133]
可选的,服务器通过下面公式计算一个(θ 12)组合对应的第一能量谱中的值,
[0134]
[0135]
其中P(θ 12)表示第一能量谱中的值,d xy表示设备A中第x个天线与第y天线之间的距离, 表示设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速,e表示欧拉数,j表示虚数。
[0136]
S204,服务器获取第一能量谱中的峰值对应的(θ 12)组合作为目标(θ 12)组合。
[0137]
下面以设备A配置呈非线性排列的3个天线为例,即采用非线性天线,描述通过能量谱确定位唯一的(θ 12),组合作为目标(θ 12)组合。如图7所示的能量谱,是以(θ 12)为横纵坐标,对应的P(θ 12)表示谱中点的亮度,P(θ 12)值越大则对应的点的亮度越高。如果采用3个天线呈线性排列,即线性天线阵,如图6中(a)所示的能量谱,存在无限的高亮度差不多的点,也就是说能量谱存在无数个峰值,即存在无数可能的(θ 12)组合。需要说明的,峰值对应的P(θ 12)并不是最大值,而是极大值。而本申请实施例中设备A配置的天线呈非线性排列,如图7(b)所示的能量谱,则存在有限的高亮度差不多的点,也就是能量谱存在有限 的峰值,即存在有限的可能的(θ 12)组合。
[0138]
如图7(b)所示,在具体实现中,存在多个高亮度的点(图中白色交叉点),因此仍有可能得到多个(θ 12)组合,针对不同数量的峰值,可以分为两种方法确定目标(θ 12)组合。
[0139]
如果第一能量谱存在两个峰值,那么服务器获取两个峰值中任一峰值对应的(θ 12)组合作为所述目标(θ 12)。
[0140]
如果第一能量谱存在两个以上的峰值,并且N为大于或等于4的整数,也就是N个设备为至少为4个设备,那么S204还包括:
[0141]
S2041,服务器获得每个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合,一个(θ 12)组合对应一个第一下采样相位差集合;
[0142]
针对任一个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合可以表示为 服务器通过下面公式计算
[0143]
或者
[0144]
或者
[0145]
[0146]
其中,d xy表示设备A中第x个天线与第y个天线之间的距离, 表示设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速。
[0147]
S2042,基于第一下采样相位差集合,服务器通过聚类方法从全部峰值对应的(θ 12)组合中获取目标(θ 12)。
[0148]
具体如以下步骤:
[0149]
1)服务器获取第二能量谱中每个峰值对应的(θ 13)组合的第二下采样相位差集合;
[0150]
2)在同一坐标系中,分别以第一下采样相位差集合和第二下采样相位差集合为坐标,服务器获取与第二下采样相位差集合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第一下采样相位差集合所对应的(θ 12)组合作为所述目标(θ 12)组合。这一步骤也是聚类的过程,为了更好地说明这一步骤,仍然以设备A配置3个非线性天线为例,如图8所示,以下采样相位差集合中3个下采样相位差分别为横纵垂直三个方向的坐标,在坐标系绘制出表示对应(θ 12)组合和(θ 13)组合的点,图中不同的标记表示不同的ADoA的情况,如图中叉号表示(θ 12)组合,方块表示(θ 13)组合,不同标记的点彼此重叠或最接近所对应的(θ 12)组合就是需要获取目标(θ 12)组合。
[0151]
第二能量谱是相对于设备D、设备B和设备A而言,具体获取方法与第一能量谱的获取方法相同,不同的是将设备C替换成设备D,也就是将过程中的与设备C相关的数据更换成与设备D相关的数据。关于第二能量谱的详细步骤不再赘述,请参见第一能量谱的获取步骤。
[0152]
为了更清楚地说明第二能量谱,下面简单描述一下获取步骤:
[0153]
1)服务器根据设备A检测到的设备D的CSI数据得到相应的天线相位差集合,记为R (D→A),天线相位差集合R (D→A)表示为{φ xy(D→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(D→A)表示天线相位差集合R (D→A)中设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差,即设备A第x个天线和第y个天线检测到设备B的CSI对应的相位差,设备D为上述N个设备中的任一设备,且与设备A、设备B和设备C不是同一个设备;
[0154]
2)服务器在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ 13)组合,其中θ 1和θ 3表示设备A中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角;
[0155]
3)服务器根据天线相位差集合R (B→A)、天线相位差集合R (D→A)和多个(θ 13)组合,得到第二能量谱,其中第二能量谱中的每个值对应一个(θ 13)组合;
[0156]
通过下面公式计算一个(θ 13)组合对应的第二能量谱中的值,
[0157]
[0158]
其中P(θ 13)表示第二能量谱中的值,d xy表示设备A中第x个天线与第y天线之间的距离, 表示设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速,e表示欧拉数,j表示虚数。
[0159]
同样的,第二下采样相位差集合的计算步骤也与第一下采样相位差集合的计算步骤类似,指示对应参数不同,在此也不再赘述。
[0160]
需要说明的,第一能量谱和第二能量谱、第一下采样相位差集合和第二下采样相位差集合的获取先后顺序不做任何限定。在具体实现上,步骤S200中提到的设备A、设备B、设备C是N个设备中任一个,也就是说设备B和设备C相对应设备A的ADoA的计算过程的相关步骤,也可以看做是设备B和设备D相对应设备A的ADoA的计算过程中的相关步骤。
[0161]
S205,服务器根据目标(θ 12)组合计算设备B和设备C相对于设备A的ADoA。
[0162]
由上面图5对应的描述可知,服务器可以通过下面公式计算设备B和设备C相对于设备A的ADoA,
[0163]
Δθ (BAC)=|θ 1目标2目标|
[0164]
其中Δθ (BAC)表示设备B和设备C相对于设备A的ADoA,θ 1目标2目标分别为目标(θ 12)组合的中θ 12
[0165]
进一步地,服务器还可以根据与目标(θ 12)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ 13)组合,得到设备B和设备D相对于设备A的ADoA。
[0166]
进一步地,服务器还可以根据目标(θ 12)组合中的θ 2和与目标(θ 12)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ 13)组合中的θ 3,得到所述设备C和所述设备D相对于设备A的ADoA。
[0167]
在N为3的情况,步骤S300具体为服务器直接根据3个设备间的ADoA的几何关系获得3个设备的相对位置。
[0168]
在N为大于3的情况,步骤S300具体包括以下步骤:
[0169]
步骤A:服务器从N个设备中任意选择至少三个设备;
[0170]
步骤B:服务器从ADoA集合中获取至少三个设备中每两个设备相对于其他每个设备的ADoA;
[0171]
步骤C:服务器根据至少三个设备中每两个设备相对于其他每个设备的ADoA构建至少三个设备的相对位置,也就是根据至少三个设备中两两之间的ADoA的集合关系获得至少三个设备的相对位置关系。在具体实现中,一般是从N个设备获取3个设备,先获得3个设备的相对位置,再在3个设备的相对位置的基础上执行下面步骤
[0172]
步骤D:服务器从ADoA集合中获取与设备Q相关的ADoA构成集合E,设备Q为N个设备中的任一设备且与上述至少三个设备不是同一设备,集合E包括至少三个设备中每两设备相对于设备Q的ADoA以及设备Q和至少三个设备中每一设备相对于至少三个设备中其他每一设备的ADoA;
[0173]
步骤E:服务器根据集合E和至少三个设备的相对位置得到设备Q与所述至少三个设备的相对位置;
[0174]
重复步骤D和步骤E,直至得到所有N个设备的相对位置。
[0175]
进一步地,步骤E具体包括:
[0176]
服务器根据至少三个设备的相对位置选择设备Q的多个评估位置,评估位置表示待定的设备Q与至少三个设备的相对位置;
[0177]
分服务器根据集合E和多个评估位置对应的多个评估ADoA集合计算误差值,其中多个评估位置与多个评估ADoA集合一一对应,每一个评估ADoA集合中的ADoA与集合E中的ADoA一一对应,一个评估ADoA集合对应一个误差值;
[0178]
根据目标评估ADoA集合对应的评估位置得到设备Q与三个设备的相对位置,目标评估ADoA集合为多个评估ADoA集合中对应的误差值最小的评估ADoA集合。
[0179]
