CN110049550A - 无线室内定位及感知方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线室内定位及感知方法、系统及存储介质，包括：数据采集步骤：令各个设备间互相测量信道状态信息CSI，并从设备间的相互测量获得的CSI中提取信号到达角度AoA信息，AoA信息指天线阵列方向与到达信号间的夹角信息；设备布局重构及修正步骤：根据获得的各个设备间的AoA信息，还原出设备间的相对位置，获得设备相对布局，对测得的各个设备间的AoA信息及设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局。本发明在目前还没有无需提前知道AP布局且准确度较高的室内定位算法，利用基于三角形的几何关系，大大提升定位的效率。

Description

无线室内定位及感知方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及通信、导航定位技术领域，具体地，涉及一种无线室内定位及感知方法、系统及存储介质。

背景技术

经过十多年的研究和发展，位置服务已经逐渐渗透到现实生活中。从社交和娱乐，到提高生产效率和实现目标，它们在生活中有着众多应用。比如，在大型的室内环境，如机场，图书馆或购物中心，位置信息可以提高这些机构的服务质量和游客的体验。传统上，位置相关的应用限于室外环境，大多采用全球定位系统(GPS)。然而由于室内环境的复杂性，采用GPS的方法是无效的。这些困难和挑战也使研究人员越来越多地投入到室内定位技术的研究中去。

在室内定位中，利用WiFi设备进行定位时通常需要知道设备的摆放位置以及设备天线的摆放方向才能采集数据进行定位。然而在很多情况下，设备的摆放位置以及设备天线的摆放方向是不知的，比如在大型商场内，有很多不同的Wi-Fi设备供应商，因此要知道Wi-Fi设备的装备位置以及设备天线的摆放方向是极其不容易的。假设AP(Access Point接入点)在室内空间已经布置完成，但是具体位置以及AP设备的天线摆放方向是位置的，这时可以通过AP两两之间测得的AoA信息得出AP之间的相对位置以及确定AP的天线摆放方向。但是AoA(Arrival of Angle)在测量过程中是不准确的，因此通过测量的AoA还原出的AP布局是不准确的，而由理论几何关系可知，每三个AP之间构成的三角形的内角与AoA都有这一一对应的关系，因此可以将测得的AoA与理论上该三角布局对应的AoA进行对比，并通过一定的加权补偿对测得AoA进行修正使其更接近理论上的AoA。

现有的不需要提前知道Wi-Fi设备位置的相似的室内定位方法包括K.Chintalapudi等人在ACM MobiCom,2010年发表的“Indoor localization without thepain”一文中提出的利用设备之间的RSSI求出设备布局。然而RSSI测量的精度不高。因此在本发明中选择用定位精度更高的CSI(Channel Signal Information)进行定位，图2是利用由CSI解析出AoA对用户进行定位的示意图，由图可知，在利用AoA进行定位时，不仅AP的位置需要知晓，AP设备的天线方向也要已知。

鉴于目前还没有无需提前知道AP布局和设备天线方向且准确度较高的室内定位算法，本发明通过分析三角形的几何关系，大大提升定位到正确位置的准确度。

专利文献CN109348427A(申请号：201811451311.4)公开了一种无线定位方法及装置，所述方法包括：当确定终端的关联无线接入点AP由第一区域的第一AP变化为第二区域的第二AP时，根据第一位置信息在所述第一区域中选择第一数量的第一目标AP，并根据第二位置信息在所述第二区域中选择第二数量的第二目标AP；分别确定所述第一目标AP和所述第二目标AP测量的所述终端的RTT值；当根据确定出的RTT值确定所述终端在所述第一区域时，将所述第一位置信息确定为所述终端的当前位置；当根据确定出的RTT值确定所述终端在所述第二区域时，将所述第二位置信息确定为所述终端的当前位置。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无线室内定位及感知方法、系统及存储介质。

根据本发明提供一种无线室内定位及感知方法，包括：

数据采集步骤：令各个设备间互相测量信道状态信息CSI，并从设备间的相互测量获得的CSI中提取信号到达角度AoA信息，AoA信息指天线阵列方向与到达信号间的夹角信息；

