基于CSI的Wi-Fi单接入点测距定位方法、系统及电子设备技术方案

本发明专利技术公开了一种基于CSI的WiFi单接入点测距定位方法、系统、电子设备及计算机存储介质。一种基于CSI的Wi‑Fi单接入点测距定位方法，其特征在于，该方法应用于包括发送端和接收端的Wi‑Fi网络，其中，所述发送端包含单个接入点；其中，所述方法包括：发送端接收所述接收端发送的定位申请，并与所述接收端约定双方跳频控制协议及跳频时间；根据所述跳频控制协议及跳频时间，发送端或者接收端的其中任一端发送导频信号，另一端接收CSI数据并据此获取定位结果；其中，所述发送端和接收端至少分别具有3根天线。本申请不需要旋转接收端的设备即可确定其位置，操作方便，且定位精确度高。

【技术实现步骤摘要】
基于CSI的Wi-Fi单接入点测距定位方法、系统及电子设备
本专利技术涉及测距定位
，具体涉及一种基于CSI的Wi-Fi单接入点测距定位方法、系统、电子设备及计算机存储介质。
技术介绍
在日常生活和工作中，人们大部分时间是在室内活动，对室内位置服务有迫切的需求。当前趋于成熟的室内定位方案有许多，比如红外线、蓝牙、Zigbee、超声波定位等，这些定位技术的共同特点是需要部署专用设备如信号源或标签，不适合大规模推广。近年来，无线通信技术的发展和无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)的大范围覆盖为室内定位技术的研究提供了新的途径，基于无线高保真(WirelessFidelity,Wi-Fi)的室内定位技术成为近年来室内定位的主流。现有很多基于Wi-Fi的室内定位技术需要利用多个接入点(AccessPoint,AP)的信息协同定位，对于一般的小型企业、小型社交场所和智能家居应用等只有一个AP的室内环境则不适用。现有基于单AP的Wi-Fi室内定位技术主要利用无线信号的信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)进行测距定位或指纹定位。其中，测距定位技术先利用CSI测算目标与参考点的距离，再使用定位算法确定目标位置；该技术要在Wi-Fi2.4GHz和5GHz频段所有35个信道跳频，耗费的时间较长，而且，2.4GHz和5GHz频段频率间隔远，对相关硬件设备的性能要求较高，增加了实现的成本。其次，该技术对CSI的处理过程较为复杂，需要同时利用发送端和接收端的CSI信息来校正相位误差，因此发送端和接收端都需要进行信道估计以实现双向CSI采集，增加了AP信号处理的负担。此外，需要通过最优化算法消除多径后才能使用CSI，在最优化算法中还涉及稀疏参数的选择。第三，基于中国剩余定理的测距算法需要对测量的数据取整后才能使用，这进一步引入了误差，需要采取相应的措施减小误差；指纹定位技术通过建立CSI与位置关系的指纹库实现定位，包括离线训练和在线匹配两个阶段，事先需要对现场进行大量的勘测，环境变化后需要对指纹库进行更新，成本较高。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于CSI的WiFi单接入点测距定位方法、系统、电子设备及计算机存储介质。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于CSI的Wi-Fi单接入点测距定位方法，该方法应用于包括发送端和接收端的Wi-Fi网络，其中，所述发送端包含单个接入点；其中，所述方法包括：发送端接收所述接收端发送的定位申请，并与所述接收端约定双方跳频控制协议及跳频时间；根据所述跳频控制协议及跳频时间，发送端或者接收端的其中任一端发送导频信号，另一端接收CSI数据并据此获取定位结果；其中，所述发送端和接收端至少分别具有3根天线。进一步地，在所述获取定位结果之后，还包括：所述定位结果显示于所述接收端。进一步地，所述约定的跳频控制协议为：控制发送端和接收端在2.4GHz频段的13个信道跳频。进一步地，所述获取定位结果的方法具体为：将所述CSI数据进行预处理，以获取处理后的CSI相位信息；基于所述CSI相位信息获取信号发送端与接收端之间的距离；根据所述距离获取接收端的坐标。进一步地，所述将所述CSI数据进行预处理，具体为：对所述CSI数据的CSI相位进行校正；将缺失CSI相位的中心载波进行CSI相位拟合；其中，所述CSI数据包括：发射天线序号、接收天线序号、信道编号和子载波编号，以及发送端天线与接收端天线的天线对之间的空间通道的各个信道的各个子载波的CSI的幅度以及CSI的相位。进一步地，所述基于所述CSI相位信息获取信号发送端与接收端之间的距离，具体为：将各天线对之间的空间通道的各相邻信道两两分组；通过相邻信道中心载波CSI相位差计算距离，当该距离不小于指定阈值时，保留该距离；根据得到的每两个相邻信道的距离值以及保留的距离值的数量，获取各个天线对之间的预测距离。进一步地，所述基于所述CSI相位信息获取信号发送端与接收端之间的距离还包括：若获取的天线对之间的测距结果的误差超过指定阈值，采用K-means聚类算法对所述误差超过指定阈值的距离值进行处理。进一步地，所述采用K-means聚类算法对所述误差超过指定阈值的距离值进行处理，具体为：将各天线对之间的预测距离作为同一个簇的数据对象，采用K-means聚类算法确定其聚类中心；计算各天线对之间的预测距离与聚类中心的距离；将所述各天线对之间的预测距离与聚类中心的距离中大于指定阈值的距离作为离群点，将聚类中心值赋值给该离群点，以得到修正后的估算距离值。根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于CSI的Wi-Fi单接入点测距定位系统，包括发送端和接收端，具体为：所述发送端，用于接收所述接收端发送的定位申请，并与所述接收端约定双方跳频控制协议及跳频时间；所述发送端或者接收端的其中任一端用于发送导频信号，另一端接收CSI数据并据此获取定位结果；其中，用于接收CSI数据并据此获取定位结果的一端设置有测距定位计算模块，用于根据所述CSI数据进行分析计算获取定位结果；其中，所述发送端和接收端至少分别具有3根天线；其中，所述跳频控制协议为：控制发送端和接收端在2.4GHz频段的13个信道跳频。进一步地，所述发送端包括：定位服务器和与其通过高速数据传输线连接的接入点；所述接收端包括：终端用户APP及与其连接的终端Wi-Fi模块；具体为：所述终端用户APP，用于向所述定位服务器发出定位申请；所述定位服务器，用于接收所述终端用户APP发出的定位申请，以及用于与所述终端用户APP约定双方跳频时间；所述定位服务器，还用于通知所述接入点跳频启动时间；所述终端用户APP还用于通知终端Wi-Fi模块跳频启动时间；所述接入点和所述终端Wi-Fi模块，用于启动跳频控制协议；其中，当所述测距定位计算模块设置于所述定位服务器时，所述终端Wi-Fi模块还用于发送导频信号，所述接入点还用于接收CSI数据以及将所述CSI数据发送给所述定位服务器；所述定位服务器还用于根据所述CSI数据获取定位结果并将其发送给所述终端用户APP；其中，当所述测距定位计算模块设置于所述终端用户APP时，所述接入点还用于发送导频信号，所述终端Wi-Fi模块还用于接收CSI数据以及将其发送给所述终端用户APP；所述终端用户APP还用于根据所述CSI数据获取定位结果并将其显示。根据本专利技术的又一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如上述的测距定位方法对应的操作。根据本专利技术的再一方面，提供了一种计算机存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如上述的测距定位方法对应的操作。根据本专利技术提供的方案，应用于包括发送端和接收端的Wi-Fi网络，其中，所述发送端包含单个接入点；发送端接收所述接收端发送的定位申请，并与所述接收端约定双方跳频控制协议及跳频时间；根据所述跳频控制协议及跳频时间，发送端或者接收端的其中任一端发送导频信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CSI的Wi‑Fi单接入点测距定位方法，其特征在于，该方法应用于包括发送端和接收端的Wi‑Fi网络，其中，所述发送端包含单个接入点；其中，所述方法包括：发送端接收所述接收端发送的定位申请，并与所述接收端约定双方跳频控制协议及跳频时间；根据所述跳频控制协议及跳频时间，发送端或者接收端的其中任一端发送导频信号，另一端接收CSI数据并据此获取定位结果；其中，所述发送端和接收端至少分别具有3根天线。

