本發(fā)明涉及定位的應(yīng)用，特別是一種面向室內(nèi)的非指紋被動(dòng)式定位方法。

背景技術(shù)：

隨著人們?cè)谑覂?nèi)空間的活動(dòng)越來(lái)越復(fù)雜和精細(xì)，基于室內(nèi)位置信息服務(wù)的需求日趨強(qiáng)烈。目前市內(nèi)定位主要分為主動(dòng)式定位和被動(dòng)式定位兩種，其主要區(qū)別是被定位目標(biāo)是否攜帶相關(guān)設(shè)備，主動(dòng)式定位要求被定為目標(biāo)攜帶設(shè)備，對(duì)設(shè)備位置進(jìn)行定位，而被動(dòng)式定位是目標(biāo)不需要攜帶設(shè)備，根據(jù)目標(biāo)對(duì)特征信息的干擾來(lái)進(jìn)行定位。由于在一些應(yīng)用環(huán)境下，目標(biāo)并不希望攜帶相關(guān)設(shè)備，因此，被動(dòng)式場(chǎng)景成為研究的熱點(diǎn)。

在被動(dòng)式定位中，根據(jù)獲取的定位信息，可以將定位分為基于非電磁信號(hào)的被動(dòng)式定位和基于電磁信號(hào)的被動(dòng)式定位。基于非電磁信號(hào)的定位是使用如紅外線、攝像頭、傳感器等進(jìn)行目標(biāo)位置的確定，這些設(shè)備由于其特征的選擇有一定的特殊性，應(yīng)用場(chǎng)景也受到了很多限制。而基于電磁信號(hào)的定位中，最常用的是使用RSS信息進(jìn)行定位，分為指紋方法定位和非指紋方法定位。其中指紋方法由于需要在定位前進(jìn)行指紋采集，耗費(fèi)時(shí)間和人力，并且魯棒性不好，因此實(shí)用性不強(qiáng)；而非指紋定位由于模型的限制和RSS信息本身的問(wèn)題，精度比較差。對(duì)此，有研究者使用專用設(shè)備提取出穩(wěn)定的幅度和相位信息進(jìn)行定位，但專用設(shè)備需要專門制作(如天線陣列)或者高昂的價(jià)格(如USRP(Universal Software Radio Peripheral，通用軟件無(wú)線電外設(shè)))。 因此有部分研究者對(duì)CSI信息進(jìn)行提取并定位，但仍存在以下問(wèn)題：1，基于CSI信息的定位沒有現(xiàn)成的模型使用，只能進(jìn)行指紋采集提取；2，基于CSI信息由于多子載波相互獨(dú)立，無(wú)法找到通用的信息表示方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了以下方案：

一種基于WI-FI信號(hào)的非指紋被動(dòng)式定位方法，包括以下步驟：

步驟1，構(gòu)建WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)，包括發(fā)送端a和接收端b；

步驟2，在構(gòu)建的WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中，采集WI-FI信號(hào)中的CSI值，所述采集的CSI值分為測(cè)試CSI值和實(shí)際CSI值，其中測(cè)試CSI值為：

(2-1-1)WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中沒有目標(biāo)時(shí)的初始CSI值；

(2-1-2)在WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中放入第一已知高度和位置的目標(biāo)時(shí)的CSI值；

(2-1-3)在WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中放入第二已知高度和位置的目標(biāo)時(shí)的CSI值，其中第二已知目標(biāo)的高度與第一已知目標(biāo)的高度不同；

實(shí)際CSI值指，當(dāng)WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中存在待測(cè)目標(biāo)時(shí)所采集的CSI值；

步驟3，對(duì)步驟2中采集到的所有CSI值利用3σ濾波方法進(jìn)行濾波，對(duì)濾波處理后的CSI值進(jìn)行預(yù)處理，消除多徑效應(yīng)；

