CN111770436A - 一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN111770436A CN202010379846.6A CN202010379846A CN111770436A CN 111770436 A CN111770436 A CN 111770436A CN 202010379846 A CN202010379846 A CN 202010379846A CN 111770436 A CN111770436 A CN 111770436A
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Abstract

本发明公开了一种基于CSI的室内Wi‑Fi定位方法、装置及存储介质，所述方法包括：通过接收天线阵列采集待定位点的CSI原始数据，并根据所述CSI原始数据获取相应的原始CSI相位矩阵；根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵；根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵；根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息；根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息。采用本发明的技术方案能够有效避免CSI原始数据中线性误差和非线性误差的影响，从而提高了定位精度。

Description

一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及无线定位技术领域，尤其涉及一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着基于位置的服务(Location Based Service，LBS)日益普及，生活中对基于位置的业务需求也不断增加。在户外环境中，GPS、GLONASS、北斗卫星导航系统等一些成熟的卫星定位系统为人们获得较为精确的定位和导航服务提供了便利，然而在室内环境下，由于卫星信号弱、不能穿透建筑物等问题，卫星定位系统并不能有效的工作，因此研究高精度、高可靠性、低成本的室内定位系统是对当前室内定位技术提出的新的挑战。
近年来，室内Wi-Fi的广泛普及使得基于Wi-Fi的室内定位技术不断地发展，比较典型的技术主要有基于接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)、基于信道状态信息(Channel State Information，CSI)的定位方法，在室内环境中，由于障碍物的影响，RSSI会产生一定的偏差且极易受到其他信号的干扰以及室内多径效应的影响，所以无法提供足够的精确度和可靠性，与RSSI相比，CSI具有一定的多径分辨能力，能够感知到传播路径上信号的微弱波动，因而CSI有着较高的灵敏度，较大的感知范围以及较强的感知可靠性。
但是，在具体实施现有的基于CSI的定位方法时，采集到的CSI原始数据中一般会存在线性误差和非线性误差，导致对定位结果的精度产生了较大的影响。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法、装置及计算机可读存储介质，能够有效避免CSI原始数据中线性误差和非线性误差的影响，从而提高了定位精度。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法，包括：
通过接收天线阵列采集待定位点的CSI原始数据，并根据所述CSI原始数据获取相应的原始CSI相位矩阵；
根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵；
根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵；
根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息；
根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息；其中，所述相位指纹库中存储了接收天线阵列在室内任一预设位置处对应的到达角、到达角的相位指纹信息以及位置信息。
进一步地，所述根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵，具体包括：
对所述原始CSI相位矩阵进行分段，相应获得第一CSI相位矩阵和第二CSI相位矩阵；
根据最小二乘法分别对所述第一CSI相位矩阵和所述第二CSI相位矩阵进行校正，对应获得第一校正CSI相位矩阵和第二校正CSI相位矩阵；
根据所述第一校正CSI相位矩阵和所述第二校正CSI相位矩阵获得所述校正后的CSI相位矩阵；
其中，所述原始CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000031
所述第一CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000032
所述第二CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000033
所述第一校正CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000034
所述第二校正CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000035
所述校正后的CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000036
M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数，M>0，t表示采集时间。
