CN115840192B - 一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法 - Google Patents

一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法 Download PDF

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CN115840192B CN202310165343.2A CN202310165343A CN115840192B CN 115840192 B CN115840192 B CN 115840192B CN 202310165343 A CN202310165343 A CN 202310165343A CN 115840192 B CN115840192 B CN 115840192B
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Abstract

本发明提供了一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法。该方法包括：根据带宽和均匀直线天线阵列的天线间距构建相移矢量；根据相移矢量估计接收信号的空间谱，并根据接收端的直接路径的传播时间的估计值，对空间估计谱分别进行预处理和归一化处理；利用接收端的直接路径的波达方向和传播时间的估计值仿真生成仿真的归一化空间估计谱，利用全参考图像质量评估方法对预处理后的测量空间估计谱进行评估；将接收端的波达方向的测量值的置信度分数进行联合，并对待定位目标的二维空间坐标进行几何权重的调整；将待定位目标的连续多包的信号进行拓展，并根据待定位目标的二维空间似然值，对待定位目标进行空间位置估计，得到待定位目标的定位结果。

Description

一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法
技术领域
本发明属于信号处理领域，具体涉及一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法、系统、电子设备以及存储介质。
背景技术
室内定位系统（Indoor Positioning System，IPS）旨在为全球定位系统（GlobalPositioning System，GPS）和其他卫星定位技术缺乏精度或完全失效的室内环境提供人或物体的精确位置。IPS是重要的基础任务，在商业、军事、零售、库存跟踪等领域具有重要价值。然而，现有室内定位技术仍存在问题，基于视觉的室内定位技术容易受到光照条件影响，并且存在严重的隐私问题；基于雷达的室内定位技术部署成本高昂。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法、系统、电子设备以及存储介质，以期至少能够解决上述问题之一。
根据本发明的第一个方面，提供了一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法，包括：
在接收端布置天线间距为半波长的均匀直线天线阵列，并根据接收信号的带宽和上述均匀直线天线阵列的天线间距构建相移矢量，其中，上述接收端有N个，N为大于2的正整数；
根据上述相移矢量估计上述接收信号的空间谱，得到上述接收信号的空间估计谱，并根据上述接收端的直接路径的传播时间的估计值，对上述接收信号的空间估计谱分别进行预处理和归一化处理，得到预处理后的测量空间估计谱和归一化处理后的测量空间估计谱，其中，上述接收端的直接路径是上述传播时间的最小路径；
利用上述接收端的直接路径的波达方向的估计值和上述接收端的直接路径的传播时间的估计值仿真生成仿真的归一化空间估计谱，并利用全参考图像质量评估方法比较上述仿真的归一化空间估计谱和上述预处理后的测量空间估计谱，得到上述接收端的波达方向的测量值的置信度分数；
将所有的上述接收端的波达方向的测量值的置信度分数和上述归一化处理后的测量空间估计谱进行联合，得到上述待定位目标的二维空间坐标的似然值，并根据预设权重表达式，对上述待定位目标的二维空间坐标进行几何权重的调整；
根据调整后的上述待定位目标的二维空间坐标和上述待定位目标的二维空间坐标的似然值，将上述待定位目标的连续多包的信号进行拓展，得到拓展后的上述待定位目标的二维空间似然值，并根据上述待定位目标的二维空间似然值，对上述待定位目标进行空间位置估计，得到上述待定位目标的定位结果。
根据本发明的实施例，根据上述待定位目标的二维空间似然值，对上述待定位目标进行空间位置估计，得到上述待定位目标的定位结果包括：