具体的,服务器可以通过下面公式计算误差值,
[0180]
[0181]
其中,E表示集合E,Δθ表示E中的ADoA,F表示多个评估ADoA集合中的任一个评估ADoA集合,Δθ′表示F中与Δθ对应的ADoA,e表示F对应的误差值。
[0182]
可选的,步骤E具体包括:
[0183]
服务器通过下面公式计算目标评估ADoA集合对应的评估位置,
[0184]
[0185]
其中L Q表示目标评估ADoA集合对应的评估位置,G表示多个评估位置,L表示G中的任一个评估位置,E表示集合E,Δθ表示E中的ADoA,F L表示L对应的评估ADoA集合,Δθ′表示F中与Δθ对应的ADoA。
[0186]
下面举例说明本步骤如何采用不同的ADoA得到设备之间的相对位置,如图9所示,针对于3个设备A、B、C,首先通过步骤S200得到ADoA:Δθ BAC,Δθ ACB和Δθ ABC(如下图等式左侧所示),进而通过三角形的三个角度构建相应的三角形布局。
[0187]
对于每个元素 将测量的ADoA定义为 构造误差e计算如下:
[0188]
[0189]
其中 表示对应于评估位置的实际ADoA;根据上式,找到最小e就可以确定设备D的与设备A,B和C的相对位置。
[0190]
当更多的设备存在时,重复上述两步骤我们能够计算出其他设备的位置。
[0191]
若系统中再加入一个设备D,如上图等式右侧第二张图中,在已得到的ADoA集合中找到所有与设备D相关的ADoA并得到集合E,ED={ABD,ACD,ADB,ADC,BAD,BCD,BDA,BDC,CAD,CBD,CDA,CDB};
[0192]
可选的,本申请实施例提供的基于CSI的为位置感知方法还包括:
[0193]
S400,获取N个设备中任意W个设备的实际地理位置,W大于或等于3的整数;
[0194]
S500,根据W个设备的实际地理位置和N个设备的相对位置,得到N个设备的中每个设 备的实际地理位置。
[0195]
通过本申请实施例提供的基于CSI的位置感知方法能够在不需要人工进行大量的标定工作以及获得各AP的天线阵方向参数的情况下得到多个设备的相对位置,即构建了可以用于定位的多个设备的位置布局,当利用基于上述方法得到的位置布局用于定位时,这里定位结果是待定位目标的在位置布局中的相对位置。即使希望获得待定位目标的实际地理位置,以AP为例,上述基于CSI的位置感知方法也可以通过获取少数AP的实际地理位置,在根据多个AP的相对位置得到位置布局中全部AP的实际地理位置,用于提供实际地理位置的定位服务。同样可以大大减低人工标定AP位置的工作量。可以将上述基于CSI的位置感知方法看作是定位系统的自我标定机制,能够减少了人工记录AP位置、天线阵方向劳动量,提出了ADoA概念并能在AP位置、天线阵列的方向和相位偏移未知的情况得到ADoA,并通过ADoAs得到AP整体位置布局。定位系统是指包含N个设备和服务器的整体,可用于定位服务。
[0196]
可选的,N个设备中的每个设备配置的天线呈三角形排列,即三角形天线布局,试验结果表明,在任何方向上,三角形天线布局都能测到80%的到达角(AoA)且测量误差在9°内,与此相比,线性天线布局的测量误差为16°。该基于CSI的位置感知方法不用进行大规模的现场标定,但还是能达到需要进行大规模的现场标定的方法所能达到的精度,80%的定位误差在0.60m以内。
[0197]
需要注意的是,本申请实施例中是以服务器执行上述方法为例,本申请实施例提供的基于CSI的位置感知方法的可以是独立于上述N个设备的第三方设备(例如下面实施例中的为位置感知装置1000或是装置3000)执行,例如本申请实施例以云端服务器为执行主体;也可以是上述N个设备中任一个设备执行,执行主体不做任何限制。
[0198]
本申请实施例提供了一种位置感知装置1000,位置感知装置1000用于执行上面图4-图9对应实施例描述的基于CSI的位置感知方法,如图10所示,上述位置感知装置1000包括获取模块1010、ADoA计算模块1020和相对位置计算模块1030。
[0199]
获取模块1010,用于获取N个设备中每两个设备间相互检测到的CSI数据,N为大于或等于3的整数,每一个设备配置有呈非线性排列的M个天线,M为大于或等于3的整数;可选的配置的M个天线呈等边三角形排列。
[0200]
ADoA计算模块1020,用于根据获取模块1010获取的CSI数据得到到达角度差ADoA集合,其中ADoA集合包括上述N个设备中每两个设备相对其他每个设备的ADoA,ADoA是指两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值;
[0201]
相对位置计算模块1030,用于根据ADoA计算模块1020得到ADoA集合,得到上述N个设备的相对位置,实际上已知上述N个设备对应ADoA,就可以根据几何关系构建上述N个设备的相对位置。
[0202]
进一步地,ADoA计算模块1020包括:天线相位差计算单元1021和ADoA计算单元1022;
[0203]
天线相位差计算单元1021用于根据设备A检测到的设备B的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (B→A),以及根据设备A检测到的设备C的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (C→ A),其中设备A、设备B和设备C为上述N个设备中的任一设备,且设备A、设备B和设备C不是同一设备,天线相位差集合R (B→A)表示为{φ xy(B→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(B→A)表示天线相位差集合R (B→A)中设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差,天线相位差集合R (C→A)表示为
[0204]
xy(C→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(C→A)表示天线相位差集合R (C→A)中设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差;
[0205]
任一个CSI数据可表示为 其中K表示信道衰减的幅度, 表示信号在信道中的相位变化,e表示欧拉数,j表示虚数。
[0206]
进一步地,针对设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差φ xy,天线相位差计算单元1021用于通过下面公式计算:
[0207]
[0208]
其中 表示设备A中第x个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化 表示设备A中第y个天线检测到的上述第x个天线检测到的同一CSI数据中信号在信道中的相位变化 例如,设备A第x个天线和第y个天线检测到的是设备B的CSI数据,那么通过上面公式可以计算φ xy(B→A),即天线相位差集合R (B→A)中设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差。
[0209]
ADoA计算单元1022用于根据天线相位差计算单元1021得到的天线相位差集合R (B→A)和天线相位差集合R (C→A),计算所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA。
[0210]
具体地,ADoA计算单元1022用于执行以下步骤:
[0211]
在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ 12)组合,其中θ 1和θ 2表示设备A中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角,参考方向指设备A中M个天线所处平面上的任意方向;
[0212]
根据天线相位差集合R (B→A)、天线相位差集合R (C→A)和多个(θ 12)组合,得到第一能量谱,其中第一能量谱中的每个值对应一个(θ 12)组合并表示对应的(θ 12)组合为目标(θ 12)组合的可能性,目标(θ 12)组合表示设备B相对于设备A的AoA和设备C相对于设备A的AoA的组合;
[0213]
获取第一能量谱中的峰值对应的(θ 12)组合作为目标(θ 12)组合;
[0214]
根据目标(θ 12)组合计算设备B和设备C相对于所述设备A的ADoA。
[0215]
进一步地,ADoA计算单元1022具体用于通过下面公式计算上述多个(θ 12)组合中每个(θ 12)组合对应的第一能量谱中的值,
[0216]
[0217]
其中P(θ 12)表示第一能量谱中的值,d xy表示设备A中第x个天线与第y个天线之间的距离, 表示设备A中第x天线与第y个天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速,e表示欧拉数,j表示虚数。
[0218]
进一步地,如果第一能量谱存在两个峰值,则ADoA计算单元1022具体还用于获取两个峰值中任一峰值对应的(θ 12)组合作为目标(θ 12)。可选的,通过其他方法选择两个峰值中一个峰值对应的(θ 12)组合作为目标(θ 12)。