进一步地，所述根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵，具体包括：
根据公式
Figure BDA0002480415940000041
对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵Γ(t)为：
Figure BDA0002480415940000042
其中，i表示所述接收天线阵列中的第i个接收天线，0<i<M，M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数；
Figure BDA0002480415940000043
表示所述校正后的CSI相位矩阵中的第i个CSI相位的第j段数据，j＝1或2；csiγi,j(t)表示所述CSI相位差矩阵中的第i个CSI相位差的第j段数据；t表示采集时间。
进一步地，所述根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息，具体包括：
根据公式
Figure BDA0002480415940000044
计算获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息FPθ；其中，θ表示到达角，0°≤θ<360°；n表示采集次数，n>0；t表示采集时间；M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数，M>0。
进一步地，所述根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息，具体包括：
计算所述CSI相位指纹信息与所述相位指纹库中的每一个相位指纹信息的欧氏距离；
找出欧氏距离最小的目标相位指纹信息，并将所述目标相位指纹信息对应的到达角作为所述待定位点的到达角；
根据所述待定位点的到达角以及所述目标相位指纹信息对应的位置信息，获取所述待定位点的位置信息。
进一步地，所述根据所述待定位点的到达角以及所述目标相位指纹信息对应的位置信息，获取所述待定位点的位置信息，具体包括：
所述待定位点的位置信息通过以下公式计算获得：
Figure BDA0002480415940000051
其中，(x，y)表示所述待定位点的位置坐标；(x1，y1)和(x2，y2)分别表示两个接收天线阵列对应的位置坐标；θ1和θ2分别表示由两个接收天线阵列对应确定的所述待定位点的到达角。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置，包括：
原始CSI相位矩阵获取模块，用于通过接收天线阵列采集待定位点的CSI原始数据，并根据所述CSI原始数据获取相应的原始CSI相位矩阵；
校正CSI相位矩阵获取模块，用于根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵；
CSI相位差矩阵获取模块，用于根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵；
相位指纹信息获取模块，用于根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息；以及，
位置信息获取模块，用于根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息；其中，所述相位指纹库中存储了接收天线阵列在室内任一预设位置处对应的到达角、到达角的相位指纹信息以及位置信息。
进一步地，所述CSI相位差矩阵获取模块具体包括：
CSI相位差矩阵获取单元，用于根据公式
Figure BDA0002480415940000052
对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵Γ(t)为：
Figure BDA0002480415940000061
其中，i表示所述接收天线阵列中的第i个接收天线，0<i<M，M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数；
Figure BDA0002480415940000062
表示所述校正后的CSI相位矩阵中的第i个CSI相位的第j段数据，j＝1或2；csiγi,j(t)表示所述CSI相位差矩阵中的第i个CSI相位差的第j段数据；t表示采集时间。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一项所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法。
本发明实施例还提供了一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法。
与现有技术相比，本发明实施例提供了一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法、装置及计算机可读存储介质，通过接收天线阵列采集待定位点的CSI原始数据，并根据CSI原始数据获取相应的原始CSI相位矩阵，根据最小二乘法对原始CSI相位矩阵进行分段校正，并根据接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵，以根据CSI相位差矩阵获得待定位点的到达角的CSI相位指纹信息，从而根据CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库获取待定位点的位置信息，本发明实施例能够有效避免CSI原始数据中线性误差和非线性误差的影响，从而提高了定位精度。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法的一个优选实施例的流程图；
图2是本发明提供的一种计算待定位点的位置信息的示意图；
