[发明专利]一种基于信道响应频域和空域联合处理的室内定位方法

权利要求书

1.一种基于信道响应频域和空域联合处理的室内定位方法，其特征在于，包括离线阶段和在线定位阶段，离线阶段通过在室内环境中将定位区域离散化并生成多个参考点，令移动终端在每个参考点处做匀速运动，采集相互垂直两方向的信道信息，对收集的数据进行预处理，从中提取相应的指纹特征，每个点的指纹数据包含位置信息和特征信息，利用相互垂直方向上指纹之间的关系建立离线数据库；在线定位阶段通过采集未知运动终端的信号数据，提取在线指纹信息，将待测终端的指纹信息与离线数据库中的指纹进行匹配，然后根据相似度准则计算出待测终端的位置，最后通过离线数据库输出待测终端的位置信息，完成室内定位，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集空-频域二维信道响应，移动终端在每个参考点处都做直线或近似直线的移动，取这段轨迹的中点为参考点的位置信息，在这段轨迹中等间隔的采集M个位置的信道响应，作为目标位置处的虚拟均匀线性阵列信道，构建二维空-频域信道响应；

S2、对步骤S1中采集到的空-频域信道响应进行预处理，提取指纹并记录到离线指纹库中，包括以下步骤：

S201、对空-频域二维信道响应进行二维离散傅立叶逆变换，得到空-时域二维信道响应；由于多径的特征会以尖峰点的形式体现出来，在该二维信道响应矩阵中搜寻尖峰点；

S202、当尖峰点具有相同的方位角或相同的时间延迟时，保留具有最大增益的尖峰点；

S203、对步骤S201至步骤S202的结果进行汇总，汇总为最终的位置指纹，并录入指纹库如下：

其中，F₁,F₂,F₃分别为轨迹中心位置坐标为l_x,l_y,l_z且分别沿x，y，z轴上采集到的多径指纹特征集合，Gain_1,l,Gain_2,l,Gain_3,l分别为分别为沿x，y，z轴运动时采集到的第l条多径的增益，分别为分别为沿x，y，z轴运动时采集到的第l条多径的方位角，分别为分别为沿x，y，z轴运动时采集到的第l条多径的方时延，Gain_l、与为第l条多径的增益、归一化多径等效空间方位角和归一化多径等效时延，l_x,l_y,l_z为待测终端移动轨迹上中点的空间位置坐标，将其作为数据库中记录参考点的坐标；

S3、离线指纹库构建，包括以下步骤：

S301、在每个参考点记录在水平面上的两个相互垂直的轨迹的信道响应，取与某确定墙面平行和垂直两方向的运动轨迹上的M个位置的信道响应，得到在第p个参考点处采集的平行轨迹的指纹为：

同样的，在第p个参考点处采集的垂直轨迹的指纹为：

其中，分别为在第p个参考点处沿x轴方向移动时采集到的第l条多径的增益、归一化多径等效空间方位角、归一化多径等效时延，分别为在第p,π/2个参考点处沿x轴方向移动时采集到的第l条多径的增益、归一化多径等效空间方位角、归一化多径等效时延；

S302、在水平面上第p个参考点处的平行轨迹与待测终端移动方向夹角为α_p时所采集到的指纹与平行轨迹和垂直轨迹的指纹之间的关系，生成待测终端在水平面以任意角度运动时的指纹特征；

S303、采用在每个参考点生成Q个角度的指纹数据并将其分开存储，离线数据库中第p个参考点处存储某个方向的指纹重新表示为：

其中，与分别代表在离线数据库里第p个参考点处存储的与水平轨迹夹角为2πq/Q时的第l条多径的增益、归一化多径等效空间方位角和归一化多径等效时延，表示当待测终端以与水平轨迹夹角为2πq/Q时移动时可以估计的多径数量；

S4、根据相似度模型计算出目标点的位置信息，包括以下步骤：

S401、通过使用粗略的时延信息将待测终端的位置确定在相对较小的区域中，首先从离线数据库中每个参考点处挑选出来自各个AP的直达径的时延；

S402、分别计算在线采集指纹与步骤S401中的N_s个参考点的点进行相似度计算，欧几里德度量作为该算法的定位相似性标准；

S403、获取目标点位置信息采用WKNN算法估计终端的位置。