根据上述待定位目标所处的场景的定位范围，对上述待定位目标的二维空间坐标进行网格点建模；
根据建模结果，遍历上述待定位目标的二维空间坐标的取值组合对上述待定位目标进行空间位置估计；
在与上述取值组合相对应的上述拓展后的上述待定位目标的二维空间似然值取得最大值的情况下，将与上述取值组合相对应的上述待定位目标的二维空间坐标作为上述待定位目标的定位结果。
根据本发明的实施例，上述相移矢量由公式（1）确定：
Figure SMS_1
（1），
其中，j是虚数单位，
Figure SMS_2
表示接收信号的载波频率，/>
Figure SMS_3
表示子载波之间的频率间隔，/>
Figure SMS_4
是路径l的波达方向，/>
Figure SMS_5
表示路径l的传播时间，d表示上述均匀直线天线阵列的天线间距，c表示上述接收信号的传播速度，/>
Figure SMS_6
表示路径l的、第m个天线的、第k个子载波相对于第1根天线和第1个子载波的联合相移矢量。
根据本发明的实施例，上述接收信号的空间估计谱由公式（2）表示：
Figure SMS_7
（2），
其中，A由公式（3）确定：
Figure SMS_8
（3），
其中，
Figure SMS_9
由公式（4）确定：
Figure SMS_10
（4），
其中，x为上述接收端的信道状态信息的测量值，
Figure SMS_11
表示候选的波达方向的网格数量，/>
Figure SMS_12
表示候选的传播时间的网格点数量。
根据本发明的实施例，上述归一化处理后的测量空间估计谱由公式（5）确定：
Figure SMS_13
（5），
其中，上述预处理后的测量空间估计谱
Figure SMS_14
由公式（6）确定：
Figure SMS_15
（6），
其中，上述
Figure SMS_16
表示上述接收信号的空间估计谱，/>
Figure SMS_17
表示第i个接收端的归一化处理后的测量空间估计谱，/>
Figure SMS_18
表示第i个接收端的直接路径的波达方向的估计值。
根据本发明的实施例，上述接收端的波达方向的测量值的置信度分数由公式（7）确定：
Figure SMS_19
（7），
其中，
Figure SMS_20
表示第i个接收端的波达方向的测量值的置信度分数，/>
Figure SMS_21
由公式（8）确定：
Figure SMS_22
（8），
其中，
Figure SMS_23
表示预处理后的接收信号的相移矢量，/>
Figure SMS_24
表示上述仿真的归一化空间估计谱，/>
Figure SMS_25
表示上述接收端的所有路径的波达方向，/>
Figure SMS_26
表示上述接收端的所有路径的传播时间。
根据本发明的实施例，上述待定位目标的二维空间坐标的似然值由公式（9）确定：
Figure SMS_27
（9），
其中，
Figure SMS_28
表示预处理后的第i个接收端的波达方向的测量值的置信度分数，
Figure SMS_29
表示第i个接收端的归一化处理后的测量空间估计谱；
其中，
Figure SMS_30
由公式（10）确定：
Figure SMS_31
（10），
其中，
Figure SMS_32
表示第i个接收端的波达方向的测量值的置信度分数，I表示上述接收端的数量，/>
Figure SMS_33
表示上述接收端所有路径的波达方向，对于第i个接收端的波达方向/>
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由公式（11）确定：
Figure SMS_35
（11），
其中，
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表示上述待定位目标的二维定位空间坐标/>
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与到达第i个接收端的角度/>
Figure SMS_38
的几何转换关系；
其中，上述调整后的上述待定位目标的二维空间坐标由公式（12）所示：
Figure SMS_39
（12），
其中，
Figure SMS_40
由公式（13）确定：
Figure SMS_41
（13），
其中，
Figure SMS_42
表示第i个接收端的所有路径的波达方向，/>
Figure SMS_43
表示第j个接收端的所有路径的波达方向；
其中，上述拓展后的上述待定位目标的二维空间似然值由公式（14）确定：
Figure SMS_44
（14）。
根据本发明的第二个方面，提供了一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位系统，包括：