[0219]
可选的,如果第一能量谱存在两个以上的峰值,且N为大于或等于4的整数,则ADoA计算单元1022具体还用于执行以下步骤:
[0220]
获得每个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合,一个(θ 12)组合对应一个第一下采样相位差集合;
[0221]
基于第一下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ 12)组合中获取目标(θ 12)。
[0222]
针对任一个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合表示为 ADoA计算单元1022用于通过下面公式计算
[0223]
或者
[0224]
或者
[0225]
[0226]
其中,d xy表示设备A中第x个天线与第y个天线之间的距离, 表示设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速。
[0227]
进一步地,ADoA计算单元1022用于执行以下步骤:
[0228]
获取第二能量谱中每个峰值对应的(θ 13)组合的第二下采样相位差集合;
[0229]
在同一坐标系中,分别以第一下采样相位差集合和第二下采样相位差集合为坐标,获取与第二下采样相位差集合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第一下采样相位差集合所对应的(θ 12)组合作为所述目标(θ 12)组合。
[0230]
在ADoA计算单元1022获取第二能量谱中每个峰值对应的(θ 13)组合的第二下采样相位差集合之前,天线相位差计算单元1021还用于:根据设备A检测到的设备D的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (D→A),天线相位差集合R (D→A)表示为{φ xy(D→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(D→A)表示天线相位差集合R (D→A)中设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差,设备D为上述N个设备中的任一设备,且与设备A、设备B和设备C不是同一个设备。ADoA计算单元1022还用于执行以下步骤:
[0231]
在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ 13)组合,其中θ 1和θ 3表示设备A中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角;
[0232]
根据天线相位差集合R (B→A)、天线相位差集合R (D→A)和多个(θ 13)组合,得到第二能量谱,其中第二能量谱中的每个值对应一个(θ 13)组合;
[0233]
并通过下面公式计算一个(θ 13)组合对应的第二能量谱中的值,
[0234]
[0235]
其中P(θ 13)表示第二能量谱中的值。
[0236]
进一步地,ADoA计算单元1022具体用于通过下面公式计算设备B和设备C相对于设备A的ADoA,
[0237]
Δθ (BAC)=|θ 1目标2目标|
[0238]
其中Δθ (BAC)表示设备B和设备C相对于设备A的ADoA,θ 1目标2目标分别是目标(θ 12)组合的中θ 12
[0239]
进一步地,ADoA计算单元1022还用于:
[0240]
根据与目标(θ 12)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ 13)组合,计算设备B和设备D相对于设备A的ADoA。
[0241]
ADoA计算单元1022还用于:
[0242]
根据目标(θ 12)组合中的θ 2和与目标(θ 12)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ 13)组合中的θ 3,计算设备C和设备D相对于设备A的ADoA。
[0243]
进一步地,在N为大于或等于4的整数的情况,相对位置计算模块1030具体用于执行以下步骤:
[0244]
步骤A:从上述N个设备中任意选择至少三个设备。
[0245]
步骤B:从ADoA计算模块1020得到的ADoA集合中获取上述至少三个设备中每两个设备 相对于其他每个设备的ADoA。
[0246]
步骤C:根据上述至少三个设备中每两个设备相对于其他每个设备的ADoA构建上述至少三个设备的相对位置;需要注意的,如果N为3的整数,即有三个设备的情况下,到这里就可以得到三个设备的相对位置,不再需要执行下面步骤D-E。
[0247]
步骤D:从ADoA计算模块1020得到的ADoA集合中获取与设备Q相关的ADoA构成集合E,设备Q为上述N个设备中的任一设备且与上述至少三个设备不是同一设备,集合E包括上述至少三个设备中每两设备相对于设备Q的ADoA以及设备Q和至少三个设备中每一设备相对于上述至少三个设备中其他每一设备的ADoA。
[0248]
步骤E:根据集合E和上述至少三个设备的相对位置得到设备Q与上述至少三个设备的相对位置。
[0249]
重复步骤D-E,直至得到上述N个设备的相对位置,也就得到上述N个设备相对位置的整体布局。
[0250]
进一步地,相对位置计算模块1030具体用于:根据至少三个设备的相对位置选择设备Q的多个评估位置,评估位置表示待定的设备Q与所述至少三个设备的相对位置,所谓待定是指假设选择的评估位置表示设备Q与所述至少三个设备的相对位置;根据集合E和多个评估位置对应的多个评估ADoA集合计算误差值,其中多个评估位置与多个评估ADoA集合一一对应,每一个评估ADoA集合中的ADoA与集合E中的ADoA一一对应,一个评估ADoA集合对应一个误差值;根据目标评估ADoA集合对应的评估位置得到设备Q与所述三个设备的相对位置,目标评估ADoA集合为多个评估ADoA集合中对应的误差值最小的评估ADoA集合。
[0251]
具体地,相对位置计算模块1030用于通过下面公式计算误差值,
[0252]
[0253]
其中,E表示集合E,Δθ表示E中的ADoA,F表示多个评估ADoA集合中的任一个评估ADoA集合,Δθ′表示F中与Δθ对应的ADoA,e表示F对应的误差值。
[0254]
可选的,相对位置计算模块1030用于通过下面公式计算目标评估ADoA集合对应的评估位置,
[0255]
[0256]
其中L Q表示目标评估ADoA集合对应的评估位置,G表示多个评估位置,L表示G中的任一个评估位置,E表示集合E,Δθ表示E中的ADoA,F L表示L对应的评估ADoA集合,Δθ′表示F L中与Δθ对应的ADoA。
[0257]
可选的,位置感知装置还包括实际位置获取模块,用于获取上述N个设备中任意W个设备的实际地理位置,W大于或等于3的整数;根据W个设备的实际地理位置和上述N个设备的相对位置,得到N个设备的中每个设备的实际地理位置。
[0258]
在具体实现上,位置感知装置可以独立于上述N个设备的第三方设备,例如服务器,也可以是上述N个设备中一个设备。可选的,位置感知位置和上述N个设备以及上述N个设备之间可以进行无线通信,通过无线通信链路交互数据。无线通信的具体协议不做任何限制。
[0259]
需要注意的,本申请实施例是与上面图4-图9对应实施例描述的位置感知方法对应的装置侧,有些描述不再此赘述。
[0260]
通过本申请实施例提供的位置感知装置能够在不需要人工进行大量的标定工作以及获得各AP的天线阵方向参数的情况下得到多个设备的相对位置,即构建了可以用于定位的多个设备的位置布局,当利用得到的位置布局用于定位时,这里定位结果是待定位目标的在位置布局中的相对位置。即使希望获得待定位目标的实际地理位置,以AP为例,上述位置感知装置也可以通过获取少数AP的实际地理位置,在根据多个AP的相对位置得到位置布局中全部AP的实际地理位置,用于提供实际地理位置的定位服务。同样可以大大减低人工标定AP位置的工作量。可以将位置感知装置看做是定位系统的自我标定装置,能够减少了人工记录AP位置、天线阵方向劳动量,提出了ADoA概念并能在AP位置、天线阵列的方向和相位偏移未知的情况得到ADoA,并通过ADoAs得到AP整体位置布局。
[0261]
本申请实施例提供了一种基于CSI的定位方法,本申请实例中的待定位设备指的是不支持多个天线或CSI检测但支持发送CSI数据的通信(例如Wi-Fi通信)的设备,如目前商用的智能手机、路由器等。针对于支持多个天线及CSI获取的待定位设备,在具体的实现方式中,可以采取步骤S300,将该待定位设备视为参与位置布局构建的中设备D。
[0262]
针对于待定位设备,主要方法重复步骤S100、S200、S300中相关过程,假定已有的设备为A、B、C,待定位设备为D,可以得到ED={ABD,ACD,BAD,BCD,CAD,CBD};相比于步骤S300中设备D相关的集合E,由于该待定位设备无法检测CSI,因此{ADB,ADC,BDA,BDC,CDA,CDB}不可用,然而基于已有的ED集合,采用步骤S300仍能够确定待定位设备D的位置,即相对于设备A,B,C的相对位置。