设备布局重构及修正步骤：根据获得的各个设备间的AoA信息，还原出设备间的相对位置，获得设备相对布局，对测得的各个设备间的AoA信息及设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局；

室内定位及无线感知步骤：根据获得的修正后的绝对设备布局，令修正后的绝对设备布局中的设备测量待定位点的CSI，从待定位点的CSI中提取待定位点的AoA信息，根据待定位点的AoA信息实现定位及无线感知。

优选地，所述数据采集步骤：

固定AP信息测量步骤：选择两个无线访问接入点AP设备作为两个固定参考AP设备，令两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第一CSI测量信息；

非固定AP信息测量步骤：令除两个固定参考AP设备以外的其他AP设备与两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第二CSI测量信息；

AoA信息提取步骤：从第一CSI测量信息及第二CSI测量信息中提取获得AoA信息。

优选地，所述设备布局重构步骤包括：

设备布局重构步骤：根据获得的AoA信息，根据天线方向夹角APA与AoA信息的关系，进而根据AoA信息关系确定出两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的三个天线方向夹角APA，根据三个天线方向夹角APA获得天线布局；

根据获得的天线布局，将两个固定参考AP设备中的一个固定参考AP设备作为原点建立坐标系，然后利用两个固定参考AP设备之间的AoA信息关系，确定出两个固定参考AP设备中的另一个固定参考AP设备的坐标，最后通过两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的AoA信息的几何关系确定出所述一个其他AP设备的位置坐标；

根据两个固定参考AP设备，获得剩余的其他每个设备的位置及天线方向，获得设备相对布局；

设备布局修正步骤：根据两个固定参考AP设备及一个其他AP设备组成的三角布局，因为三角布局中每两个设备均构成一个每个天线方向夹角APA，所述三角布局包括三个天线方向夹角APA，每个天线方向夹角APA都是由对应的两个AoA所得，根据三个天线方向夹角APA之间的关系及与测得的AoA信息，获得加权修正值，对设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，进而根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局。

优选地，所述设备布局重构步骤:

设两个固定参考AP设备为AP_i和AP_j，天线方向夹角APA与AoA信息的关系包括以下任一种：

APA_ij＝π-AoA_ij-AoA_ji、APA_ij＝π-AoA_ij+AoA_ji；

APA_ij表示的是设备AP_i处和设备AP_j天线向量之间的夹角，AoA_ij表示的是在设备AP_i处测得设备AP_j的AoA，AoA_ji表示的是在设备AP_j处测得设备AP_i的AoA。

优选地，所述设备布局修正步骤，三个天线方向夹角APA之间的关系：

一个其他AP设备为AP_k，三个天线方向夹角APA分别为APA_ij，APA_ki及APA_kj，所述三个天线方向夹角APA间关系包括以下任一种：其中一个天线方向夹角APA等于另两个APA之和、三个天线方向夹角APA之和为360度。

根据本发明提供的一种无线室内定位及感知系统，包括：

数据采集模块：令各个设备间互相测量信道状态信息CSI，并从设备间的相互测量获得的CSI中提取信号到达角度AoA信息，AoA信息指天线阵列方向与到达信号间的夹角信息；

设备布局重构及修正模块：根据获得的各个设备间的AoA信息，还原出设备间的相对位置，获得设备相对布局，对测得的各个设备间的AoA信息及设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局；

室内定位及无线感知模块：根据获得的修正后的绝对设备布局，令修正后的绝对设备布局中的设备测量待定位点的CSI，从待定位点的CSI中提取待定位点的AoA信息，根据待定位点的AoA信息实现定位及无线感知。

优选地，所述数据采集模块：

固定AP信息测量模块：选择两个无线访问接入点AP设备作为两个固定参考AP设备，令两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第一CSI测量信息；

非固定AP信息测量模块：令除两个固定参考AP设备以外的其他AP设备与两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第二CSI测量信息；

AoA信息提取模块：从第一CSI测量信息及第二CSI测量信息中提取获得AoA信息。

优选地，所述设备布局重构模块包括：

设备布局重构模块：根据获得的AoA信息，根据天线方向夹角APA与AoA信息的关系，进而根据AoA信息关系确定出两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的三个天线方向夹角APA，根据三个天线方向夹角APA获得天线布局；

