[发明专利]一种基于单站的目标被动定位方法

说明书

本发明公开了一种基于单站的目标被动定位方法。首先，利用接收机的多天线组成线性阵列及扩展天线，使其能在不同空间位置接收发射端发出的信号，并同时估计出信道状态信息；然后，基于阵列获取的信道状态信息，估计直达信号和目标反射信号的波达角以及信号到达时间，并基于扩展天线获取的信道状态信息估计出直达信号和目标反射信号到达时间；其次，利用直达信号波达角以及到达阵列和扩展天线时间差，估计发射机位置；最后，基于发射机位置、目标反射信号波达角以及直达信号和反射信号到达时间差，估计出目标位置，目标被动定位。实验和分析表明，本发明在仅有一个多天线接收机的情况下，通过构建接收阵列和扩展天线，可实现单站目标被动定位。

技术领域

本发明属于被动定位技术，具体涉及在Wi-Fi系统下，一种基于单站的目标被动定位方法。

背景技术

近年来，随着智能设备与无线网络的普及，人们对于场景感知、环境智能等应用需要在不断增加，同时对用户位置信息精度的要求也在不断提高。

传统的目标被动定位研究大多基于雷达完成。基于雷达的系统通常需要配备专业的信号收发设备，使得设备成本较高。随着无线网络技术的不断提高与相关设备的普及，越来越多的研究人员开始研究利用Wi-Fi等无线信号完成目标被动定位。被动定位系统Widar2.0估计出反射信号波达角、到达时间以及多普勒信息，并结合收发两端的位置最终完成目标被动定位；被动定位系统Indotrack，利用多个多天线接收机捕获反射信号并估计出信号波达角以及多普勒信息，并最终联合多个接收机估计出的结果实现目标被动定位。此类系统仅能在发射机位置已知且配备多个接收端的情况下对目标进行被动定位。

针对上述问题，本发明在Wi-Fi系统下，设计了一种基于单站的目标被动定位方法。该方法在信号发射端位置未知的情况下，利用接收机配备的多天线组成天线阵列以及扩展天线，在不同的空间位置获取信号并估计出直达信号及反射信号相关参数，并利用估计的参数构建约束方程，实现对目标的被动定位。

发明内容

本发明的目的是在Wi-Fi系统下，提供一种基于单站的目标被动定位方法，它能在信号发射端位置未知的情况下，仅依靠单接收机获取的信息实现目标被动定位。

本发明所述的是，基于单站的目标被动定位方法，具体包括以下步骤：

步骤一、首先利用Wi-Fi接收机的多天线组成阵列天线以及扩展天线获取信号，并估计出直达信号及目标反射信号的波达角及到达时间；

1a、利用多天线Wi-Fi接收机的部分接收天线组成天线间距为半波长的阵列天线，利用馈线将接收机其中一根天线延伸到另一已知空间位置组成扩展天线；

1b、对于阵列天线，第l条传播路径，l∈{G_D∪G_R}，G_R为反射路径集合，G_D为直射路径集合，第i根天线、第k个子载波接收的真实信道状态信息(Channel State Information,CSI)信号为

其中，α_l为衰减，τ_l为到达时间，θ_l为信号波达角，f_c为中心频率，f_k＝f_c+(k-1)Δf为第k个子载波的频率，Δf为两个子载波之间的频率间隔，λ_b和λ_o分别为由分组检测时延和采样频率偏移引起的时延，e^-j2πβ为由中心频率偏移引起的相位偏移，为噪声；

1c、对于扩展天线，第l条传播路径，第k个子载波接收的真实CSI信号为

其中，α′_l为衰减，为噪声；