步驟4，利用步驟3中預(yù)處理后的CSI值，預(yù)估待測(cè)目標(biāo)的有效高度，通過(guò)所預(yù)估出的待測(cè)目標(biāo)的有效高度估計(jì)匹配參數(shù)；

步驟5，利用匹配參數(shù)得到待測(cè)目標(biāo)的衰減值，通過(guò)其衰減值確定待測(cè)目標(biāo)所處區(qū)域；

步驟6，根據(jù)步驟5中得到的待測(cè)目標(biāo)所處區(qū)域，定位目標(biāo)。

進(jìn)一步地，步驟1中所述的WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)至少需要兩條鏈路。

進(jìn)一步地，步驟3中所述的預(yù)處理步驟包括：

(3-1)對(duì)所述濾波后的信號(hào)中的多徑衰減信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)處理，處理公式如下：

其中，n為一段時(shí)間內(nèi)采集的CSI值的組數(shù)，i∈(1,n)，每一組CSI值由30個(gè)子載波組成，k∈(1,30)，csi_mki為第k個(gè)子載波在第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)上采集到的CSI值，ρ_ki為第k個(gè)子載波上第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集到的CSI值占該子載波上所有時(shí)間點(diǎn)采集到的CSI值的比重，CSI_mkp為第k個(gè)子載波上增強(qiáng)處理后的CSI值；

其中，m分別取1、2、3、4，其分別表示步驟2中的(2-1-1)、(2-1-2)、(2-1-3)和WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中存在待測(cè)目標(biāo)四種情況；

(3-2)利用如下公式，剔除(3-1)處理后CSI值中的過(guò)強(qiáng)信號(hào)：

當(dāng)ε_abk＜1且ε_abk最大時(shí)，取第k個(gè)子載波作為系統(tǒng)的輸入；剔除其余子載波；

其中，ab表示信號(hào)的收發(fā)鏈路，k∈(1，30)，m分別取2、3、 4分別表示步驟2中的第(2-1-2)、(2-1-3)和WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中存在待測(cè)目標(biāo)三種情況，CSI_1kp表示增強(qiáng)處理后第k個(gè)子載波上的初始CSI值，CSI_mkp表示增強(qiáng)處理后第k個(gè)子載波上有目標(biāo)干擾時(shí)的所有CSI值，ε_abk表示第ab鏈路中第k個(gè)子載波中有目標(biāo)干擾時(shí)每個(gè)CSI值與初始CSI值的比值，ab鏈路是指信息發(fā)送端到接收端的直接視距鏈路。

進(jìn)一步地，步驟4中所述的匹配參數(shù)δ₁和δ_t，具體計(jì)算過(guò)程如下：

(4-1)利用第一已知目標(biāo)的高度和位置信息，計(jì)算第ab鏈路上理論衰減值D_ab，公式如下：

其中，D_ab為第ab鏈路上的理論衰減值，c(v)和s(v)為菲涅爾積分，v為菲涅爾-基爾霍夫繞射參數(shù)，其計(jì)算式為：

其中，t∈(-1,1)，λ為信號(hào)波長(zhǎng)，h1為第一已知目標(biāo)的高度，d_a2為第一已知目標(biāo)距發(fā)送端距離，d_b2為第一已知目標(biāo)距接收端距離，ab鏈路是指信息發(fā)送端到接收端的直接視距鏈路；

(4-2)通過(guò)(4-1)得到的D_ab,利用下式計(jì)算匹配參數(shù)δ₁：

其中,CSI_2kp為經(jīng)過(guò)預(yù)處理后第一已知目標(biāo)的CSI值，CSI_1kp為經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的初始CSI值，D_ab為第ab鏈路的理論衰減值，δ₁為匹配參數(shù)；

(4-3)已知h1和δ₁，根據(jù)公式(1)得到以下比值關(guān)系：

其中,h1為第一已知目標(biāo)的高度，ω為比值參數(shù)；

(4-4)當(dāng)WI-FI網(wǎng)絡(luò)中存在待測(cè)目標(biāo)時(shí)，利用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均(EWMA)的方法預(yù)估待測(cè)目標(biāo)的高度，具體公式如下：