图3是本发明提供的一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置的一个优选实施例的结构框图；
图4是本发明提供的一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置的另一个优选实施例的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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，本技术领域普通技术人员在没有作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。
本发明实施例提供了一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法，参见图1所示，是本发明提供的一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法的一个优选实施例的流程图，所述方法包括步骤S11至步骤S15：
步骤S11、通过接收天线阵列采集待定位点的CSI原始数据，并根据所述CSI原始数据获取相应的原始CSI相位矩阵；
步骤S12、根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵；
步骤S13、根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵；
步骤S14、根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息；
步骤S15、根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息；其中，所述相位指纹库中存储了接收天线阵列在室内任一预设位置处对应的到达角、到达角的相位指纹信息以及位置信息。
具体的，该方法可由包括天线阵列的网络设备执行，例如AP，在待定位点与室内的任意一个AP进行通信的过程中，待定位点的天线对应为发射天线，AP的天线对应为接收天线，AP通过接收天线阵列接收到待定位点发射的无线信号，从中可采集待定位点的CSI原始数据，CSI原始数据中包含了CSI的幅值数据和相位数据，则根据采集到的CSI原始数据可以获取相应的原始CSI相位矩阵，该原始CSI相位矩阵可以描述无线信号从发射天线阵列到接收天线阵列的传输过程，其中包含了发射天线阵列和接收天线阵列的相对位置关系，为了去除原始CSI相位矩阵中的线性误差，可利用最小二乘法对原始CSI相位矩阵进行分段线性校正，相应获得校正后的CSI相位矩阵，再根据接收天线阵列中的每一个接收天线的位置关系对校正后的CSI相位矩阵中的相邻接收天线所对应的相邻CSI相位进行减法运算，相应获得CSI相位差矩阵，将CSI相位差矩阵中的每一个元素经过一定的数学运算，相应获得待定位点的到达角的CSI相位指纹信息，则根据待定位点的到达角的CSI相位指纹信息与预先设置的相位指纹库，可以获得待定位点的位置信息；其中，预先设置的相位指纹库中存储了接收天线阵列在室内任一预设位置(位置坐标已知)处对应的到达角、到达角的相位指纹信息以及位置信息。
需要说明的是，到达角具体指无线信号到达接收天线阵列的角度，到达角的范围是0°～360°，所有的到达角一定在同一个坐标系下进行计算，进而才可以计算出待定位点的位置信息。
需要补充的是，为了构建相位指纹库，本发明实施例先通过上述步骤S11至步骤S14获得一个到达角的CSI相位指纹信息，再通过调整发射天线阵列和接收天线阵列之间的相对位置关系，以根据上述步骤S11至步骤S14获得不同的到达角工况，并计算得到各个到达角所对应的CSI相位指纹信息，将所有的到达角和每一个到达角所对应的CSI相位指纹信息集合起来，从而构成了相位指纹库，其中，接收天线阵列对应的位置信息为已知条件，即在调整发射天线阵列和接收天线阵列之间的相对位置关系时，同时可以获得相应的发射天线阵列和接收天线阵列的位置坐标，并对应存储在相位指纹库中，相位指纹库中存储的到达角、到达角的相位指纹信息以及位置信息具有一一对应的关系。
本发明实施例所提供的一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法，通过对原始CSI相位矩阵中的原始数据进行最小二乘法分段校正，以及对校正后的CSI相位矩阵中的相邻接收天线所对应的相邻CSI相位作差，并根据CSI相位差矩阵中的每一个元素相应获得待定位点的到达角的CSI相位指纹信息，从而根据待定位点的到达角的CSI相位指纹信息与预先设置的相位指纹库获得待定位点的位置信息，能够有效避免CSI原始数据中线性误差和非线性误差的影响，从而提高了定位精度，同时，相比于将原始CSI相位矩阵作为一个整体进行最小二乘法的线性误差校正，对原始CSI相位矩阵进行分段校正，考虑了突变点(即子载波序号中间的点)对最小二乘法校正过程的影响，使得校正后的CSI相位更接近真实值，进一步提高了定位精度。
在另一个优选实施例中，所述根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵，具体包括：
对所述原始CSI相位矩阵进行分段，相应获得第一CSI相位矩阵和第二CSI相位矩阵；
根据最小二乘法分别对所述第一CSI相位矩阵和所述第二CSI相位矩阵进行校正，对应获得第一校正CSI相位矩阵和第二校正CSI相位矩阵；
根据所述第一校正CSI相位矩阵和所述第二校正CSI相位矩阵获得所述校正后的CSI相位矩阵；
其中，所述原始CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000091
所述第一CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000092
所述第二CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000101