天线布置和矢量构建模块，用于在接收端布置天线间距为半波长的均匀直线天线阵列，并根据接收信号的带宽和均匀直线天线阵列的天线间距构建相移矢量，其中，接收端有N个，N为大于2的正整数；
频谱估计和归一化处理模块，用于根据相移矢量估计接收信号的空间谱，得到接收信号的空间估计谱，并根据接收端的直接路径的传播时间的估计值，对接收信号的空间估计谱分别进行预处理和归一化处理，得到归一化处理后的测量空间估计谱，其中，接收端的直接路径是传播时间的最小路径；
频谱仿真和评估模块，用于利用接收端的直接路径的波达方向的估计值和接收端的直接路径的传播时间的估计值仿真生成仿真的归一化空间估计谱，并利用全参考图像质量评估方法比较仿真的归一化空间估计谱和预处理后的测量空间估计谱，得到接收端的波达方向的测量值的置信度分数；
定位坐标联合与调整模块，用于将所有的接收端的波达方向的测量值的置信度分数和归一化处理后的测量空间估计谱进行联合，得到待定位目标的二维空间坐标的似然值，并根据预设权重表达式，对待定位目标的二维空间坐标进行几何权重的调整；
定位坐标拓展和定位模块，用于根据调整后的待定位目标的二维空间坐标和待定位目标的二维空间坐标的似然值，将待定位目标的连续多包的信号进行拓展，得到拓展后的待定位目标的二维空间似然值，并根据待定位目标的二维空间似然值，对待定位目标进行空间位置估计，得到待定位目标的定位结果。
根据本发明的第三个方面，提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法。
根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法。
本发明提供的上述基于空间估计谱置信度评估的室内定位方法，通过解析接收信号的空间估计谱中有关可靠性的信息，并结合几何部署局限性，降低不可靠测量的影响，实现更鲁棒性的定位精度。
附图说明
图1是根据本发明实施例的基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法的流程图；
图2是根据本发明实施例所采用的接收天线阵列的示意图；
图3是根据本发明实施例的空间估计谱归一化前似然值的示意图；
图4是根据本发明实施例的空间估计谱归一化后似然值的示意图；
图5是根据本发明实施例的小误差的测量的置信度分数评估的示意图；
图6是根据本发明实施例的大误差的测量的置信度分数评估的示意图；
图7是根据本发明实施例的得到待定位目标的定位结果的流程图；
图8是根据本发明实施例的第一种典型室内环境的示意图；
图9是根据本发明实施例的第二种典型室内环境的示意图；
图10是根据本发明实施例的第三种典型室内环境的示意图；
图11是根据本发明实施例与第一种典型室内环境相对应的目标定位的定位误差的累计分布曲线图；
图12是根据本发明实施例与第二种典型室内环境相对应的目标定位的定位误差的累计分布曲线图；
图13是根据本发明实施例与第三种典型室内环境相对应的目标定位的定位误差的累计分布曲线图；
图14是根据本发明实施例的基于空间估计谱置信度估计的室内定位系统的结构示意图；
图15示意性示出了根据本发明实施例的适于实现基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法的电子设备的方框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
广泛部署的商用WiFi设备因其更具有成本效益，为室内定位系统提供了重要思路。商用WiFi设备中的信道状态信息（Channel State Information, CSI）描述了信号如何从发射机传播到接收机，并表示散射、衰落和功率随距离衰减的综合效应。随着商用WiFi设备趋向于多天线化，基于波达方向（Angle of Arrival，AoA）估计的定位方法吸引众多学者研究。
基于AoA估计的商用WiFi室内定位方法不断涌现，但它们仍难以推广到实际部署场景，其中一个重要限制是现有方法未考虑到来自不同设备的AoA估计值的可靠程度是不均等的。商用WiFi设备有限的天线数量和带宽，决定其在理论上难以达到室内定位所需要的空间分辨能力，使得AoA估计在面对不同干扰时难以维持鲁棒性，造成不均等的可靠程度。另外，基于AoA的三角定位算法存在几何局限性，限制了现有系统在实际环境中的应用。
在本发明的技术方案中，进行目标定位时所涉及的目标用户的位置信息的获取，均明确告知了目标用户并取得了目标用户的同意和授权，对目标用户的位置信息的存储和应用等，也经过了目标用户的许可，符合相关法律法规的规定，并采取了必要保密措施，且不违背公序良俗。
图1是根据本发明实施例的基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法的流程图。