[0263]
针对于需要确定待定位设备D在地图上的实际地理位置的场景,可以采用少量人工标定的方法,主要为已知3个设备A,B,C在地图上的实际位置,由于所有设备间的相对位置关系已知,通过已知的3个设备在地图上的实际位置即可获取所有设备在地图上的实际地理位置进而定位待定位设备D的实际地理位置。也就是说,基于步骤S400和步骤S500进一步得到待定位设备的实际地理位置。这种方法与传统的人工标定方法在大规模定位部署情况下具备明显优势,体现在针对于传统方法,需要人工记录所有支撑定位设备(例如设备A,B,C)的实际地理位置及天线阵方向,而本申请实施例描述的位置感知方法可以仅需知道3个设备的实际地理位置且无需知道设备中天线阵方向。
[0264]
为了更好的理解本申请实施例提供的基于CSI的定位方法,以定位服务器未执行主体为例,如图11所示,该定位方法包括:
[0265]
S1000,定位服务器获取H个设备检测到的待定位设备P0的CSI数据,其中H个设备中的每一个设备配置有呈非线性排列的M个天线,H为大于或等于3的整数,M为大于或等于3的整数。可选的,上述H个设备与上面本申请实施例描述的基于CSI的位置感知方法中N各设备具有相同的硬件要求。具体的实现中,待定设备P0需要定位服务时会向周边发送信号并向定位服务发送定位请求,该信号可被检测CSI数据;在定位服务器接收到待定位设备P0的定位请求可向其控制的多个支撑定位的设备发送消息使检测到待定位设备P0的CSI数据的设备(H个设备)将检测到的待定位设备P0的CSI数据发送到定位服务器,或者是检测到待定位设备P0的CSI数据的设备(H个设备)主动向定位服务器发送检测到的CSI数据。可选的,定位服务器可以是独立于支撑定位设备(包括H个设备)的第三方设备,也可以是支撑定位设备中一个作为定位服务器,而且在待定位设备P0处理能力足够大的情况下,待定位设备P0就可以作为定位服务器为自己进行定位,本申请实施例为了更好描述多类设备在定位过程中功能,只是以第三方设备作为定位服务器为例。定位服务器、支撑定位的设备以及待定位 设备P0可以无线通信。待定位设备P0可以不配置有呈非线性排列的至少个天线和可检测信号的CSI数据。
[0266]
S2000,定位服务器根据获取的CSI数据得到第一到达角度差ADoA集合,第一ADoA集合包括待定位设备P0和H个设备中每个设备相对H个设备中其他每个设备的ADoA,ADoA为两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值;
[0267]
S3000,定位服务器根据上述第一ADoA集合和H个设备的位置信息得到待定位设备P0的位置信息。
[0268]
进一步地,步骤S2000包括:
[0269]
S2100,定位服务器根据设备P1检测到的待定位设备P0的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (P0→P1),以及根据设备P1检测到的设备P2的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (P2 →P1),其中设备P1和所述设备P2为H个设备中的任一设备且设备P1和设备P2不是同一设备,天线相位差集合R (P0→P1)表示为{φ xy(P0→P1)|x,y<M,x≠y},φ xy(P0→P1)表示天线相位差集合R (P0→P1)中设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差,天线相位差集合R (P2→P1)表示为{φ xy(P2→P1)|x,y<M,x≠y},φ xy(P2→P1)表示天线相位差集合R (P2→P1)中设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差。
[0270]
S2200,定位服务器根据天线相位差集合R (P0→P1)和天线相位差集合R (P2→P1),得到待定位设备P0和所述设备P2相对于所述设备P1的ADoA。
[0271]
第一种情况,进一步地,步骤S2200包括:
[0272]
定位服务器在[0,2π]范围内选择多个θ P0,其中θ P0表示设备P1中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角,参考方向为设备P1中M个天线所处平面上的任意方向;
[0273]
定位服务器根据多个θ P0与预先存储的θ P2,得到多个(θ P0P2)组合,其中,θ P2表示设备P2相对于设备P1的AoA,AOA表示信号方向在设备P1中M个天线所处平面上的投影相对于参考方向的夹角;上述预先存储的θ P2可以根据图4-9对应的本申请实施例描述的基于CSI的位置感知方法获取并保存的,或者装置1000得到的发送给该定位服务器的。
[0274]
定位服务器根据天线相位差集合R (P0→P1)、天线相位差集合R (P2→P1)和多个(θ P0P2)组合,得到第三能量谱,其中第三能量谱中的每个值对应一个(θ P0P2)组合并表示对应的(θ P0P2)组合为目标(θ P0P2)组合的可能性,目标(θ P0P2)组合表示待定位设备P0相对于设备P1的AoA和设备P2相对于设备P1的AoA的组合;
[0275]
定位服务器获取第三能量谱中的最大值对应的(θ P0P2)组合作为目标(θ P0P2)组合;
[0276]
定位服务器根据目标(θ P0P2)组合计算待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA。
[0277]
第二种种情况,可选的,步骤S2200包括:
[0278]
定位服务器在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ P0P2)组合,其中θ P0和θ P2表示设备P1中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角,参考方向为设备P1中M个天线所处平面上的任意方向;
[0279]
定位服务器根据天线相位差集合R (P0→P1)、天线相位差集合R (P2→P1)和多个(θ P0P2)组合,得到第三能量谱,其中第三能量谱中的每个值对应一个(θ P0P2)组合并表示对应的(θ P0P2)组合为目标(θ P0P2)组合的可能性,目标(θ P0P2)组合表示待定位设备P0相对于设备P1的AoA和设备P2相对于设备P1的AoA的组合;
[0280]
定位服务器获取第三能量谱中的峰值对应的(θ P0P2)组合作为目标(θ P0P2)组合;
[0281]
定位服务器根据目标(θ P0P2)组合计算待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA。
[0282]
针对上面第一种情况和第二种情况,任一个(θ P0P2)组合对应的第三能量谱中的值,定位服务器通过下面公式计算
[0283]
[0284]
其中P(θ P0P2)表示第三能量谱中的值,d xy表示设备P1中第x个天线与第y天线之间的距离, 表示设备P1中第x天线与第y天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速,e表示欧拉数,j表示虚数。
[0285]
因为第一种情况中θ P2已知的可以直接根据上面步骤得到确定的目标(θ P0P2)组合。
[0286]
但是针对第二种情况,可能无法通过上面步骤得到确定的目标(θ P0P2)组合,如果上述第三能量谱存在两个峰值;那么定位服务器获取两个峰值中任一峰值对应的(θ P0P2)组合作为目标(θ P0P2)。
[0287]
如果第三能量谱存在两个以上的峰值,进一步地,定位服务器执行下面步骤:
[0288]
Step1:获得每个峰值对应的(θ P0P2)组合的第三下采样相位差集合,一个(θ P0P2)组合对应一个第三下采样相位差集合;
[0289]
Step2:基于第三下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ P0P2)组合中获取所述目标(θ P0P2)。
[0290]
进一步地,Step1中,针对任一个峰值对应的(θ P0P2)组合的第三下采样相位差集合表示为 定位服务器可以通过下面公式计算
[0291]
或者
[0292]
或者
[0293]
[0294]
其中,d xy表示设备P1中第x个天线与第y个天线之间的距离, 表示设备P1中第x个天线与第y个天线的连接方向相对参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速。
[0295]
进一步地,Step2中,定位服务器获取第四能量谱中每个峰值对应的(θ P0P3)组合的第四下采样相位差集合;
[0296]
在同一坐标系中,定位服务器分别以第三下采样相位差集合和第四下采样相位差集合为坐标,获取与第四下采样相位差集合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第三下采样相位差集合所对应的(θ P0P2))组合作为所述目标(θ P0P2)组合。