所述第一校正CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000102
所述第二校正CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000103
所述校正后的CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000104
M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数，M>0，t表示采集时间。
具体的，结合上述实施例，采集到的CSI原始数据可表示为
Figure BDA0002480415940000105
根据采集到的CSI原始数据获得的原始CSI相位矩阵可表示为
Figure BDA0002480415940000106
根据子载波序号从小到大排序，假设序号为1～N，可以将子载波分为前半段(-N，-(N-1)，…，-1)和后半段(1，2，…，N)，相应的原始CSI相位矩阵可表示为
Figure BDA0002480415940000111
分段获得的前半段子载波的CSI数据所对应的第一CSI相位矩阵可表示为
Figure BDA0002480415940000112
分段获得的后半段子载波的CSI数据所对应的第二CSI相位矩阵可表示为
Figure BDA0002480415940000113
对第一CSI相位矩阵进行最小二乘法处理，去除第一CSI相位矩阵中的线性误差，对应获得第一校正CSI相位矩阵
Figure BDA0002480415940000114
同理，对第二CSI相位矩阵进行最小二乘法处理，去除第二CSI相位矩阵中的线性误差，对应获得第二校正CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000115
则根据第一校正CSI相位矩阵和第二校正CSI相位矩阵获得线性校正后的CSI相位矩阵
Figure BDA0002480415940000121
需要说明的是，
Figure BDA0002480415940000122
Figure BDA0002480415940000123
在又一个优选实施例中，所述根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵，具体包括：
根据公式
Figure BDA0002480415940000124
对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵Γ(t)为：
Figure BDA0002480415940000125
其中，i表示所述接收天线阵列中的第i个接收天线，0<i<M，M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数；
Figure BDA0002480415940000126
表示所述校正后的CSI相位矩阵中的第i个CSI相位的第j段数据，j＝1或2；csiγi,j(t)表示所述CSI相位差矩阵中的第i个CSI相位差的第j段数据；t表示采集时间。
具体的，结合上述实施例，校正后的CSI相位矩阵可表示为
Figure BDA0002480415940000127
则根据公式
Figure BDA0002480415940000128
对校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位进行减法运算，获得的CSI相位差矩阵Γ(t)为
Figure BDA0002480415940000131
其中，i表示接收天线阵列中的第i个接收天线，0<i<M，M表示接收天线阵列中的接收天线的个数；
Figure BDA0002480415940000132
表示校正后的CSI相位矩阵中的第i个接收天线对应的CSI相位的第j段CSI相位数据(例如上述实施例中的前半段数据(j＝1)或者后半段数据(j＝2))；csiγi,j(t)表示CSI相位差矩阵中的第i个接收天线和第i+1个接收天线对应的CSI相位差的第j段数据；t表示接收天线阵列当前采集待定位点的CSI原始数据对应的采集时间。
需要说明的是，相邻接收天线是指在接收天线阵列中位置相邻的接收天线，在接收天线阵列中，先指定一个排序方向，例如从左到右，然后将每一个接收天线对应编号为1～M，则第i个接收天线和第i+1个接收天线为相邻接收天线。
在又一个优选实施例中，所述根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息，具体包括：
根据公式
Figure BDA0002480415940000133
计算获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息FPθ；其中，θ表示到达角，0°≤θ<360°；n表示采集次数，n>0；t表示采集时间；M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数，M>0。
具体的，结合上述实施例，将作差获得的CSI相位差矩阵中的每一个元素通过公式
Figure BDA0002480415940000134
进行计算，相应获得待定位点的到达角的CSI相位指纹信息FPθ，其中，θ表示到达角，0°≤θ<360°；n表示接收天线阵列采集待定位点的CSI原始数据对应采集次数，n>0；t表示接收天线阵列当前采集待定位点的CSI原始数据对应采集时间；csiγi,j(t)表示CSI相位差矩阵中的第i个接收天线和第i+1个接收天线对应的CSI相位差的第j段数据(j＝1或2)，0<i<M，M表示接收天线阵列中的接收天线的个数。
在又一个优选实施例中，所述根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息，具体包括：
计算所述CSI相位指纹信息与所述相位指纹库中的每一个相位指纹信息的欧氏距离；