如图1所示，上述基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法包括操作S110~操作S150。
在操作S110，在接收端布置天线间距为半波长的均匀直线天线阵列，并根据接收信号的带宽和均匀直线天线阵列的天线间距构建相移矢量，其中，接收端有N个，N为大于2的正整数。
图2是根据本发明实施例所采用的接收天线阵列的示意图。
用图2所示的接收天线阵列用于接收目标用户反射的WiFi信号和WiFi发射的信号。
在操作S120，根据相移矢量估计接收信号的空间谱，得到接收信号的空间估计谱，并根据接收端的直接路径的传播时间的估计值，对接收信号的空间估计谱分别进行预处理和归一化处理，得到预处理后的测量空间估计谱和归一化处理后的测量空间估计谱，其中，接收端的直接路径是传播时间的最小路径。
根据本发明的实施例，所述相移矢量由公式（1）确定：
Figure SMS_45
（1），
其中，j是虚数单位，
Figure SMS_46
表示接收信号的载波频率，/>
Figure SMS_47
表示子载波之间的频率间隔，/>
Figure SMS_48
是路径l的波达方向，/>
Figure SMS_49
表示路径l的传播时间，d表示所述均匀直线天线阵列的天线间距，c表示所述接收信号的传播速度，/>
Figure SMS_50
表示路径l的、第m个天线的、第k个子载波相对于第1根天线和第1个子载波的联合相移矢量。
在操作S130，利用接收端的直接路径的波达方向的估计值和接收端的直接路径的传播时间的估计值仿真生成仿真的归一化空间估计谱，利用全参考图像质量评估方法比较仿真的归一化空间估计谱和预处理后的测量空间估计谱，得到接收端的波达方向的测量值的置信度分数。
根据本发明的实施例，所述接收信号的空间估计谱由公式（2）表示：
Figure SMS_51
（2），
其中，A由公式（3）确定：
Figure SMS_52
（3），
其中，
Figure SMS_53
由公式（4）确定：
Figure SMS_54
（4），
其中，x为所述接收端的信道状态信息的测量值，
Figure SMS_55
表示候选的波达方向的网格数量，/>
Figure SMS_56
表示候选的传播时间的网格点数量。
根据本发明的实施例，所述归一化处理后的测量空间估计谱由公式（5）确定：
Figure SMS_57
（5），
其中，所述预处理后的测量空间估计谱
Figure SMS_58
由公式（6）确定：
Figure SMS_59
（6），
其中，所述
Figure SMS_60
表示所述接收信号的空间估计谱，/>
Figure SMS_61
表示第i个接收端的归一化处理后的测量空间估计谱，/>
Figure SMS_62
表示第i个接收端的直接路径的波达方向的估计值。
图3是根据本发明实施例的空间估计谱归一化前似然值的示意图。
图4是根据本发明实施例的空间估计谱归一化后似然值的示意图。
通过对图3和图4进行对比，可以看出，本发明提供的上述归一化处理技术手段，能够有效降低易产生不准确结果的大波束宽度的测量的似然值。
根据本发明的实施例，所述接收端的波达方向的测量值的置信度分数由公式（7）确定：
Figure SMS_63
（7），
其中，
Figure SMS_64
表示第i个接收端的波达方向的测量值的置信度分数，/>
Figure SMS_65
由公式（8）确定：
Figure SMS_66
（8），
其中，
Figure SMS_67
表示预处理后的接收信号的相移矢量，/>
Figure SMS_68
表示所述仿真的归一化空间估计谱，/>
Figure SMS_69
表示所述接收端的所有路径的波达方向，/>
Figure SMS_70
表示所述接收端的所有路径的传播时间。
图5是根据本发明实施例的小误差的测量的置信度分数评估的示意图。
图6是根据本发明实施例的大误差的测量的置信度分数评估的示意图。
如图5和6所示，Q的大小有效地评估了不同角度误差的测量的可信程度。
在操作S140，将所有的接收端的波达方向的测量值的置信度分数和归一化处理后的测量空间估计谱进行联合，得到待定位目标的二维空间坐标的似然值，并根据预设权重表达式，对待定位目标的二维空间坐标进行几何权重的调整。
根据本发明的实施例，所述待定位目标的二维空间坐标的似然值由公式（9）确定：
Figure SMS_71
（9），
其中，
Figure SMS_72
表示预处理后的第i个接收端的波达方向的测量值的置信度分数，
Figure SMS_73
表示第i个接收端的归一化处理后的测量空间估计谱；
其中，
Figure SMS_74
由公式（10）确定：
Figure SMS_75
（10），