[0297]
在所述获取第四能量谱中每个峰值对应的(θ P0P3)组合的第四下采样相位差集合之前,定位服务器还执行下面步骤以获取第四能量谱中每个峰值对应的(θ P0P3)组合的第四下采样相位差集合:
[0298]
定位服务器根据设备P1检测到的设备P3的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (P3→P1),天线相位差集合R (P3→P1)表示为{φ xy(P3→P1)|x,y<M,x≠y},φ xy(P3→P1)表示天线相位差集合R (P3→P1)中所备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差,设备P3为H个设备中的任一设备,且与设备P1和设备P2不是同一个设备;
[0299]
定位服务器在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ P0P3)组合,其中θ P0和θ P3表示设备P1中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角;
[0300]
定位服务器根据天线相位差集合R (P0→P1)、天线相位差集合R (P3→P1)和多个(θ P0P3)组合,得到第四能量谱,其中第四能量谱中的每个值对应一个(θ P0P3)组合,其中第四能量谱存在两 个以上的峰值;
[0301]
进一步地,定位服务器通过下面公式计算一个(θ P0P3)组合对应的所述第四能量谱中的值,
[0302]
[0303]
其中P(θ P0P3)表示第四能量谱中的值。
[0304]
该基于CSI的定位方法还包括:
[0305]
定位服务器根据与目标(θ P0P2)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第四下采样相位差集合所对应的(θ P0P3)组合,得到待定位设备P0和设备P3相对于设备P1的ADoA。
[0306]
该基于CSI的定位方法还包括:
[0307]
定位服务器根据目标(θ P0P2)组合中的θ P2和与目标(θ P0P2)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第四下采样相位差集合所对应的(θ P0P3)组合中的θ P3,得到设备P2和所述设备P3相对于设备P1的ADoA。
[0308]
进一步地,定位服务器通过下面公式计算待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA,
[0309]
Δθ (BAC)=|θ P0目标P1目标|
[0310]
其中Δθ (BAC)表示待定位设备P0和设备P2相对于设备P1的ADoA,θ P0目标P2目标分别为目标(θ P0P2)组合的中θ P0P2
[0311]
在本申请实施例中,任一个CSI数据可表示为 其中K表示信道衰减的幅度, 表示信号在信道中的相位变化,e表示欧拉数,j表示虚数。
[0312]
进一步地,针对设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差φ xy,定位服务器通过下面公式计算:
[0313]
[0314]
其中 表示设备P1中第x个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化 表示设备P1中第y个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化
[0315]
步骤S3000具体包括以下步骤:
[0316]
定位服务器根据H个设备的位置信息选择待定位设备P0的多个预测位置,预测位置表示可能的待定位设备P0的位置信息;
[0317]
定位服务器根据第一ADoA集合和多个预测位置对应的多个预测ADoA集合计算第一误差值,其中多个预测估位置与多个预测ADoA集合一一对应,每一个预测ADoA集合中的ADoA与第一ADoA集合中的ADoA一一对应,一个预测ADoA集合对应一个第一误差值;
[0318]
定位服务器获取目标预测ADoA集合对应的预测位置作为待定位设备P0的位置信息,目标预测ADoA集合为多个预测ADoA集合中对应的第一误差值最小的预测ADoA集合。
[0319]
进一步地,定位服务器可以通过下面公式计算第一误差值,
[0320]
[0321]
其中,E表示第一ADoA集合,Δθ表示E中的ADoA,F表示预测ADoA中的任一个预测ADoA集合,Δθ′表示F中与Δθ对应的ADoA,e表示F对应的第一误差值。
[0322]
可选的,定位服务器可以通过下面公式计算目标预测ADoA集合对应的预测位置,
[0323]
[0324]
其中L Q表示目标预测ADoA集合对应的预测位置,K表示多个预测位置,L表示K中的任一个预测位置,E表示所述第一ADoA集合,Δθ表示E中的ADoA,F L表示L对应的预测ADoA集合,Δθ′表示F L中与Δθ对应的ADoA。
[0325]
需要说明的,上述H个设备的位置信息可以是H个设备之间的相对位置,或者是H个设备中每个设备实际地理位置。上述H个设备之间的相对位置或H个设备的实际地理位置不限于通过图4-9对应的本申请实施例描述的基于CSI的位置感知的方法。
[0326]
本申请实施例提供的基于CSI的定位方法,通过引入ADoA的几何关系,能够在未知支撑定位设备(例如上述的H个设备)的天线阵方向的情况下对待定位目标进行定位,达到减少对支撑定位设备进行记录的工作量,即减少现有定位技术对于人工标定天线方向的依赖性。并且,在待定位设备P0即为定位服务器的情况,不需要获取支撑定位设备的天线阵方向,可以直接通过本申请实施例提供的基于CSI的定位方法为自己定位。
[0327]
可选的,H个设备中的每个设备配置的天线呈三角形排列,即三角形天线布局,试验结果表明,在任何方向上,三角形天线布局都能测到80%的到达角(AoA)且测量误差在9°内,与此相比,线性天线布局的测量误差为16°。该基于该定位方法不用进行大规模的现场标定,但还是能达到需要进行大规模的现场标定的方法所能达到的精度,80%的定位误差在0.60m以内。
[0328]
本申请实施例提供了一种定位装置2000,定位装置2000可以用于执行上面图11对应实施例中描述的基于CSI的定位方法,也可以说上面基于CSI的定位方法中的执行主体-定位服务器是定位装置2000的一种具体的表现,定位装置2000可以是待定位设备本身也可以是其他任何具有执行上面基于CSI的定位方法的设备。这里,仅以实现上述基于CSI的定位方法的功能为例,定位装置2000是否还具有其他功能不再描述范围,在具体实现中,定位装置2000也可以和上面实施例提到的位置感知装置1000是同一装置。如图12所示,上述位置感知装置2000包括:获取模块2100、ADoA计算模块2200和位置信息确定模块2300;
[0329]
获取模块2100用于执行图11对应的本申请实施例中描述的基于CSI的定位方法(下面可简称“定位方法”)中的步骤S1000,即获取H个设备检测到的待定位设备P0的CSI数据。
[0330]
ADoA计算模块2200用于执行定位方法中的步骤S2000,即根据获取的CSI数据得到第一到达角度差ADoA集合。更为具体的,ADoA计算模块2200包括天线相位差计算单元2210和ADoA计算单元2220,天线相位差计算单元2210用于执行步骤S2100,ADoA计算单元2220用于执行步骤S2200。
[0331]
位置信息确定模块2300用于执行定位方法中的步骤S3000,即根据ADoA计算模块2200得到的第一ADoA集合和H个设备的位置信息得到待定位设备P0的位置信息。
[0332]
需要说明的,本申请实施例描述的定位装置是为了实现图11对应本申请实施例中描述的基于CSI的定位方法,为了方便读者阅读,在描述定位装置时,仅是描述定位装置执行上述基于CSI的定位方法的个步骤的模块或单元,对于具体描述可以参见上面实施例相关部分,此处不再赘述。
[0333]
本申请实施例提供的定位装置,通过引入ADoA的几何关系,能够在未知支撑定位设备(例如上述的H个设备)的天线阵方向的情况下对待定位目标进行定位,达到减少对支撑定位设 备进行记录的工作量,即减少现有定位技术对于人工标定天线方向的依赖性。并且,在待定位设备P0即为定位装置的情况,不需要获取支撑定位设备的天线阵方向,可以直接实现自我定位。
[0334]
图13示出了一种装置3000,该装置配置有呈非线性排列的至少三个天线和支持CSI的通信功能,该装置3000包括:
[0335]
处理器3100,存储器3200,收发器3300,通信总线3400。
[0336]
通信总线3400用于实现这些组件之间的连接通信。
[0337]
收发器3300用于与外部进行数据传输。
[0338]
存储器3200可以包括只读存储器和随机存取存储器,并向处理器3100提供指令和数据。存储器3200的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器(NVRAM),例如RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM、光盘、硬盘、磁性存储装置等等;存储器3200可以用来存储计算机程序指令、预设的参数、计算机中间运算得到的数据等中间的一个或多个。
