[发明专利]一种基于信道状态信息的Wi-Fi成像方法

说明书

一种基于信道状态信息(CSI)的Wi‑Fi成像方法，所使用的成像方法仅需依靠普通商用通信设备就可完成，通用路由器产生的Wi‑Fi信号皆可作为信号源。通过开源的软件CSI‑Tool从无线网卡上提取到Wi‑Fi信号的CSI信息，并将该数据应用于角谱衍射的重建算法上。通过该方法，不仅能重建出目标物体的图像，还能重建出发射源的图像，同时具有良好的分辨率。本发明在反恐、搜救、遥感、测绘等领域都具有一定的应用价值。

技术领域

本发明涉及Wi-Fi成像领域，采用目前开源的CSI-Tool软件工具包采集Wi-Fi信号的信道状态信息(CSI)，并根据CSI信息对目标物体进行成像。

背景技术

利用无线信号进行室内物体成像一直以来是研究的热点，原因在于其广阔的应用场景，尤其是在反恐、搜救、遥感、测绘等方面。例如，当银行发生抢劫等室内突发事件时，匪徒肯定会先想办法破坏室内的监控，导致救援人员无法掌握室内的情况从而加大救援的难度，而无线信号的成像技术正是解决该问题的重要手段之一。

目前基于无线信号的成像技术主要通过雷达、毫米波、超声波等信号，但缺点是基于这些信号的成像技术所需要的设备复杂昂贵。相比较而言，Wi-Fi信号遍布于我们的生活环境，通过Wi-Fi信号来实现成像技术是一种更为方便廉价的方式。

发明内容

为了克服传统成像方法的诸多限制，本发明提出了一种基于信道状态信息的Wi-Fi成像方法，仅通过普通的商用通信设备就能达到成像的目的。

为实现上述的目标，本发明采用的技术方案为：

一种基于信道状态信息的Wi-Fi成像方法，包括以下步骤：

步骤1：搭建基于CSI的Wi-Fi成像系统，发射端为普通路由器，接收端由两根天线组成，一根作为固定的参考接收天线，一根作为移动的接收天线，两根天线都接到笔记本的网卡上同时接收数据，移动接收天线可在一个二维平面上移动，记该平面为观察平面；

步骤2：设置移动天线扫描路径；

步骤3：通过CSI Tool软件从笔记本的网卡上获取到由移动天线和参考天线接收到的不同子载波的CSI数据；

步骤4：移动天线按照设置的路径移至下一个采样点，并重复步骤3，直到采集完所有采样点处的CSI数据，得到整个观察平面的CSI数据；

步骤5：对每个采样点的CSI数据进行预处理，并将每个采样点的移动天线和参考天线的CSI数据转化成复振幅形式；

步骤6：结合移动天线和参考天线的复振幅数据进行处理从而消除发射信号初始相位的随机性，并将结果作为整个观察平面的Wi-Fi信号复振幅分布；

步骤7：选取第i个子载波其频率为f_i，将该子载波对应的观察平面Wi-Fi信号复振幅分布E(x，y，z₀，f_i)代入角谱衍射的重建算法中得到该子载波下目标物体所在平面的复振幅分布E(x，y，z，f_i)，z表示移动天线平面到目标平面的距离；

步骤8：重复步骤7，得到所有子载波对应频率下目标物体所在平面的复振幅分布；

步骤9：将步骤8中得到的目标物体所在平面的Wi-Fi信号复振幅分布的模进行叠加，作为最终成像结果。

进一步，所述步骤4中，移动天线需按照事先规划好的路径移动，而参考天线固定于一点，两根天线需要同步接收数据，从而得到整个移动天线平面的CSI信息。

更进一步，所述步骤5中，CSI数据预处理包括对幅值数据的异常值处理，滤波以及对相位数据的解卷绕。

所述步骤6中，消除发射天线初始相位随机性的方法是将移动天线的复振幅数据与参考天线的复振幅数据相除。