找出欧氏距离最小的目标相位指纹信息，并将所述目标相位指纹信息对应的到达角作为所述待定位点的到达角；
根据所述待定位点的到达角以及所述目标相位指纹信息对应的位置信息，获取所述待定位点的位置信息。
具体的，结合上述实施例，预先设置的相位指纹库中存储了接收天线阵列在室内任一预设位置处对应的到达角、到达角的相位指纹信息以及位置信息，将根据CSI相位差矩阵获得的待定位点的到达角的CSI相位指纹信息与预先设置的相位指纹库进行一一比对，计算待定位点的到达角的CSI相位指纹信息与相位指纹库中的每一个相位指纹信息的欧氏距离，从相位指纹库中找出欧氏距离最小的相位指纹信息作为目标相位指纹信息，并将找出的目标相位指纹信息所对应的到达角作为待定位点的到达角，通过解析几何知识，根据确定的待定位点的到达角以及找出的目标相位指纹信息对应的位置信息，可以获得待定位点的位置信息。
作为上述方案的改进，所述根据所述待定位点的到达角以及所述目标相位指纹信息对应的位置信息，获取所述待定位点的位置信息，具体包括：
所述待定位点的位置信息通过以下公式计算获得：
Figure BDA0002480415940000141
其中，(x，y)表示所述待定位点的位置坐标；(x1，y1)和(x2，y2)分别表示两个接收天线阵列对应的位置坐标；θ1和θ2分别表示由两个接收天线阵列对应确定的所述待定位点的到达角。
具体的，结合上述实施例，处于不同位置的任意两个接收天线阵列均可以通过本发明实施例所提供的定位方法对应确定同一待定位点的到达角，例如，将其中一个接收天线阵列对应确定的待定位点的到达角记为θ1，将另一个接收天线阵列对应确定的待定位点的到达角记为θ2，且这两个接收天线阵列的位置坐标已知，分别记为(x1，y1)和(x2，y2)，则根据公式
Figure BDA0002480415940000151
即可计算获得待定位点的位置坐标(x，y)。
结合图2所示，是本发明提供的一种计算待定位点的位置信息的示意图，图中，P1(x1，y1)和P2(x2，y2)分别表示已知位置坐标的两个接收天线阵列，P(x，y)表示待定位点，θ1表示P(x，y)发射的无线信号到达P1时的角度，θ2表示P(x，y)发射的无线信号到达P2时的角度，在同一直角坐标系下，根据三角函数关系可知
Figure BDA0002480415940000152
其中，(x1，y1)、(x2，y2)、θ1和θ2为已知条件，则根据该公式可解出待定位点P的位置坐标(x，y)的具体数值，即获得待定位点的位置信息。
本发明实施例还提供了一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置，能够实现上述任一实施例所述的知识点管理方法的所有流程，装置中的各个模块、单元的作用以及实现的技术效果分别与上述实施例所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法的作用以及实现的技术效果对应相同，这里不再赘述。
参见图3所示，是本发明提供的一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置的一个优选实施例的结构框图，所述装置包括：
原始CSI相位矩阵获取模块11，用于通过接收天线阵列采集待定位点的CSI原始数据，并根据所述CSI原始数据获取相应的原始CSI相位矩阵；
校正CSI相位矩阵获取模块12，用于根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵；
CSI相位差矩阵获取模块13，用于根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵；
相位指纹信息获取模块14，用于根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息；以及，
位置信息获取模块15，用于根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息；其中，所述相位指纹库中存储了接收天线阵列在室内任一预设位置处对应的到达角、到达角的相位指纹信息以及位置信息。
优选地，所述校正CSI相位矩阵获取模块12具体包括：
原始CSI相位矩阵分段单元，用于对所述原始CSI相位矩阵进行分段，相应获得第一CSI相位矩阵和第二CSI相位矩阵；
原始CSI相位矩阵校正单元，用于根据最小二乘法分别对所述第一CSI相位矩阵和所述第二CSI相位矩阵进行校正，对应获得第一校正CSI相位矩阵和第二校正CSI相位矩阵；
校正CSI相位矩阵获取单元，用于根据所述第一校正CSI相位矩阵和所述第二校正CSI相位矩阵获得所述校正后的CSI相位矩阵；
其中，所述原始CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000161
所述第一CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000171
所述第二CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000172
所述第一校正CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000173
所述第二校正CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000174
所述校正后的CSI相位矩阵表示为
Figure BDA0002480415940000175
M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数，M>0，t表示采集时间。
优选地，所述CSI相位差矩阵获取模块13具体包括：
CSI相位差矩阵获取单元，用于根据公式
Figure BDA0002480415940000176