其中，系數(shù)α表示權(quán)重的變化，α∈(0,1)，t為CSI值采集時(shí)刻，S_t為t時(shí)刻預(yù)估待測(cè)目標(biāo)的高度值，h1、h2分別為第一已知目標(biāo)的高度和第二已知目標(biāo)的高度；

(4-5)根據(jù)(4-4)中預(yù)估的待測(cè)目標(biāo)的高度以及(4-3)中得到的比值參數(shù)ω，利用如下公式，獲得不同高度目標(biāo)的匹配參數(shù)：

其中，δ_t為估計(jì)不同高度目標(biāo)的匹配參數(shù)。

進(jìn)一步地，步驟5的具體步驟包括：

(5-1)設(shè)定經(jīng)預(yù)處理后的初始CSI值的方差σ₁作為閾值，通過(guò)步驟4中得到的待測(cè)目標(biāo)的高度和匹配參數(shù)，利用公式(1)計(jì)算得到的D_ab，若D_ab大于σ₁時(shí)，表示該待測(cè)目標(biāo)處于檢測(cè)區(qū)域；反之，則表示該待測(cè)目標(biāo)處于檢測(cè)區(qū)域外；

(5-2)若待測(cè)目標(biāo)處于檢測(cè)區(qū)域，進(jìn)行如下處理：

其中，f∈(1，t1)，t1為第ab鏈路上待測(cè)目標(biāo)的個(gè)數(shù)，D_abf表示第ab鏈路上第f個(gè)待測(cè)目標(biāo)的理論衰減值，min(D_ab)表示第八鏈路上待測(cè)目標(biāo)中理論衰減值的最小值。

進(jìn)一步地，步驟6中定位目標(biāo)的過(guò)程包括：

(6-1)若待測(cè)目標(biāo)在MTA區(qū)域，利用下式計(jì)算得到待測(cè)目標(biāo)的距離信息d_a4、d_b4，再根據(jù)發(fā)送端接收端的部署情況，得到目標(biāo)位置信息，計(jì)算公式如下：

其中，c(v)和s(v)為菲涅爾積分，其計(jì)算式為：

其中，h為步驟(4-4)中預(yù)估高度S_t，λ為信號(hào)波長(zhǎng)，d_a4為待測(cè)目標(biāo)距發(fā)送端距離，d_b4為待測(cè)目標(biāo)距接收端距離；

(6-2)當(dāng)目標(biāo)在OMTA區(qū)域時(shí)，利用影響區(qū)域的重點(diǎn)算法來(lái)定位待測(cè)目標(biāo)在OMTA區(qū)域中的位置。

進(jìn)一步地，步驟(6-2)中所述的影響區(qū)域的重點(diǎn)算法具體為：

(6-2-1)設(shè)定所述的WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中存在L條鏈路，確定L條鏈路中可以圍成區(qū)域的鏈路條數(shù)n₁，計(jì)算每條鏈路的衰減值D_q，則其權(quán)值為：

其中，q∈(1，n₁)，D_q為第q條鏈路的衰減值，ε_q為第q條鏈路的衰減值在n₁條鏈路中所占的權(quán)值；

(6-2-2)根據(jù)每條鏈路的中點(diǎn)位置對(duì)其加權(quán)，如下式所示，得到OMTA區(qū)域定位的位置信息：

其中，x_obj、y_obj為待測(cè)目標(biāo)的位置坐標(biāo)，x_q、y_q為第q條鏈路中點(diǎn)位置坐標(biāo)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下技術(shù)效果：

1.本發(fā)明相比于指紋定位方法，解決了其指紋采集過(guò)程中耗費(fèi)時(shí) 間和人力的問(wèn)題，并且魯棒性好，實(shí)用性強(qiáng)；