[0339]
处理器3100可以是一个中央处理单元(central processing unit,CPU),或者为数字处理单元等。
[0340]
在本发明实施例中,可选的处理器3100包括片内存储器,例如TCM,Cache,SRAM,片内存储器中存储有指令。
[0341]
处理器3100与片内存储器或者存储器3200耦合,用于实现上面本申请实施例描述的基于CSI的位置感知方法和/或的本发明实施例中描述的基于CSI的定位方法。在实际中,处理器3100可能是一个独立出售的芯片,也可能集成在某一芯片上。
[0342]
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质,(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
[0343]
一个简单示例,可以基于J1900迷你电脑的Intel 5300工具包来实现AP(例如上面基于CSI的位置感知方法和装置中提到的设备,或者基于CSI的定位方法和装置中提到H个设备中任一),Intel 5300工具包可以直接收集AP端接收到的CSI;AP配备有3个不同的天线,每个天线可以检索30个子载波的CSI。实验设备如图14所示为安装了3个以等边三角形排列的天线(三角天线阵列)的设备图。
[0344]
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

权利要求书

[权利要求 1]
一种基于信道状态信息CSI的位置感知方法,其特征在于,包括: 获取N个设备中每两个设备间相互检测到的CSI数据,N为大于或等于3的整数,每一个设备配置有呈非线性排列的M个天线,M为大于或等于3的整数; 根据获取的CSI数据得到到达角度差ADoA集合,所述ADoA集合包括所述N个设备中每两个设备相对其他每个设备的ADoA,所述ADoA为两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值; 根据所述ADoA集合,得到所述N个设备的相对位置。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的位置感知方法,其特征在于,所述根据获取的CSI数据得到到达角度差ADoA集合包括: 根据设备A检测到的设备B的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (B→A),以及根据所述设备A检测到的设备C的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (C→A),其中所述设备A、所述设备B和所述设备C为所述N个设备中的任一设备,且所述设备A、所述设备B和所述设备C不是同一设备,所述天线相位差集合R (B→A)表示为{φ xy(B→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(B→A)表示所述天线相位差集合R (B→A)中所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差,所述天线相位差集合R (C→A)表示为{φ xy(C→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(C→A)表示所述天线相位差集合R (C→A)中所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差; 根据所述天线相位差集合R (B→A)和所述天线相位差集合R (C→A),得到所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA。
[权利要求 3]
根据权利要求2所述的位置感知方法,其特征在于,所述根据所述天线相位差集合R (B→A)和天线相位差集合R (C→A),得到所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA包括: 在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ 12)组合,其中θ 1和θ 2表示所述设备A中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角,所述参考方向为所述设备A中M个天线所处平面上的任意方向; 根据所述天线相位差集合R (B→A)、所述天线相位差集合R (C→A)和所述多个(θ 12)组合,得到第一能量谱,其中所述第一能量谱中的每个值对应一个(θ 12)组合并表示对应的(θ 12)组合为目标(θ 12)组合的可能性,所述目标(θ 12)组合表示所述设备B相对于所述设备A的AoA和所述设备C相对于所述设备A的AoA的组合; 获取所述第一能量谱中的峰值对应的(θ 12)组合作为所述目标(θ 12)组合; 根据所述目标(θ 12)组合计算所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA。
[权利要求 4]
根据权利要求3所述的位置感知方法,其特征在于,通过下面公式计算一个(θ 12)组合对应的所述第一能量谱中的值, 其中P(θ 12)表示所述第一能量谱中的值,d xy表示所述设备A中第x个天线与第y天线之间的距离, 表示所述设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对所述参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速,e表示欧拉数,j表示虚数。
[权利要求 5]
根据权利要求3或4所述的位置感知方法,其特征在于,所述根据所述目标(θ 12)组合计算所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA包括: 通过下面公式计算所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA, Δθ (BAC)=|θ 1目标2目标| 其中Δθ (BAC)表示所述设备B和所述设备C相对于所述设备A的ADoA,θ 1目标2目标分别为所述目标(θ 12)组合的中θ 12
[权利要求 6]
根据权利要求3或4所述的位置感知方法,其特征在于,所述第一能量谱存在两个峰值; 所述获取所述第一能量谱中的峰值对应的(θ 12)组合作为所述目标(θ 12)组合包括: 获取两个峰值中任一峰值对应的(θ 12)组合作为所述目标(θ 12)。
[权利要求 7]
根据权利要求3或4所述的位置感知方法,其特征在于,所述第一能量谱存在两个以上的峰值,N为大于或等于4的整数; 所述获取所述第一能量谱中的峰值对应的(θ 12)组合作为所述目标(θ 12)组合包括: 获得每个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合,一个(θ 12)组合对应一个第一下采样相位差集合; 基于第一下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ 12)组合中获取所述目标(θ 12)。
[权利要求 8]
根据权利要求7所述的位置感知方法,其特征在于,所述获得每个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合包括: 针对任一个峰值对应的(θ 12)组合的第一下采样相位差集合表示为 通过下面公式计算 或者 或者 其中,d xy表示所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的距离, 表示所述设备A中第x个天线与第y个天线的连接方向相对所述参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速。
[权利要求 9]
根据权利要求7所述的位置感知方法,其特征在于,所述基于第一下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ 12)组合中获取所述目标(θ 12)包括: 获取第二能量谱中每个峰值对应的(θ 13)组合的第二下采样相位差集合; 在同一坐标系中,分别以第一下采样相位差集合和第二下采样相位差集合为坐标,获取与第二下采样相位差集合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第一下采样相位差集合所对应的(θ 12)组合作为所述目标(θ 12)组合。
[权利要求 10]