对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵Γ(t)为：
Figure BDA0002480415940000177
其中，i表示所述接收天线阵列中的第i个接收天线，0<i<M，M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数；
Figure BDA0002480415940000181
表示所述校正后的CSI相位矩阵中的第i个CSI相位的第j段数据，j＝1或2；csiγi,j(t)表示所述CSI相位差矩阵中的第i个CSI相位差的第j段数据；t表示采集时间。
优选地，所述相位指纹信息获取模块14具体包括：
相位指纹信息获取单元，用于根据公式
Figure BDA0002480415940000182
计算获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息FPθ；其中，θ表示到达角，0°≤θ<360°；n表示采集次数，n>0；t表示采集时间；M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数，M>0。
优选地，所述位置信息获取模块15具体包括：
欧氏距离计算单元，用于计算所述CSI相位指纹信息与所述相位指纹库中的每一个相位指纹信息的欧氏距离；
到达角确定单元，用于找出欧氏距离最小的目标相位指纹信息，并将所述目标相位指纹信息对应的到达角作为所述待定位点的到达角；
位置信息获取单元，用于根据所述待定位点的到达角以及所述目标相位指纹信息对应的位置信息，获取所述待定位点的位置信息。
优选地，所述位置信息获取单元具体用于通过以下公式计算获得所述待定位点的位置信息：
Figure BDA0002480415940000183
其中，(x，y)表示所述待定位点的位置坐标；(x1，y1)和(x2，y2)分别表示两个接收天线阵列对应的位置坐标；θ1和θ2分别表示由两个接收天线阵列对应确定的所述待定位点的到达角。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一实施例所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法。
本发明实施例还提供了一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置，参见图4所示，是本发明提供的一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置的另一个优选实施例的结构框图，所述装置包括处理器10、存储器20以及存储在所述存储器20中且被配置为由所述处理器10执行的计算机程序，所述处理器10在执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法。
优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元(如计算机程序1、计算机程序2、······)，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器20中，并由所述处理器10执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述装置中的执行过程。
所述处理器10可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器10也可以是任何常规的处理器，所述处理器10是所述装置的控制中心，利用各种接口和线路连接所述装置的各个部分。
所述存储器20主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器20可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡和闪存卡(Flash Card)等，或所述存储器20也可以是其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，图4结构框图仅仅是上述装置的示例，并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
综上，本发明实施例所提供的一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法、装置及计算机可读存储介质，通过对原始CSI相位矩阵中的原始数据进行最小二乘法分段线性校正，以及对校正后的CSI相位矩阵中的相邻接收天线所对应的相邻CSI相位作差，并根据CSI相位差矩阵中的每一个元素相应获得待定位点的到达角的CSI相位指纹信息，从而根据待定位点的到达角的CSI相位指纹信息与预先设置的相位指纹库获得待定位点的位置信息，能够有效避免CSI原始数据中线性误差和非线性误差的影响，从而提高了定位精度，同时，相比于将原始CSI相位矩阵作为一个整体进行最小二乘法的线性误差校正，对原始CSI相位矩阵进行分段校正，考虑了突变点(即子载波序号中间的点)对最小二乘法校正过程的影响，使得校正后的CSI相位更接近真实值，进一步提高了定位精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法，其特征在于，包括：
通过接收天线阵列采集待定位点的CSI原始数据，并根据所述CSI原始数据获取相应的原始CSI相位矩阵；
根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵；
根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵；
根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息；