根据获得的天线布局，将两个固定参考AP设备中的一个固定参考AP设备作为原点建立坐标系，然后利用两个固定参考AP设备之间的AoA信息关系，确定出两个固定参考AP设备中的另一个固定参考AP设备的坐标，最后通过两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的AoA信息的几何关系确定出所述一个其他AP设备的位置坐标；

根据两个固定参考AP设备，获得剩余的其他每个设备的位置及天线方向，获得设备相对布局；

设备布局修正模块：根据两个固定参考AP设备及一个其他AP设备组成的三角布局，因为三角布局中每两个设备均构成一个每个天线方向夹角APA，所述三角布局包括三个天线方向夹角APA，每个天线方向夹角APA都是由对应的两个AoA所得，根据三个天线方向夹角APA之间的关系及与测得的AoA信息，获得加权修正值，对设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，进而根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局。

优选地，所述设备布局重构模块:

设两个固定参考AP设备为AP_i和AP_j，天线方向夹角APA与AoA信息的关系包括以下任一种：

APA_ij＝π-AoA_ij-AoA_ji、APA_ij＝π-AoA_ij+AoA_ji；

APA_ij表示的是设备AP_i处和设备AP_j天线向量之间的夹角，AoA_ij表示的是在设备AP_i处测得设备AP_j的AoA，AoA_ji表示的是在设备AP_j处测得设备AP_i的AoA。

所述设备布局修正模块，三个天线方向夹角APA之间的关系：

一个其他AP设备为AP_k，三个天线方向夹角APA分别为APA_ij，APA_ki及APA_kj，所述三个天线方向夹角APA间关系包括以下任一种：其中一个天线方向夹角APA等于另两个APA之和、三个天线方向夹角APA之和为360度。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的无线室内定位及感知方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明在目前还没有无需提前知道AP布局且准确度较高的室内定位算法，利用基于三角形的几何关系，大大提升定位的效率。

2、本发明一方面提高了定位效率，另一方面在提高定位效率的基础上用CSI进行定位且进行自纠正，从而有效地提高了定位精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的基于最优指纹上报策略的无线室内定位方法的流程示意图；

图2为本发明提供的利用AoA定位示意图；

图3为本发明提供的已知天线布局利用AoA还原3个AP布局示意图；

图4为本发明提供的AoA对称性示意图；

图5为本发明提供的由于AoA对称性导致不同布局示意图；

图6为本发明提供的根据AoA大小和锐钝之分构建的分类示意图；

图7为本发明提供的三个APA的几何关系示意图；

图8为本发明提供的一个APA等于另两个APA之和时的两种几何关系示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供一种无线室内定位及感知方法，包括：

数据采集步骤：令各个设备间互相测量信道状态信息CSI，并从设备间的相互测量获得的CSI中提取信号到达角度AoA信息，AoA信息指天线阵列方向与到达信号间的夹角信息；

设备布局重构及修正步骤：根据获得的各个设备间的AoA信息，还原出设备间的相对位置，获得设备相对布局，对测得的各个设备间的AoA信息及设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局；

室内定位及无线感知步骤：根据获得的修正后的绝对设备布局，令修正后的绝对设备布局中的设备测量待定位点的CSI，从待定位点的CSI中提取待定位点的AoA信息，根据待定位点的AoA信息实现定位及无线感知。

具体地，所述数据采集步骤：

固定AP信息测量步骤：选择两个无线访问接入点AP设备作为两个固定参考AP设备，令两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第一CSI测量信息；

非固定AP信息测量步骤：令除两个固定参考AP设备以外的其他AP设备与两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第二CSI测量信息；

AoA信息提取步骤：从第一CSI测量信息及第二CSI测量信息中提取获得AoA信息。

具体地，所述设备布局重构步骤包括：

设备布局重构步骤：根据获得的AoA信息，根据天线方向夹角APA与AoA信息的关系，进而根据AoA信息关系确定出两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的三个天线方向夹角APA，根据三个天线方向夹角APA获得天线布局；