根据权利要求9所述的位置感知方法,其特征在于,在所述获取第二能量谱中每个峰值对应的(θ 13)组合的第二下采样相位差集合之前,还包括: 根据设备A检测到的设备D的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (D→A),所述天线相位差集合R (D→A)表示为{φ xy(D→A)|x,y<M,x≠y},φ xy(D→A)表示所述天线相位差集合R (D→A)中所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差,所述设备D为所述N个设备中的任一设备,且与所述设备A、所述设备B和所述设备C不是同一个设备; 在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ 13)组合,其中θ 1和θ 3表示所述设备A中M个天线所处平面上某一方向相对于所述参考方向的夹角; 根据所述天线相位差集合R (B→A)、所述天线相位差集合R (D→A)和所述多个(θ 13)组合,得到第二能量谱,其中所述第二能量谱中的每个值对应一个(θ 13)组合; 通过下面公式计算一个(θ 13)组合对应的所述第二能量谱中的值, 其中θ(θ 13)表示所述第二能量谱中的值。
[权利要求 11]
根据权利要求9或10所述的位置感知方法,其特征在于,还包括: 根据与所述目标(θ 12)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ 13)组合,得到所述设备B和所述设备D相对于所述设备A的ADoA。
[权利要求 12]
根据权利要求9或10所述的位置感知方法,其特征在于,还包括: 根据所述目标(θ 12)组合中的θ 2和与所述目标(θ 12)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第二下采样相位差集合所对应的(θ 13)组合中的θ 3,得到所述设备C和所述设备D相对于所述设备A的ADoA。
[权利要求 13]
根据权利要求2-4任一所述的位置感知方法,其特征在于,任一个CSI数据可表示为 其中K表示信道衰减的幅度, 表示信号在信道中的相位变化,e表示欧拉数,j表示虚数。
[权利要求 14]
根据权利要求13所述的位置感知方法,其特征在于,所述设备A中第x个天线与第y个天线之间的相位差φ xy通过下面公式计算: 其中 表示所述设备A中第x个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化 表示所述设备A中第y个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化
[权利要求 15]
根据权利要求1-4任一所述的位置感知方法,其特征在于,N为大于或等于4的整数,所述根据所述ADoA集合,得到所述N个设备的相对位置包括: 步骤A:从所述N个设备中任意选择至少三个设备; 步骤B:从所述ADoA集合中获取所述至少三个设备中每两个设备相对于其他每个设备的ADoA; 步骤C:根据所述至少三个设备中每两个设备相对于其他每个设备的ADoA构建所述至少三个设备的相对位置; 步骤D:从所述ADoA集合中获取与设备Q相关的ADoA构成集合E,所述设备Q为所述N个设备中的任一设备且与所述至少三个设备不是同一设备,所述集合E包括所述至少三个设备中每两设备相对于所述设备Q的ADoA以及所述设备Q和所述至少三个设备中每一设备相对于所述至少三个设备中其他每一设备的ADoA; 步骤E:根据所述集合E和所述至少三个设备的相对位置得到所述设备Q与所述至少三个设备的相对位置; 重复步骤D和步骤E,直至得到所述N个设备的相对位置。
[权利要求 16]
根据权利要求15所述的位置方法,其特征在于,所述根据所述集合E和所述至少三个设备的相对位置得到所述设备Q与所述至少三个设备的相对位置包括: 根据所述至少三个设备的相对位置选择所述设备Q的多个评估位置,评估位置表示待定的所述设备Q与所述至少三个设备的相对位置; 根据所述集合E和所述多个评估位置对应的多个评估ADoA集合计算误差值,其中所述多个评估位置与所述多个评估ADoA集合一一对应,每一个评估ADoA集合中的ADoA与所述集合E中的ADoA一一对应,一个评估ADoA集合对应一个误差值; 根据目标评估ADoA集合对应的评估位置得到所述设备Q与所述三个设备的相对位置,所述目标评估ADoA集合为所述多个评估ADoA集合中对应的误差值最小的评估ADoA集合。
[权利要求 17]
根据权利要求16所述的位置感知方法,其特征在于,通过下面公式计算误差值, 其中,E表示所述集合E,Δθ表示E中的ADoA,F表示所述多个评估ADoA集合中的任一个评估ADoA集合,Δθ′表示F中与Δθ对应的ADoA,e表示F对应的误差值。
[权利要求 18]
根据权利要求16所述的位置感知方法,其特征在于,通过下面公式计算所述目标评估ADoA集合对应的评估位置, 其中L Q表示所述目标评估ADoA集合对应的评估位置,G表示所述多个评估位置,L表示G中的任一个评估位置,E表示所述集合E,Δθ表示E中的ADoA,F L表示L对应的评估ADoA集合,Δθ′表示F L中与Δθ对应的ADoA。
[权利要求 19]
根据权利要求1-4任一所述的位置感知方法,其特征在于,还包括: 获取所述N个设备中任意W个设备的实际地理位置,W大于或等于3的整数; 根据所述W个设备的实际地理位置和所述N个设备的相对位置,得到所述N个设备的中每个设备的实际地理位置。
[权利要求 20]
一种基于信道状态信息CSI的定位方法,其特征在于,包括: 获取H个设备检测到的待定位设备P0的CSI数据,所述H个设备中的每一个设备配置有呈非线性排列的M个天线,H为大于或等于3的整数,M为大于或等于3的整数; 根据所述CSI数据得到第一到达角度差ADoA集合,所述第一ADoA集合包括所述待定位设备P0和所述H个设备中每个设备相对所述H个设备中其他每个设备的ADoA,所述ADoA为两个设备相对于同一设备的到达角度AoA的差值; 根据所述第一ADoA集合和所述H个设备的位置信息得到所述待定位设备P0的位置信息。
[权利要求 21]
根据权利要求20所述的定位方法,其特征在于,所述根据所述CSI数据得到第一到达角度差ADoA集合包括: 根据设备P1检测到的待定位设备P0的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (P0→P1),以及根据所述设备P1检测到的设备P2的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (P2→P1),其中所述设备P1和所述设备P2为所述H个设备中的任一设备且所述设备P1和所述设备P2不是同一设备,所述天线相位差集合R (P0→P1)表示为{φ xy(P0→P1)|x,y<M,x≠y},φ xy(P0→P1)表示所述天线相位差集合R (P0→P1)中所述设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差,所述天线相位差集合R (P2→P1)表示为{φ xy(P2→P1)|x,y<M,x≠y},φ xy(P2→P1)表示所述天线相位差集合R (P2→P1)中所述设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差; 根据所述天线相位差集合R (P0→P1)和所述天线相位差集合R (P2→P1),得到所述待定位设备P0和所述设备P2相对于所述设备P1的ADoA。
[权利要求 22]
根据权利要求21所述的定位方法,其特征在于,所述根据所述天线相位差集合R (P0 →P1)和所述天线相位差集合R (P2→P1),得到所述待定位设备P0和所述设备P2相对于所述设备P1的ADoA包括: 在[0,2π]范围内选择多个θ P0,其中θ P0表示所述设备P1中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角,所述参考方向为所述设备P1中M个天线所处平面上的任意方向; 根据所述多个θ P0与预先存储的θ P2,得到多个(θ P0P2)组合,其中,θ P2表示所述设备P2相对于所述设备P1的AoA,所述AOA表示信号方向在所述设备P1中M个天线所处平面上的投影相对于所述参考方向的夹角; 根据所述天线相位差集合R (P0→P1)、所述天线相位差集合R (P2→P1)和所述多个(θ P0P2)组合,得到第三能量谱,其中所述第三能量谱中的每个值对应一个(θ P0P2)组合并表示对应的(θ P0P2)组合为目标(θ P0P2)组合的可能性,所述目标(θ P0P2)组合表示所述待定位设备P0相对于所述设备P1的AoA和所述设备P2相对于所述设备P1的AoA的组合; 获取所述第三能量谱中的最大值对应的(θ P0P2)组合作为所述目标(θ P0P2)组合; 根据所述目标(θ P0P2)组合计算所述待定位设备P0和所述设备P2相对于所述设备P1的ADoA。
[权利要求 23]