其中，
Figure SMS_76
表示第i个接收端的波达方向的测量值的置信度分数，I表示所述接收端的数量，/>
Figure SMS_77
表示所述接收端所有路径的波达方向，对于第i个接收端的波达方向/>
Figure SMS_78
由公式（11）确定：
Figure SMS_79
（11），
其中，
Figure SMS_80
表示所述待定位目标的二维定位空间坐标/>
Figure SMS_81
与到达第i个接收端的角度/>
Figure SMS_82
的几何转换关系；
其中，所述调整后的所述待定位目标的二维空间坐标由公式（12）所示：
Figure SMS_83
（12），
其中，
Figure SMS_84
由公式（13）确定：
Figure SMS_85
（13），
其中，
Figure SMS_86
表示第i个接收端的所有路径的波达方向，/>
Figure SMS_87
表示第j个接收端的所有路径的波达方向。
在操作S150，根据调整后的待定位目标的二维空间坐标和待定位目标的二维空间坐标的似然值，将待定位目标的连续多包的信号进行拓展，得到拓展后的待定位目标的二维空间似然值，并根据待定位目标的二维空间似然值，对待定位目标进行空间位置估计，得到待定位目标的定位结果。
所述拓展后的所述待定位目标的二维空间似然值由公式（14）确定：
Figure SMS_88
（14）。
本发明提供的上述基于空间估计谱置信度评估的室内定位方法，通过解析接收信号的空间估计谱中有关可靠性的信息，并结合几何部署局限性，降低不可靠测量的影响，实现更鲁棒性的定位精度。
图7是根据本发明实施例的得到待定位目标的定位结果的流程图。
如图7所示，上述根据待定位目标的二维空间似然值，对待定位目标进行空间位置估计，得到待定位目标的定位结果包括操作S710~操作S730。
在操作S710，根据待定位目标所处的场景的定位范围，对待定位目标的二维空间坐标进行网格点建模。
在操作S720，根据建模结果，遍历待定位目标的二维空间坐标的取值组合对待定位目标进行空间位置估计。
在操作S730，在与取值组合相对应的拓展后的待定位目标的二维空间似然值取得最大值的情况下，将与取值组合相对应的待定位目标的二维空间坐标作为待定位目标的定位结果。
依据二维空间似然值估计最终定位结果。依据实际场景的定位范围对二维空间
Figure SMS_89
进行网格点建模，遍历/>
Figure SMS_90
可能的取值组合并取/>
Figure SMS_91
的最大值处对应的坐标为定位估计的结果。
为了更好地说明本发明提供的上述方法的优点，本发明通过一个实验并结合附图8~13对本发明提供的上述方法作进一步地详细说明。
图8是根据本发明实施例的第一种典型室内环境的示意图。
图9是根据本发明实施例的第二种典型室内环境的示意图。
图10是根据本发明实施例的第三种典型室内环境的示意图。
图11是根据本发明实施例与第一种典型室内环境相对应的目标定位的定位误差的累计分布曲线图。
图12是根据本发明实施例与第二种典型室内环境相对应的目标定位的定位误差的累计分布曲线图。
图13是根据本发明实施例与第三种典型室内环境相对应的目标定位的定位误差的累计分布曲线图。
在本发明所提供的实验中，设定接收信号的中心频率为5.31GHz，带宽为40MHz，接收端使用间距
Figure SMS_92
的三根天线对信号进行接收。
首先，利用本发明提供的上述定位方法，在如附图8~10所示的三种典型的室内环境中进行定位性能测试。在如附图8~10所示的三种典型的室内环境中，方点代表接受端的位置，圆点代表发射端的位置，用二维定位空间中的真实位置与估计位置的误差距离来评估定位性能，并以累计误差分布的形式展现，如图11~13所示。从附图11~13中可以看出，本发明在这三种情况下均实现了亚米级别的定位精度。此外，本发明提供的上述实验验证了操作S120、操作S130对对测量不准确的情况的置信度估计的有效性，如附图3~4所示，易产生不准确结果的大波束宽度的测量通过归一化降低了似然值。如附图5~6所示，Q的大小有效地评估了不同角度误差的测量的可信程度。
图14是根据本发明实施例的基于空间估计谱置信度估计的室内定位系统的结构示意图。
如图14所示，基于空间估计谱置信度估计的室内定位系统1400包括天线布置和矢量构建模块1410、频谱估计和归一化处理模块1420、频谱仿真和评估模块1430、定位坐标联合与调整模块1440以及定位坐标拓展和定位模块1450。
天线布置和矢量构建模块1410，用于在接收端布置天线间距为半波长的均匀直线天线阵列，并根据接收信号的带宽和均匀直线天线阵列的天线间距构建相移矢量，其中，接收端有N个，N为大于2的正整数。