2.本發(fā)明通過(guò)提取WI-FI信號(hào)中的CSI信息，解決了現(xiàn)有非指紋定位方法定位精度低的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是CSI非指紋定位系統(tǒng)流程圖；

圖2是CSI非指紋定位系統(tǒng)硬件示意圖；

圖3是CSI定位設(shè)備示意圖，其中(a)為工控主板示意圖，(b)為傳輸天線示意圖；

圖4是CSI非指紋定位實(shí)際部署圖，其中(a)為平面示意圖，(b)為實(shí)景圖；

圖5是CSI非指紋定位統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖；

圖6是CSI非指紋實(shí)驗(yàn)在不同設(shè)備數(shù)量下定位精度圖；

圖7是CSI非指紋定位實(shí)驗(yàn)漏檢率圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本實(shí)施例記載了一種基于WI-FI信號(hào)的非指紋被動(dòng)式定位方法，其包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)室內(nèi)情況，構(gòu)建WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)，包括發(fā)送端a和接收端b，且該WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)至少包括兩條鏈路；為了確保實(shí)驗(yàn)效果，該網(wǎng)絡(luò)需要信息發(fā)送設(shè)備不會(huì)相互沖突，并且盡量不要和其他WI-FI設(shè)備發(fā)生沖突。

步驟2，在構(gòu)建的WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中，采集WI-FI信號(hào)中的CSI值，所述采集的CSI值分為測(cè)試CSI值和實(shí)際CSI值，其中測(cè)試CSI 值為：

(2-1-1)WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中沒有目標(biāo)時(shí)的初始CSI值；

(2-1-2)在WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中放入第一已知高度和位置的目標(biāo)時(shí)的CSI值；

(2-1-3)在WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中放入第二已知高度和位置的目標(biāo)時(shí)的CSI值，其中第二已知目標(biāo)的高度與第一已知目標(biāo)的高度不同；

實(shí)際CSI值指，當(dāng)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)入WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)的任意位置，停頓10秒，所采集的CSI值，而本方法也著重展示的是如何對(duì)該待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行定位；

將上述采集到的所有數(shù)據(jù)都送入數(shù)據(jù)處理器中。

步驟3，對(duì)步驟2中采集到的所有CSI值利用3σ濾波方法進(jìn)行濾波，對(duì)濾波處理后的CSI值進(jìn)行預(yù)處理，消除多徑效應(yīng)；

針對(duì)采集到的數(shù)據(jù)很有可能出現(xiàn)波形畸變的問(wèn)題，本方案采用3σ濾波方法使得畸變波形盡量不要出現(xiàn)在后續(xù)步驟中，其中3σ濾波方法具體為：

接收到的數(shù)據(jù)是呈瑞利分布的，但對(duì)于每一個(gè)子載波，其值理論上是一定的，就是說(shuō)實(shí)際接收到的子載波數(shù)據(jù)是理論值和噪聲的和。而在環(huán)境比較穩(wěn)定的情況下，多徑值也會(huì)比較穩(wěn)定，這樣，接收到的結(jié)果是一個(gè)穩(wěn)定值和噪聲的和。其結(jié)果是符合高斯分布的。因此這里選用工程中一般使用的3σ濾波方法對(duì)波形進(jìn)行過(guò)濾。

由于在接收信號(hào)的過(guò)程中，室內(nèi)具有很多的反射，會(huì)出現(xiàn)傳輸?shù)亩鄰叫?yīng)，該效應(yīng)分為多徑增強(qiáng)和多徑衰落。本方案現(xiàn)對(duì)多徑信號(hào)進(jìn) 行增強(qiáng)，再將增強(qiáng)信號(hào)剔除，具體方法為：

(3-1)對(duì)所述濾波后的信號(hào)中的多徑衰減信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)處理，處理公式如下：