根据获得的天线布局，将两个固定参考AP设备中的一个固定参考AP设备作为原点建立坐标系，然后利用两个固定参考AP设备之间的AoA信息关系，确定出两个固定参考AP设备中的另一个固定参考AP设备的坐标，最后通过两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的AoA信息的几何关系确定出所述一个其他AP设备的位置坐标；

根据两个固定参考AP设备，获得剩余的其他每个设备的位置及天线方向，获得设备相对布局；

设备布局修正步骤：根据两个固定参考AP设备及一个其他AP设备组成的三角布局，因为三角布局中每两个设备均构成一个每个天线方向夹角APA，所述三角布局包括三个天线方向夹角APA，每个天线方向夹角APA都是由对应的两个AoA所得，根据三个天线方向夹角APA之间的关系及与测得的AoA信息，获得加权修正值，对设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，进而根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局。

具体地，所述设备布局重构步骤:

设两个固定参考AP设备为AP_i和AP_j，天线方向夹角APA与AoA信息的关系包括以下任一种：

APA_ij＝π-AoA_ij-AoA_ji、APA_ij＝π-AoA_ij+AoA_ji；

APA_ij表示的是设备AP_i处和设备AP_j天线向量之间的夹角，AoA_ij表示的是在设备AP_i处测得设备AP_j的AoA，AoA_ji表示的是在设备AP_j处测得设备AP_i的AoA。

具体地，所述设备布局修正步骤，三个天线方向夹角APA之间的关系：

一个其他AP设备为AP_k，三个天线方向夹角APA分别为APA_ij，APA_ki及APA_kj，所述三个天线方向夹角APA间关系包括以下任一种：其中一个天线方向夹角APA等于另两个APA之和、三个天线方向夹角APA之和为360度。

根据本发明提供的一种无线室内定位及感知系统，包括：

数据采集模块：令各个设备间互相测量信道状态信息CSI，并从设备间的相互测量获得的CSI中提取信号到达角度AoA信息，AoA信息指天线阵列方向与到达信号间的夹角信息；

设备布局重构及修正模块：根据获得的各个设备间的AoA信息，还原出设备间的相对位置，获得设备相对布局，对测得的各个设备间的AoA信息及设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局；

室内定位及无线感知模块：根据获得的修正后的绝对设备布局，令修正后的绝对设备布局中的设备测量待定位点的CSI，从待定位点的CSI中提取待定位点的AoA信息，根据待定位点的AoA信息实现定位及无线感知。

具体地，所述数据采集模块：

固定AP信息测量模块：选择两个无线访问接入点AP设备作为两个固定参考AP设备，令两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第一CSI测量信息；

非固定AP信息测量模块：令除两个固定参考AP设备以外的其他AP设备与两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第二CSI测量信息；

AoA信息提取模块：从第一CSI测量信息及第二CSI测量信息中提取获得AoA信息。

具体地，所述设备布局重构模块包括：

设备布局重构模块：根据获得的AoA信息，根据天线方向夹角APA与AoA信息的关系，进而根据AoA信息关系确定出两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的三个天线方向夹角APA，根据三个天线方向夹角APA获得天线布局；

根据获得的天线布局，将两个固定参考AP设备中的一个固定参考AP设备作为原点建立坐标系，然后利用两个固定参考AP设备之间的AoA信息关系，确定出两个固定参考AP设备中的另一个固定参考AP设备的坐标，最后通过两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的AoA信息的几何关系确定出所述一个其他AP设备的位置坐标；

根据两个固定参考AP设备，获得剩余的其他每个设备的位置及天线方向，获得设备相对布局；

设备布局修正模块：根据两个固定参考AP设备及一个其他AP设备组成的三角布局，因为三角布局中每两个设备均构成一个每个天线方向夹角APA，所述三角布局包括三个天线方向夹角APA，每个天线方向夹角APA都是由对应的两个AoA所得，根据三个天线方向夹角APA之间的关系及与测得的AoA信息，获得加权修正值，对设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，进而根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局。

具体地，所述设备布局重构模块:

设两个固定参考AP设备为AP_i和AP_j，天线方向夹角APA与AoA信息的关系包括以下任一种：

APA_ij＝π-AoA_ij-AoA_ji、APA_ij＝π-AoA_ij+AoA_ji；

APA_ij表示的是设备AP_i处和设备AP_j天线向量之间的夹角，AoA_ij表示的是在设备AP_i处测得设备AP_j的AoA，AoA_ji表示的是在设备AP_j处测得设备AP_i的AoA。

所述设备布局修正模块，三个天线方向夹角APA之间的关系：

一个其他AP设备为AP_k，三个天线方向夹角APA分别为APA_ij，APA_ki及APA_kj，所述三个天线方向夹角APA间关系包括以下任一种：其中一个天线方向夹角APA等于另两个APA之和、三个天线方向夹角APA之和为360度。

下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。

优选例1：

根据本发明提供的基于最优指纹上报策略的无线室内定位方法，包括数据采集步骤，设备布局重构步骤以及定位和感知步骤；其中

数据采集步骤：

步骤A：我们要测量区域内所有的AP位置及天线方向信息，首先选择两个AP作为固定AP点，互相之间测量CSI(Channel Signal Information)及RSSI(Received SignalStrength Information)，剩下的AP位置及天线方向信息都由这两个固定AP确定；

步骤B：剩下设备以此与两个固定AP之间相互测量CSI及RSSI，；

步骤C：从设备间的相互测量的CSI中提取AoA(Angle of Arrival)信息

设备布局重构步骤：

步骤1：由于AoA具有对称性，即一个AP接受来自处于天线两边对称位置的AoA是相同大小且无法分辨的，对称性由图4(b)可以看出。由图5(a)我们可以看到对于两个AP(AP_i和AP_j，即室内第i个AP和第j个AP)而言，互相测得的两个AoA(AoA_ij和AoA_ji,其中AoA_ij表示的是在AP_i处测得AP_j的AoA，AoA_ji表示的是在AP_j处测得AP_i的AoA)可以算出两个AP的天线间夹角，即APA_ij(AP_i和AP_j两设备天线方向向量之间的夹角)，图5(a)中APA_ij＝π-AoA_ij-AoA_ji，又因为AoA具有对称性，因此对于同样的AoA_ij而言，还会产生如图5(b)所示的AP布局，会算得不一样的APA_ij，此时APA_ij＝π-AoA_ij+AoA_ji，因此仅由两个AP相互测量后的得到的结果只能是两个大小不同的APA_ij，且不能分辨其中哪一个是真实布局中的APA_ij；

步骤2：由于两个AP相互测得的两个AoA的大小和锐钝都会产生不同的布局，因此由两个AoA的大小和锐钝之分建立一个分类表，分类示意图由图6所示，并且建立一个可以算出所有类型下的APA的通用函数，减少计算复杂度；

步骤3：由步骤1可知，对于三个AP(AP_i，AP_j和AP_k)而言，每两个AP之间可以得到两个APA，又由图7可知(其中虚线表示天线向量所在方向)，对于三个APA(APA_ij，APA_ki和APA_kj)而言，可以有图7(a)和图7(b)两种关系，图7(a)表示其中一个APA等于另两个APA之和，图7(b)表示三个APA之和为360度由于每个AP与两个固定AP之间可组成一个三角形，因此可以融合由步骤1算出的每两个AP之间的两种APA关系，可以确定出符合理论关系的三个AP之间的APA，即确定出了三个AP的天线布局。在已知天线布局后，采用图3表示的方法便可计算出每个AP间的相对位置。

步骤4：然而对三个AP设备无法利用上述构图法筛选出实际布局，因为布局存在着镜面对称，由图8表示，图8表示当同样是其中一个APA等于另两个APA之和时对应的两种不同情况，所有的几何理论关系全部相同，但实际布局不同。但是对于设备数量远大于三个的全局AP设备布局，我们利用的是两个固定AP和其余每个设备之间的三角几何关系确定每个设备的位置及天线方向，因此只要提前知晓其中两个固定AP以及另外一个AP的位置，便可确定出全局AP设备布局；