频谱估计和归一化处理模块1420，用于根据相移矢量估计接收信号的空间谱，得到接收信号的空间估计谱，并根据接收端的直接路径的传播时间的估计值，对接收信号的空间估计谱分别进行预处理和归一化处理，得到预处理后的测量空间估计谱和归一化处理后的测量空间估计谱，其中，接收端的直接路径是传播时间的最小路径。
频谱仿真和评估模块1430，用于利用接收端的直接路径的波达方向的估计值和接收端的直接路径的传播时间的估计值仿真生成仿真的归一化空间估计谱，并利用全参考图像质量评估方法比较仿真的归一化空间估计谱和预处理后的测量空间估计谱，得到接收端的波达方向的测量值的置信度分数。
定位坐标联合与调整模块1440，用于将所有的接收端的波达方向的测量值的置信度分数和归一化处理后的测量空间估计谱进行联合，得到待定位目标的二维空间坐标的似然值，并根据预设权重表达式，对待定位目标的二维空间坐标进行几何权重的调整。
定位坐标拓展和定位模块1450，用于根据调整后的待定位目标的二维空间坐标和待定位目标的二维空间坐标的似然值，将待定位目标的连续多包的信号进行拓展，得到拓展后的待定位目标的二维空间似然值，并根据待定位目标的二维空间似然值，对待定位目标进行空间位置估计，得到待定位目标的定位结果。
图15示意性示出了根据本发明实施例的适于实现基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法的电子设备的方框图。
如图15所示，根据本发明实施例的电子设备1500包括处理器1501，其可以根据存储在只读存储器（ROM）1502中的程序或者从存储部分1508加载到随机访问存储器（RAM）1503中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器1501例如可以包括通用微处理器（例如CPU）、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器（例如，专用集成电路（ASIC））等等。处理器1501还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器1501可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
在RAM 1503中，存储有电子设备1500操作所需的各种程序和数据。处理器 1501、ROM 1502以及RAM 1503通过总线1504彼此相连。处理器1501通过执行ROM 1502和/或RAM1503中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 1502和RAM 1503以外的一个或多个存储器中。处理器1501也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。
根据本发明的实施例，电子设备1500还可以包括输入/输出（I/O）接口1505，输入/输出（I/O）接口1505也连接至总线1504。电子设备1500还可以包括连接至I/O接口1505的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分1506；包括诸如阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）等以及扬声器等的输出部分1507；包括硬盘等的存储部分1508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1509。通信部分1509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1510也根据需要连接至I/O接口1505。可拆卸介质1511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1508。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。
根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 1502和/或RAM 1503和/或ROM 1502和RAM 1503以外的一个或多个存储器。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
在本发明的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，采取了必要保密措施，且不违背公序良俗。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位方法，包括：