其中，n為一段時(shí)間內(nèi)采集的CSI值的組數(shù)，i∈(1,n)，每一組CSI值由30個(gè)子載波組成，k∈(1,30)，csi_mki第k個(gè)子載波在第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)上采集到的CSI值，ρ_ki為第k個(gè)子載波上第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集到的CSI值占該子載波上所有時(shí)間點(diǎn)采集到的CSI值的比重，CSI_mkp為第k個(gè)子載波上增強(qiáng)處理后的CSI值；

其中，m分別取1、2、3、4，其分別表示步驟2中的(2-1-1)、(2-1-2)、(2-1-3)和WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中存在待測(cè)目標(biāo)四種情況；

(3-2)利用如下公式，剔除(3-1)處理后CSI值中的過(guò)強(qiáng)信號(hào)：

當(dāng)ε_abk＜1且ε_abk最大時(shí)，取第k個(gè)子載波作為系統(tǒng)的輸入；剔除其余子載波；

其中，ab表示信號(hào)的收發(fā)鏈路，k∈(1，30)，m分別取2、3、4分別表示步驟2中的第(2-1-2)、(2-1-3)和WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中存在待測(cè)目標(biāo)三種情況，CSI_1kp表示增強(qiáng)處理后第k個(gè)子載波上的初始CSI值，CSI_mkp表示增強(qiáng)處理后第k個(gè)子載波上有目標(biāo)干擾時(shí)的所有CSI值，ε_abk表示第ab鏈路中第k個(gè)子載波中有目標(biāo)干擾時(shí)每個(gè)CSI 值與初始CSI值的比值，ab鏈路是指信息發(fā)送端到接收端的直接視距鏈路。

步驟4，利用步驟3中預(yù)處理后的CSI值，預(yù)估待測(cè)目標(biāo)的有效高度，通過(guò)所預(yù)估出的待測(cè)目標(biāo)的有效高度估計(jì)匹配參數(shù)δ₁和δ_t；

由于刃形模型是基于RSS信息的模型，而這里使用的是CSI信息，這里根據(jù)第一已知目標(biāo)的位置和目標(biāo)有效高度信息，確定匹配參數(shù)δ₁，通過(guò)匹配參數(shù)δ₁得到匹配參數(shù)與待測(cè)目標(biāo)高度的比值關(guān)系，用EWMA方法預(yù)估待測(cè)目標(biāo)高度，最后得到不同高度待測(cè)目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的匹配參數(shù)，具體計(jì)算過(guò)程如下：

(4-1)利用第一已知目標(biāo)的高度和位置信息，計(jì)算第ab鏈路上理論衰減值D_ab，公式如下：

其中，D_ab為第ab鏈路上的理論衰減值，c(v)和s(v)為菲涅爾積分，v為菲涅爾-基爾霍夫繞射參數(shù)，其計(jì)算式為：

其中，t∈(-1,1)，λ為信號(hào)波長(zhǎng)，h1為第一已知目標(biāo)的高度，d_a2為第一已知目標(biāo)距發(fā)送端距離，d_b2為第一已知目標(biāo)距接收端距離，ab鏈路是指發(fā)送端到接收端之間的直接視距鏈路；

(4-2)通過(guò)(4-1)得到的D_ab,利用下式計(jì)算匹配參數(shù)δ₁：

其中,CSI_2kp為經(jīng)過(guò)預(yù)處理后單一高度目標(biāo)情況下的CSI值，CSI_1kp為經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的初始CSI值，D_ab為第ab鏈路的理論衰減值，δ₁為匹配參數(shù)；

(4-3)已知h1和δ₁，根據(jù)公式(1)得到以下比值關(guān)系：

其中,h1為第一已知目標(biāo)的高度，ω為比值參數(shù)；

(4-4)當(dāng)WI-FI網(wǎng)絡(luò)中存在待測(cè)目標(biāo)時(shí)，利用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均(EWMA)的方法預(yù)估待測(cè)目標(biāo)的高度，具體公式如下：