步骤5：将得到的三角AP布局进行修正，每个三角布局的修正角度都为加权修正，加权值由测得的AoA大小确定，由此得到每一个AP的更精确的位置以及天线方向；

室内定位及无线感知步骤：

步骤1：用得到的设备布局测量用户与各个设备之间的CSI，通过从CSI中提取的AoA信息对用户进行定位；

步骤2：用户在设备测量范围内走动，设备可测定用户的运动轨迹并将用户运动轨迹信息返回给用户。

优选地，根据所述的无需提前知晓设备位置及天线方向的无线室内定位及感知方法，其特征在于，所述设备布局重构时，能够仅通过测量AoA确定设备的位置及天线方向，最基本的三个设备布局重构步骤由图3所示，其中θ表示的为AoA，表示的是设备AP_i的天线方向向量。

首先是已经根据三个AP之间的AoA的关系确定出三个APA，根据三个APA可以得出一个天线布局，根据此天线布局以AP_i为原点建立坐标系；然后利用AP_i与AP_j之间的AoA关系，确定出AP_j的坐标；最后通过AP_k与AP_i和AP_j之间的AoA的几何关系确定出AP_k的位置坐标。因此若假定AP_i和AP_j为我们选择的两个固定参考设备，则剩余的其他每个设备的位置及天线方向都可通过重复该设备布局重构步骤得到。

优选地，根据所述的无需提前知晓设备位置及天线方向的无线室内定位及感知方法，其特征在于，所述设备布局重构步骤中对三角AP布局的自纠正，通过对测量的AoA与理论几何关系上的AoA进行对比，按照角度影响大小对测量的AoA进行纠正，使其更接近于理论几何关系上的AoA。对于每三个AP组成的三角布局，三个APA之间都存在着几何关联，由权利要求3中的步骤1，比如APA₁₂＝APA₂₃+APA₃₁，又因为每个APA都是由对应的两个AoA所得，假设APA₁₂＝π-AoA₁₂-AoA₂₁，APA₂₃＝π-AoA₁₃+AoA₃₁APA₃₁＝AoA₃₂+AoA₂₃-π，因此该公式可以拓展为

AoA₁₂+AoA₂₁-AoA₁₃+AoA₃₁+AoA₃₂+AoA₂₃＝π (1)

而我们在实际测量时，测得的AoA不精确，因为根据测得的AoA重新计算可得公式2，该公式中的value和理论值的π有偏差。

AoA₁₂+AoA₂₁-AoA₁₃+AoA₃₁+AoA₃₂+AoA₂₃＝value (2)

因此我们便根据这个偏差对每个AoA进行加权修正。加权修正原理是由于实际的AoA越接近90°，在测量过程中产生的测量误差越小，因此加权修正值可用公式3表示：

其中，

offset表示加权修正值；

AoA_ij表示的是在第i个设备AP_i处测得第j个设备AP_j的AoA(i,j＝1,2,3…..)

APA_ij表示的是在第i个设备AP_i处和第j个设备AP_j天线向量之间的夹角。

优选例2：

对于我们的实验，我们使用基于J1900迷你计算机的Intel 5300toolkit来实现能够进行CSI收集的AP。在每个AP上线性地配备有3个不同的天线，并且可以检索30个子载波的CSI，因此能够得到一个3×30的CSI矩阵。在实验期间，我们收集50Hz的CSI并使用计算机处理收集的数据。实验在三种不同的场景中进行，包括办公室，NLOS和开放空间环境，在每个环境中，我们部署6个AP；

本实例具体步骤包括数据采集阶段、布局重构阶段以及室内定位及感知阶段，数据采集阶段如下：

1)AP之间的CSI测量；

在选定的区域中，测试人员选好两个AP作为固定的两点，作为定点AP，剩余4个AP依次与这两个定点AP组成一组进行CSI的互相测量，每个点测试的时间是10s。

2)电脑根据测得的CSI解析出AoA；

通过处理上述步骤中的CSI数据值就可得到每个AP与固定点AP之间的AOA的大小，在该实例中，也就得到了4个三角形的AoA角度信息。

布局重构阶段如下：

1)将测得的AoA信息输入到分类表中，便可输出很多不同的三角AP布局

将四组不同的三角形对应AoA输入到分类表中，由于AoA的锐钝大小以及对称性，AoA的对称性如图4所示，每组测得的AoA可还原出很多种可能的三角布局，因此每一个三角形生成这样一个r×6的矩阵，每一个行向量代表了一种AoA的组合情况，r代表着组合数，最终确定一个最可能的布局。