根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息；其中，所述相位指纹库中存储了接收天线阵列在室内任一预设位置处对应的到达角、到达角的相位指纹信息以及位置信息。
2.如权利要求1所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法，其特征在于，所述根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵，具体包括：
对所述原始CSI相位矩阵进行分段，相应获得第一CSI相位矩阵和第二CSI相位矩阵；
根据最小二乘法分别对所述第一CSI相位矩阵和所述第二CSI相位矩阵进行校正，对应获得第一校正CSI相位矩阵和第二校正CSI相位矩阵；
根据所述第一校正CSI相位矩阵和所述第二校正CSI相位矩阵获得所述校正后的CSI相位矩阵；
其中，所述原始CSI相位矩阵表示为
Figure FDA0002480415930000021
所述第一CSI相位矩阵表示为
Figure FDA0002480415930000022
所述第二CSI相位矩阵表示为
Figure FDA0002480415930000023
所述第一校正CSI相位矩阵表示为
Figure FDA0002480415930000024
所述第二校正CSI相位矩阵表示为
Figure FDA0002480415930000025
所述校正后的CSI相位矩阵表示为
Figure FDA0002480415930000026
M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数，M>0，t表示采集时间。
3.如权利要求1所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法，其特征在于，所述根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵，具体包括：
根据公式
Figure FDA0002480415930000031
对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵Γ(t)为：
Figure FDA0002480415930000032
其中，i表示所述接收天线阵列中的第i个接收天线，0<i<M，M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数；
Figure FDA0002480415930000033
表示所述校正后的CSI相位矩阵中的第i个CSI相位的第j段数据，j＝1或2；csiγi,j(t)表示所述CSI相位差矩阵中的第i个CSI相位差的第j段数据；t表示采集时间。
4.如权利要求1所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法，其特征在于，所述根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息，具体包括：
根据公式
Figure FDA0002480415930000034
计算获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息FPθ；其中，θ表示到达角，0°≤θ<360°；n表示采集次数，n>0；t表示采集时间；M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数，M>0。
5.如权利要求1所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法，其特征在于，所述根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息，具体包括：
计算所述CSI相位指纹信息与所述相位指纹库中的每一个相位指纹信息的欧氏距离；
找出欧氏距离最小的目标相位指纹信息，并将所述目标相位指纹信息对应的到达角作为所述待定位点的到达角；
根据所述待定位点的到达角以及所述目标相位指纹信息对应的位置信息，获取所述待定位点的位置信息。
6.如权利要求5所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法，其特征在于，所述根据所述待定位点的到达角以及所述目标相位指纹信息对应的位置信息，获取所述待定位点的位置信息，具体包括：
所述待定位点的位置信息通过以下公式计算获得：
Figure FDA0002480415930000041
其中，(x，y)表示所述待定位点的位置坐标；(x1，y1)和(x2，y2)分别表示两个接收天线阵列对应的位置坐标；θ1和θ2分别表示由两个接收天线阵列对应确定的所述待定位点的到达角。
7.一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置，其特征在于，包括：
原始CSI相位矩阵获取模块，用于通过接收天线阵列采集待定位点的CSI原始数据，并根据所述CSI原始数据获取相应的原始CSI相位矩阵；
校正CSI相位矩阵获取模块，用于根据最小二乘法对所述原始CSI相位矩阵进行分段校正，获得校正后的CSI相位矩阵；
CSI相位差矩阵获取模块，用于根据所述接收天线阵列中所有接收天线的位置关系对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵；
相位指纹信息获取模块，用于根据所述CSI相位差矩阵，获得所述待定位点的到达角的CSI相位指纹信息；以及，
位置信息获取模块，用于根据所述CSI相位指纹信息与预设的相位指纹库，获取所述待定位点的位置信息；其中，所述相位指纹库中存储了接收天线阵列在室内任一预设位置处对应的到达角、到达角的相位指纹信息以及位置信息。
8.如权利要求7所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位装置，其特征在于，所述CSI相位差矩阵获取模块具体包括：