在接收端布置天线间距为半波长的均匀直线天线阵列，并根据接收信号的带宽和所述均匀直线天线阵列的天线间距构建相移矢量，其中，所述接收端有N个，N为大于2的正整数；
根据所述相移矢量估计所述接收信号的空间谱，得到所述接收信号的空间估计谱，并根据所述接收端的直接路径的传播时间的估计值，对所述接收信号的空间估计谱分别进行预处理和归一化处理，得到预处理后的测量空间估计谱和归一化处理后的测量空间估计谱，其中，所述接收端的直接路径是所述传播时间的最小路径；
利用所述接收端的直接路径的波达方向的估计值和所述接收端的直接路径的传播时间的估计值仿真生成仿真的归一化空间估计谱，并利用全参考图像质量评估方法比较所述仿真的归一化空间估计谱和所述预处理后的测量空间估计谱，得到所述接收端的波达方向的测量值的置信度分数；
将所有的所述接收端的波达方向的测量值的置信度分数和所述归一化处理后的测量空间估计谱进行联合，得到待定位目标的二维空间坐标的似然值，并根据预设权重表达式，对所述待定位目标的二维空间坐标进行几何权重的调整；
根据调整后的所述待定位目标的二维空间坐标和所述待定位目标的二维空间坐标的似然值，将所述待定位目标的连续多包的信号进行拓展，得到拓展后的所述待定位目标的二维空间似然值，并根据所述待定位目标的二维空间似然值，对所述待定位目标进行空间位置估计，得到所述待定位目标的定位结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述待定位目标的二维空间似然值，对所述待定位目标进行空间位置估计，得到所述待定位目标的定位结果包括：
根据所述待定位目标所处的场景的定位范围，对所述待定位目标的二维空间坐标进行网格点建模；
根据建模结果，遍历所述待定位目标的二维空间坐标的取值组合对所述待定位目标进行空间位置估计；
在与所述取值组合相对应的所述拓展后的所述待定位目标的二维空间似然值取得最大值的情况下，将与所述取值组合相对应的所述待定位目标的二维空间坐标作为所述待定位目标的定位结果。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述相移矢量由公式（1）确定：
Figure QLYQS_1
（1），
其中，
Figure QLYQS_3
是虚数单位，/>
Figure QLYQS_4
表示接收信号的载波频率，/>
Figure QLYQS_6
表示子载波之间的频率间隔，/>
Figure QLYQS_8
是路径/>
Figure QLYQS_10
的波达方向，/>
Figure QLYQS_12
表示路径/>
Figure QLYQS_14
的传播时间，/>
Figure QLYQS_2
表示所述均匀直线天线阵列的天线间距，/>
Figure QLYQS_5
表示所述接收信号的传播速度，/>
Figure QLYQS_7
表示路径/>
Figure QLYQS_9
的、第/>
Figure QLYQS_11
个天线的、第/>
Figure QLYQS_13
个子载波相对于第1根天线和第1个子载波的联合相移矢量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收信号的空间估计谱由公式（2）表示：
Figure QLYQS_15
（2），
其中，
Figure QLYQS_16
由公式（3）确定：
Figure QLYQS_17
（3），
其中，
Figure QLYQS_18
由公式（4）确定：
Figure QLYQS_19
（4），
其中，
Figure QLYQS_20
为所述接收端的信道状态信息的测量值，/>
Figure QLYQS_21
表示候选的波达方向的网格数量，
Figure QLYQS_22
表示候选的传播时间的网格点数量，/>
Figure QLYQS_23
表示所述接收端的所有路径的波达方向，/>
Figure QLYQS_24
表示所述接收端的所有路径的传播时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述归一化处理后的测量空间估计谱由公式（5）确定：
Figure QLYQS_25
（5），
其中，所述预处理后的测量空间估计谱
Figure QLYQS_26
由公式（6）确定：
Figure QLYQS_27
（6），
其中，
Figure QLYQS_28
所述表示所述接收信号的空间估计谱，/>
Figure QLYQS_29
表示第/>
Figure QLYQS_30
个接收端的归一化处理后的测量空间估计谱，/>
Figure QLYQS_31
表示第/>
Figure QLYQS_32