2)对每一个三角AP布局进行自修正

对每一个矩阵的每个行向量所对应的6个AoA在理论上都有一个固定的关系，因此将测量出的AoA与理论上的AoA进行对比，对测量出的AoA进行加权修正，加权值由所测得AoA值大小决定。

当用户需要定位服务时，系统进入定位阶段，定位阶段步骤如下：:

步骤1：用户请求定位时上传测得CSI值；

步骤2：服务器根据CSI值进行布局重构，得到AP相对位置及天线方向；

步骤3：重构的布局对用户进行定位，得出用户在布局中的相对位置，再根据布局的绝对位置得到用户的坐标；

步骤4：用户在选定区域内走动，服务器对用户移动轨迹进行追踪，并将追踪轨迹返还至用户。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种无线室内定位及感知方法，其特征在于，包括：

数据采集步骤：令各个设备间互相测量信道状态信息CSI，并从设备间的相互测量获得的CSI中提取信号到达角度AoA信息，AoA信息指天线阵列方向与到达信号间的夹角信息；

设备布局重构及修正步骤：根据获得的各个设备间的AoA信息，还原出设备间的相对位置，获得设备相对布局，对测得的各个设备间的AoA信息及设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局；

室内定位及无线感知步骤：根据获得的修正后的绝对设备布局，令修正后的绝对设备布局中的设备测量待定位点的CSI，从待定位点的CSI中提取待定位点的AoA信息，根据待定位点的AoA信息实现定位及无线感知。

2.根据权利要求1所述的无线室内定位及感知方法，其特征在于，所述数据采集步骤：

固定AP信息测量步骤：选择两个无线访问接入点AP设备作为两个固定参考AP设备，令两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第一CSI测量信息；

非固定AP信息测量步骤：令除两个固定参考AP设备以外的其他AP设备与两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第二CSI测量信息；

AoA信息提取步骤：从第一CSI测量信息及第二CSI测量信息中提取获得AoA信息。

3.根据权利要求2所述的无线室内定位及感知方法，其特征在于，所述设备布局重构步骤包括：

设备布局重构步骤：根据获得的AoA信息，根据天线方向夹角APA与AoA信息的关系，进而根据AoA信息关系确定出两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的三个天线方向夹角APA，根据三个天线方向夹角APA获得天线布局；

根据获得的天线布局，将两个固定参考AP设备中的一个固定参考AP设备作为原点建立坐标系，然后利用两个固定参考AP设备之间的AoA信息关系，确定出两个固定参考AP设备中的另一个固定参考AP设备的坐标，最后通过两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的AoA信息的几何关系确定出所述一个其他AP设备的位置坐标；

根据两个固定参考AP设备，获得剩余的其他每个设备的位置及天线方向，获得设备相对布局；

设备布局修正步骤：根据两个固定参考AP设备及一个其他AP设备组成的三角布局，因为三角布局中每两个设备均构成一个每个天线方向夹角APA，所述三角布局包括三个天线方向夹角APA，每个天线方向夹角APA都是由对应的两个AoA所得，根据三个天线方向夹角APA之间的关系及与测得的AoA信息，获得加权修正值，对设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，进而根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局。

4.根据权利要求3所述的无线室内定位及感知方法，其特征在于，所述设备布局重构步骤:

设两个固定参考AP设备为AP_i和AP_j，天线方向夹角APA与AoA信息的关系包括以下任一种：

APA_ij＝π-AoA_ij-AoA_ji、APA_ij＝π-AoA_ij+AoA_ji；

APA_ij表示的是设备AP_i处和设备AP_j天线向量之间的夹角，AoA_ij表示的是在设备AP_i处测得设备AP_j的AoA，AoA_ji表示的是在设备AP_j处测得设备AP_i的AoA。