根据权利要求21所述的定位方法,其特征在于,所述根据所述天线相位差集合R (P0 →P1)和所述天线相位差集合R (P2→P1),得到所述待定位设备P0和所述设备P2相对于所述设备P1的ADoA包括: 在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ P0P2)组合,其中θ P0和θ P2表示所述设备P1中M个天线所处平面上某一方向相对于参考方向的夹角,所述参考方向为所述设备P1中M个天线所处平面上的任意方向; 根据所述天线相位差集合R (P0→P1)、所述天线相位差集合R (P2→P1)和所述多个(θ P0P2)组合,得到第三能量谱,其中所述第三能量谱中的每个值对应一个(θ P0P2)组合并表示对应的(θ P0P2)组合为目标(θ P0P2)组合的可能性,所述目标(θ P0P2)组合表示所述待定位设备P0相对于所述设备P1的AoA和所述设备P2相对于所述设备P1的AoA的组合; 获取所述第三能量谱中的峰值对应的(θ P0P2)组合作为所述目标(θ P0P2)组合; 根据所述目标(θ P0P2)组合计算所述待定位设备P0和所述设备P2相对于所述设备P1的ADoA。
[权利要求 24]
根据权利要求22或23所述的定位方法,其特征在于,通过下面公式计算一个(θ P0P2)组合对应的所述第三能量谱中的值, 其中P(θ P0P2)表示所述第三能量谱中的值,d xy表示所述设备P1中第x个天线与第y天线之间的距离, 表示所述设备P1中第x天线与第y天线的连接方向相对所述参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速,e表示欧拉数,j表示虚数。
[权利要求 25]
根据权利要求23所述的定位方法,其特征在于,所述第三能量谱存在两个峰值; 所述获取所述第三能量谱中的峰值对应的(θ P0P2)组合作为所述目标(θ P0P2)组合包括: 获取两个峰值中任一峰值对应的(θ P0P2)组合作为所述目标(θ P0P2)。
[权利要求 26]
根据权利要求23所述的定位方法,其特征在于,所述第三能量谱存在两个以上的峰值; 所述获取所述第三能量谱中的峰值对应的(θ P0P2)组合作为所述目标(θ P0P2)组合包括: 获得每个峰值对应的(θ P0P2)组合的第三下采样相位差集合,一个(θ P0P2)组合对应一个第三下采样相位差集合; 基于第三下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ P0P2)组合中获取所述目标(θ P0P2)。
[权利要求 27]
根据权利要求26所述的定位方法,其特征在于,所述获得每个峰值对应的(θ P0P2)组合的第三下采样相位差集合包括: 针对任一个峰值对应的(θ P0P2)组合的第三下采样相位差集合表示为 通过下面公式计算 或者 或者 其中,d xy表示所述设备P1中第x个天线与第y个天线之间的距离, 表示所述设备P1中第x个天线与第y个天线的连接方向相对所述参考方向的夹角,f为信号的频率,c为光速。
[权利要求 28]
根据权利要求26或27所述的定位方法,其特征在于,所述基于第三下采样相位差集合,通过聚类方法从全部峰值对应的(θ P0P2)组合中获取所述目标(θ P0P2)包括: 获取第四能量谱中每个峰值对应的(θ P0P3)组合的第四下采样相位差集合; 在同一坐标系中,分别以第三下采样相位差集合和第四下采样相位差集合为坐标,获取与第四下采样相位差集合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第三下采样相位差集合所对应的(θ P0P2))组合作为所述目标(θ P0P2)组合。
[权利要求 29]
根据权利要求28所述的定位方法,其特征在于,在所述获取第四能量谱中每个峰值对应的(θ P0P3)组合的第四下采样相位差集合之前,还包括: 根据设备P1检测到的设备P3的CSI数据得到相应的天线相位差集合R (P3→P1),所述天线相位差集合R (P3→P1)表示为{φ xy(P3→P1)|x,y<M,x≠y},φ xy(P3→P1)表示所述天线相位差集合R (P3→P1)中所述设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差,所述设备P3为所述H个设备中的任一设备,且与所述设备P1和所述设备P2不是同一个设备; 在[0,2π]×[0,2π]范围内选择多个(θ P0P3)组合,其中θ P0和θ P3表示所述设备P1中M个天线所处平面上某一方向相对于所述参考方向的夹角; 根据所述天线相位差集合R (P0→P1)、所述天线相位差集合R (P3→P1)和所述多个(θ P0P3)组合,得到第四能量谱,其中所述第四能量谱中的每个值对应一个(θ P0P3)组合,其中所述第四能量谱存在两个以上的峰值; 通过下面公式计算一个(θ P0P3)组合对应的所述第四能量谱中的值, 其中P(θ P0P3)表示所述第四能量谱中的值。
[权利要求 30]
根据权利要求28所述的定位方法,其特征在于,还包括: 根据与所述目标(θ P0P2)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第四下采样相位差集 合所对应的(θ P0P3)组合,得到所述待定位设备P0和所述设备P3相对于所述设备P1的ADoA。
[权利要求 31]
根据权利要求28所述的定位方法,其特征在于,还包括: 根据所述目标(θ P0P2)组合中的θ P2和与所述目标(θ P0P2)组合对应的坐标点最接近的坐标点对应的第四下采样相位差集合所对应的(θ P0P3)组合中的θ P3,得到所述设备P2和所述设备P3相对于所述设备P1的ADoA。
[权利要求 32]
根据权利要求22或23所述的定位方法,其特征在于,通过下面公式计算所述待定位设备P0和所述设备P2相对于所述设备P1的ADoA, Δθ (BAC)=|θ P0目标P1目标| 其中Δθ (BAC)表示所述待定位设备P0和所述设备P2相对于所述设备P1的ADoA,θ P0目标P2目标分别为所述目标(θ P0P2)组合的中θ P0P2
[权利要求 33]
根据权利要求21-23任一所述的定位方法,其特征在于,任一个CSI数据可表示为 其中K表示信道衰减的幅度, 表示信号在信道中的相位变化,e表示欧拉数,j表示虚数。
[权利要求 34]
根据权利要求33所述的定位方法,其特征在于,所述设备P1中第x个天线与第y个天线之间的相位差φ xy通过下面公式计算: 其中 表示所述设备P1中第x个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化 表示所述设备P1中第y个天线检测到的CSI数据中信号在信道中的相位变化
[权利要求 35]
根据权利要求20-23任一所述的定位方法,其特征在于,所述根据所述第一ADoA集合和所述H个设备的位置信息得到所述待定位设备P0的位置信息包括: 根据所述H个设备的位置信息选择所述待定位设备P0的多个预测位置,预测位置表示可能的所述待定位设备P0的位置信息; 根据所述第一ADoA集合和所述多个预测位置对应的多个预测ADoA集合计算第一误差值,其中所述多个预测估位置与所述多个预测ADoA集合一一对应,每一个预测ADoA集合中的ADoA与所述第一ADoA集合中的ADoA一一对应,一个预测ADoA集合对应一个第一误差值; 获取目标预测ADoA集合对应的预测位置作为所述待定位设备P0的位置信息,所述目标预测ADoA集合为所述多个预测ADoA集合中对应的第一误差值最小的预测ADoA集合。
[权利要求 36]
根据权利要求35所述的定位方法,其特征在于,通过下面公式计算第一误差值, 其中,E表示所述第一ADoA集合,Δθ表示E中的ADoA,F表示所述预测ADoA中的任一个预测ADoA集合,Δθ′表示F中与Δθ对应的ADoA,e表示F对应的第一误差值。
[权利要求 37]
根据权利要求35所述的定位方法,其特征在于,通过下面公式计算所述目标预测ADoA集合对应的预测位置, 其中L Q表示所述目标预测ADoA集合对应的预测位置,K表示所述多个预测位置,L表示K中的任一个预测位置,E表示所述第一ADoA集合,Δθ表示E中的ADoA,F L表示L对应的预测ADoA集合,Δθ′表示F L中与Δθ对应的ADoA。
[权利要求 38]
根据权利要求20-23任一所述的定位方法,其特征在于,所述H个设备的位置信息为所述H个设备之间的相对位置或者所述H个设备中每个设备实际地理位置。
[权利要求 39]
一种位置感知装置,其特征在于,包括至少一个处理器: 所述至少一个处理器用于与存储器耦合,读取所述存储器中的指令并根据所述指令执行如权利要求1-19任一项所述的位置感知方法。
[权利要求 40]
一种定位装置,其特征在于,包括至少一个处理器; 所述至少一个处理器用于与存储器耦合,读取所述存储器中的指令并根据所述指令执行如权利要求20-38任一项所述的定位方法
[权利要求 41]
一种计算机可读存储介质,其特征在于,包括指令,当所述指令在计算机上运行时,使得所述计算机执行如权利要求1-19任一项所述的位置感知方法。
[权利要求 42]
一种计算机可读存储介质,其特征在于,包括指令,当所述指令在计算机上运行时,使得所述计算机执行如权利要求20-38任一项所述的定位方法。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]  
[ 图 6]  
[ 图 7]  
[ 图 8]  
[ 图 9]  
[ 图 10]  
[ 图 11]  
[ 图 12]  
[ 图 13]  
[ 图 14]