个接收端的直接路径的波达方向的估计值。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述接收端的波达方向的测量值的置信度分数由公式（7）确定：
Figure QLYQS_33
（7），
其中，
Figure QLYQS_34
表示第/>
Figure QLYQS_35
个接收端的波达方向的测量值的置信度分数，/>
Figure QLYQS_36
由公式（8）确定：
Figure QLYQS_37
（8），
其中，
Figure QLYQS_38
表示预处理后的接收信号的相移矢量，/>
Figure QLYQS_39
表示所述仿真的归一化空间估计谱。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述待定位目标的二维空间坐标的似然值由公式（9）确定：
Figure QLYQS_40
（9），
其中，
Figure QLYQS_41
表示预处理后的第/>
Figure QLYQS_42
个接收端的波达方向的测量值的置信度分数，/>
Figure QLYQS_43
表示第/>
Figure QLYQS_44
个接收端的归一化处理后的测量空间估计谱；
其中，
Figure QLYQS_45
由公式（10）确定：
Figure QLYQS_46
（10），
其中，
Figure QLYQS_47
表示第/>
Figure QLYQS_48
个接收端的波达方向的测量值的置信度分数，/>
Figure QLYQS_49
表示所述接收端的数量，/>
Figure QLYQS_50
表示所述接收端所有路径的波达方向，对于第/>
Figure QLYQS_51
个接收端的波达方向/>
Figure QLYQS_52
由公式（11）确定：
Figure QLYQS_53
（11），
其中，
Figure QLYQS_54
表示所述待定位目标的二维定位空间坐标/>
Figure QLYQS_55
与到达第/>
Figure QLYQS_56
个接收端的角度/>
Figure QLYQS_57
的几何转换关系；
其中，所述调整后的所述待定位目标的二维空间坐标由公式（12）所示：
Figure QLYQS_58
（12），
其中，
Figure QLYQS_59
由公式（13）确定：
Figure QLYQS_60
（13），
其中，
Figure QLYQS_61
表示第/>
Figure QLYQS_62
个接收端的所有路径的波达方向，/>
Figure QLYQS_63
表示第/>
Figure QLYQS_64
个接收端的所有路径的波达方向；
其中，所述拓展后的所述待定位目标的二维空间似然值由公式（14）确定：
Figure QLYQS_65
（14）。
8.一种基于空间估计谱置信度估计的室内定位系统，包括：
天线布置和矢量构建模块，用于在接收端布置天线间距为半波长的均匀直线天线阵列，并根据接收信号的带宽和所述均匀直线天线阵列的天线间距构建相移矢量，其中，所述接收端有N个，N为大于2的正整数；
频谱估计和归一化处理模块，用于根据所述相移矢量估计所述接收信号的空间谱，得到所述接收信号的空间估计谱，并根据所述接收端的直接路径的传播时间的估计值，对所述接收信号的空间估计谱分别进行预处理和归一化处理，得到预处理后的测量空间估计谱和归一化处理后的测量空间估计谱，其中，所述接收端的直接路径是所述传播时间的最小路径；
频谱仿真和评估模块，用于利用所述接收端的直接路径的波达方向的估计值和所述接收端的直接路径的传播时间的估计值仿真生成仿真的归一化空间估计谱，并利用全参考图像质量评估方法比较所述仿真的归一化空间估计谱和所述预处理后的测量空间估计谱，得到所述接收端的波达方向的测量值的置信度分数；
定位坐标联合与调整模块，用于将所有的所述接收端的波达方向的测量值的置信度分数和所述归一化处理后的测量空间估计谱进行联合，得到待定位目标的二维空间坐标的似然值，并根据预设权重表达式，对所述待定位目标的二维空间坐标进行几何权重的调整；
定位坐标拓展和定位模块，用于根据调整后的所述待定位目标的二维空间坐标和所述待定位目标的二维空间坐标的似然值，将所述待定位目标的连续多包的信号进行拓展，得到拓展后的所述待定位目标的二维空间似然值，并根据所述待定位目标的二维空间似然值，对所述待定位目标进行空间位置估计，得到所述待定位目标的定位结果。
9.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行根据权利要求1~7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行根据权利要求1~7中任一项所述的方法。
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