CSI相位差矩阵获取单元，用于根据公式
Figure FDA0002480415930000051
对所述校正后的CSI相位矩阵中的相邻CSI相位作差，获得CSI相位差矩阵Γ(t)为：
Figure FDA0002480415930000052
其中，i表示所述接收天线阵列中的第i个接收天线，0<i<M，M表示所述接收天线阵列中的接收天线的个数；
Figure FDA0002480415930000053
表示所述校正后的CSI相位矩阵中的第i个CSI相位的第j段数据，j＝1或2；csiγi,j(t)表示所述CSI相位差矩阵中的第i个CSI相位差的第j段数据；t表示采集时间。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1～6任一项所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法。
10.一种基于CSI的室内Wi-Fi定位装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如权利要求1～6任一项所述的基于CSI的室内Wi-Fi定位方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112881976A (zh) * 2021-01-06 2021-06-01 普联国际有限公司 一种基于csi的单天线定位方法、装置、设备及存储介质
CN112953660A (zh) * 2021-01-26 2021-06-11 电子科技大学 一种稳健的信道状态信息csi相位校准方法
CN112953661A (zh) * 2021-01-26 2021-06-11 电子科技大学 一种信道状态信息csi相位指纹优化方法
CN114531729A (zh) * 2022-04-24 2022-05-24 南昌大学 基于信道状态信息的定位方法、系统、存储介质及设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160066158A1 (en) * 2014-09-03 2016-03-03 Guangzhou Hkust Fok Ying Tung Research Institute Method for indoor localization using nomadic access points
CN106211319A (zh) * 2016-07-20 2016-12-07 西北大学 一种基于wi‑fi信号的非指纹被动式定位方法
CN106604394A (zh) * 2016-12-28 2017-04-26 南京航空航天大学 一种基于csi的判定室内人体运动速度模型
US20180365975A1 (en) * 2015-12-09 2018-12-20 Origin Wireless, Inc. Method, apparatus, and systems for wireless event detection and monitoring
CN110736963A (zh) * 2019-10-21 2020-01-31 普联技术有限公司 一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法、装置及存储介质

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160066158A1 (en) * 2014-09-03 2016-03-03 Guangzhou Hkust Fok Ying Tung Research Institute Method for indoor localization using nomadic access points
US20180365975A1 (en) * 2015-12-09 2018-12-20 Origin Wireless, Inc. Method, apparatus, and systems for wireless event detection and monitoring
CN106211319A (zh) * 2016-07-20 2016-12-07 西北大学 一种基于wi‑fi信号的非指纹被动式定位方法
CN106604394A (zh) * 2016-12-28 2017-04-26 南京航空航天大学 一种基于csi的判定室内人体运动速度模型
CN110736963A (zh) * 2019-10-21 2020-01-31 普联技术有限公司 一种基于CSI的室内Wi-Fi定位方法、装置及存储介质

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
霍世敏，赵菊敏，李灯熬，朱飑凯: "针对异常序列检测的非法入侵识别算法", 《计算机工程与应用》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112881976A (zh) * 2021-01-06 2021-06-01 普联国际有限公司 一种基于csi的单天线定位方法、装置、设备及存储介质
CN112953660A (zh) * 2021-01-26 2021-06-11 电子科技大学 一种稳健的信道状态信息csi相位校准方法
CN112953661A (zh) * 2021-01-26 2021-06-11 电子科技大学 一种信道状态信息csi相位指纹优化方法
CN112953660B (zh) * 2021-01-26 2022-08-05 电子科技大学 一种稳健的信道状态信息csi相位校准方法
CN114531729A (zh) * 2022-04-24 2022-05-24 南昌大学 基于信道状态信息的定位方法、系统、存储介质及设备

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