其中，系數(shù)α表示權(quán)重的變化，α∈(0,1)，t為CSI值采集時(shí)刻，S_t為t時(shí)刻預(yù)估待測(cè)目標(biāo)的高度值，h1、h2分別為第一已知目標(biāo)的高度和第二已知目標(biāo)的高度；

為了達(dá)到區(qū)分，這里第一已知目標(biāo)和第二已知目標(biāo)的高度最好是按照實(shí)驗(yàn)地區(qū)的高度情況進(jìn)行選擇，如當(dāng)?shù)仄骄砀邽?.7m，身高方差為0.2m，則選擇一個(gè)身高在1.7m左右的目標(biāo)和一個(gè)身高在1.9m左右身高的人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

(4-5)在進(jìn)行兩次已知的采集后，可以通過(guò)推導(dǎo)得到以后的高度h值，為后面待測(cè)目標(biāo)位置計(jì)算時(shí)的h值，并通過(guò)推導(dǎo)出的h值推導(dǎo)出新的δ_t值，使理論衰減和當(dāng)時(shí)的實(shí)際衰減匹配。

根據(jù)(4-4)中預(yù)估的待測(cè)目標(biāo)的高度以及(4-3)中得到的比值參數(shù)ω，利用如下公式，獲得不同高度目標(biāo)的匹配參數(shù)：

其中，δ_t為估計(jì)不同高度目標(biāo)的匹配參數(shù)。

本估計(jì)方法存在一定的誤差和累計(jì)誤差，因此建議在進(jìn)行10次左右的實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行誤差消除，以便達(dá)到定位精度，具體消除方法就是再進(jìn)行初始化身高采集，這樣可以直接剔除誤差。

步驟5，利用匹配參數(shù)得到待測(cè)目標(biāo)的衰減值，通過(guò)其衰減值確定待測(cè)目標(biāo)所處區(qū)域；

在定位前，無(wú)法根據(jù)采集的數(shù)據(jù)直觀給出是否存在待測(cè)目標(biāo)，因此需要在定位前先判斷是否存在待測(cè)目標(biāo)，判斷方法為：

(5-1)設(shè)定經(jīng)預(yù)處理后的初始CSI值的方差σ₁作為閾值，通過(guò)步驟4中得到的待測(cè)目標(biāo)的高度和匹配參數(shù)，利用公式(1)計(jì)算得到的D_ab，若D_ab大于σ₁時(shí)，表示該待測(cè)目標(biāo)處于檢測(cè)區(qū)域；反之，則表示該待測(cè)目標(biāo)處于檢測(cè)區(qū)域外；

由于使用刃形模型是有前提的：當(dāng)待測(cè)目標(biāo)的55％在第一菲涅爾區(qū)內(nèi)時(shí)才對(duì)其它的區(qū)域有效，即待測(cè)目標(biāo)的一半要在第一菲涅爾區(qū)內(nèi) 時(shí)才能使用上面的方法。因此這里需要給出在什么情況下是可以使用，進(jìn)行如下處理：

其中，f∈(1，t1)，t1為第ab鏈路上待測(cè)目標(biāo)的個(gè)數(shù)，D_abf表示第ab鏈路上第f個(gè)待測(cè)目標(biāo)的理論衰減值，min(D_ab)表示第八鏈路上待測(cè)目標(biāo)中理論衰減值的最小值；

其中：若待測(cè)目標(biāo)定位可以使用模型，將模型可用區(qū)域定義為模型可定位區(qū)域(Model Touchable Area，MTA)，若待測(cè)目標(biāo)定位不能使用模型時(shí)，為模型不可用區(qū)域(Out of Model Touchable Area，OMTA)。

步驟6，根據(jù)步驟5中得到的待測(cè)目標(biāo)所處區(qū)域，定位待測(cè)目標(biāo)，其中定位待測(cè)目標(biāo)的過(guò)程包括：