5.根据权利要求4所述的无线室内定位及感知方法，其特征在于，所述设备布局修正步骤，三个天线方向夹角APA之间的关系：

一个其他AP设备为AP_k，三个天线方向夹角APA分别为APA_ij，APA_ki及APA_kj，所述三个天线方向夹角APA间关系包括以下任一种：其中一个天线方向夹角APA等于另两个APA之和、三个天线方向夹角APA之和为360度。

6.一种无线室内定位及感知系统，其特征在于，包括：

数据采集模块：令各个设备间互相测量信道状态信息CSI，并从设备间的相互测量获得的CSI中提取信号到达角度AoA信息，AoA信息指天线阵列方向与到达信号间的夹角信息；

设备布局重构及修正模块：根据获得的各个设备间的AoA信息，还原出设备间的相对位置，获得设备相对布局，对测得的各个设备间的AoA信息及设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局；

室内定位及无线感知模块：根据获得的修正后的绝对设备布局，令修正后的绝对设备布局中的设备测量待定位点的CSI，从待定位点的CSI中提取待定位点的AoA信息，根据待定位点的AoA信息实现定位及无线感知。

7.根据权利要求6所述的无线室内定位及感知系统，其特征在于，所述数据采集模块：

固定AP信息测量模块：选择两个无线访问接入点AP设备作为两个固定参考AP设备，令两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第一CSI测量信息；

非固定AP信息测量模块：令除两个固定参考AP设备以外的其他AP设备与两个固定参考AP设备之间相互测量CSI，获得第二CSI测量信息；

AoA信息提取模块：从第一CSI测量信息及第二CSI测量信息中提取获得AoA信息。

8.根据权利要求7所述的无线室内定位及感知系统，其特征在于，所述设备布局重构模块包括：

设备布局重构模块：根据获得的AoA信息，根据天线方向夹角APA与AoA信息的关系，进而根据AoA信息关系确定出两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的三个天线方向夹角APA，根据三个天线方向夹角APA获得天线布局；

根据获得的天线布局，将两个固定参考AP设备中的一个固定参考AP设备作为原点建立坐标系，然后利用两个固定参考AP设备之间的AoA信息关系，确定出两个固定参考AP设备中的另一个固定参考AP设备的坐标，最后通过两个固定参考AP设备及一个其他AP设备之间的AoA信息的几何关系确定出所述一个其他AP设备的位置坐标；

根据两个固定参考AP设备，获得剩余的其他每个设备的位置及天线方向，获得设备相对布局；

设备布局修正模块：根据两个固定参考AP设备及一个其他AP设备组成的三角布局，因为三角布局中每两个设备均构成一个每个天线方向夹角APA，所述三角布局包括三个天线方向夹角APA，每个天线方向夹角APA都是由对应的两个AoA所得，根据三个天线方向夹角APA之间的关系及与测得的AoA信息，获得加权修正值，对设备相对布局进行修正，获得修正后的设备相对布局，进而根据已知的设备的绝对位置将修正后的设备相对布局映射为修正后的设备绝对布局。

9.根据权利要求8所述的无线室内定位及感知系统，其特征在于，所述设备布局重构模块:

设两个固定参考AP设备为AP_i和AP_j，天线方向夹角APA与AoA信息的关系包括以下任一种：

APA_ij＝π-AoA_ij-AoA_ji、APA_ij＝π-AoA_ij+AoA_ji；

APA_ij表示的是设备AP_i处和设备AP_j天线向量之间的夹角，AoA_ij表示的是在设备AP_i处测得设备AP_j的AoA，AoA_ji表示的是在设备AP_j处测得设备AP_i的AoA。

所述设备布局修正模块，三个天线方向夹角APA之间的关系：

一个其他AP设备为AP_k，三个天线方向夹角APA分别为APA_ij，APA_ki及APA_kj，所述三个天线方向夹角APA间关系包括以下任一种：其中一个天线方向夹角APA等于另两个APA之和、三个天线方向夹角APA之和为360度。

10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的无线室内定位及感知方法的步骤。