【技术特征摘要】
1.一种基于CSI的Wi-Fi单接入点测距定位方法，其特征在于，该方法应用于包括发送端和接收端的Wi-Fi网络，其中，所述发送端包含单个接入点；其中，所述方法包括：发送端接收所述接收端发送的定位申请，并与所述接收端约定双方跳频控制协议及跳频时间；根据所述跳频控制协议及跳频时间，发送端或者接收端的其中任一端发送导频信号，另一端接收CSI数据并据此获取定位结果；其中，所述发送端和接收端至少分别具有3根天线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取定位结果之后，还包括：所述定位结果显示于所述接收端。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在，所述约定的跳频控制协议为：控制发送端和接收端在2.4GHz频段的13个信道跳频。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取定位结果的方法具体为：将所述CSI数据进行预处理，以获取处理后的CSI相位信息；基于所述CSI相位信息获取发送端与接收端之间的距离；根据所述距离获取接收端的坐标。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述CSI数据进行预处理，具体为：对所述CSI数据的CSI相位进行校正；将缺失CSI相位的中心载波进行CSI相位拟合；其中，所述CSI数据包括：发射天线序号、接收天线序号、信道编号和子载波编号，以及发送端天线与接收端天线的天线对之间的空间通道的各个信道的各个子载波的CSI的幅度以及CSI的相位。6.根据权利要求5所述的测距定位方法，其特征在于，所述基于所述CSI相位信息获取信号发送端与接收端之间的距离，具体为：将各天线对之间的空间通道的各个信道两两分组；通过相邻信道中心载波CSI相位差计算距离，且当该距离不小于指定阈值时，保留该距离；根据得到的每两个相邻信道的距离值以及保留的距离值的数量，获取各个天线对之间的预测距离。7.根据权利要求6所述的测距定位方法，其特征在于，所述基于所述CSI相位信息获取信号发送端与接收端之间的距离还包括：若获取的天线对之间的测距结果的误差超过指定阈值，采用K-means聚类算法对所述误差超过指定阈值的距离值进行处理。8.根据权利要求7所述的测距定位方法，其特征在于，所述采用K-means聚类算法对所述误差超过指定阈值的距离值进行处理，具体为：将各天线对之间的预测距离作为同一个簇的数据对象，采用K-means聚类算法确定其聚类中心；计算各天线对之间的预测距离与聚类中心的距离；将所述各天线对之间的预...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽平，甄杰，邓慧茹，文汉江，赵小兵，
申请(专利权)人：中央民族大学，中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11