(6-1)若待測(cè)目標(biāo)在MTA區(qū)域，利用下式計(jì)算得到目標(biāo)的距離信息d_a4、d_b4，再根據(jù)發(fā)送端接收端的部署情況，得到目標(biāo)位置信息，計(jì)算公式如下：

其中，c(v)和s(v)為菲涅爾積分，其計(jì)算式為：

其中，h為步驟(4-4)中預(yù)估高度S_t，λ為信號(hào)波長(zhǎng)，d_a4為待測(cè)目標(biāo)距發(fā)送端距離，d_b4為待測(cè)目標(biāo)距接收端距離，D_abf為第ab鏈路上第f個(gè)待測(cè)目標(biāo)的理論衰減值，D_abf1為第ab鏈路上第f個(gè)待測(cè)目標(biāo)的實(shí)際衰減值；

由以上計(jì)算方法可知，本方法的核心思想是已知鏈路中的實(shí)際衰減值，通過(guò)匹配參數(shù)δ_t可使理論衰減值D_abf與實(shí)際衰減值D_abf1近似相等，匹配參數(shù)δ_t與待測(cè)目標(biāo)高度存在特定的比值關(guān)系，若能夠已知待測(cè)目標(biāo)的高度，那么就可以得到該待測(cè)目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的匹配參數(shù)，本方法采用了已知兩次已知目標(biāo)高度和位置，預(yù)估后續(xù)待測(cè)目標(biāo)的高度的方法來(lái)獲得匹配參數(shù)，從而定位待測(cè)目標(biāo)。

為了驗(yàn)證該方法的可行性，申請(qǐng)人還進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，申請(qǐng)人在WI-FI網(wǎng)絡(luò)中放入一個(gè)高度已知、位置未知的待測(cè)目標(biāo)，通過(guò)該方法定位該待測(cè)目標(biāo)的位置，驗(yàn)證上述算法的準(zhǔn)確性。

本實(shí)施例中，采用2.4GHz的WI-FI信號(hào)，因此λ為0.125m，根據(jù)上述公式可推出d_a和d_b的和與乘積，當(dāng)存在兩條以上鏈路時(shí)，可以得到具體的d_a和d_b，在根據(jù)收發(fā)端的部署情況，得到待測(cè)目標(biāo)的位置；

(6-2)當(dāng)目標(biāo)在OMTA區(qū)域時(shí)，利用影響區(qū)域的重點(diǎn)算法來(lái)定位待測(cè)目標(biāo)在OMTA區(qū)域中的位置；

其中影響區(qū)域的重點(diǎn)算法具體為：

(6-2-1)設(shè)定所述的WI-FI收發(fā)網(wǎng)絡(luò)中存在L條鏈路，確定L條鏈路中可以圍成區(qū)域的鏈路條數(shù)n₁，計(jì)算每條鏈路的衰減值D_q，則其權(quán)值為：

其中，q∈(1，n₁)，D_q為第q條鏈路的衰減值，ε_q為第q條鏈路的衰減值在n₁條鏈路中所占的權(quán)值；

(6-2-2)根據(jù)每條鏈路的中點(diǎn)位置對(duì)其加權(quán)，如下式所示，得到OMTA區(qū)域定位的位置信息：

其中，x_obj、y_obj為待測(cè)目標(biāo)的位置坐標(biāo)，x_q、y_q為第q條鏈路中點(diǎn)位置坐標(biāo)。

本實(shí)施例還提供了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

本實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選在西北大學(xué)信息學(xué)院八樓實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)區(qū)域大小為6*12m，如圖3所示，用戶站在圖中五角星點(diǎn)進(jìn)行定位實(shí)驗(yàn)。為了方便實(shí)驗(yàn)，這里選用的發(fā)送和接收設(shè)備都是攜帶有Intel5300AGN無(wú)線網(wǎng)卡的機(jī)器，操作系統(tǒng)為Ubuntu10.04.4，可以用作信號(hào)發(fā)送和接收，如圖3，數(shù)據(jù)處理器為windowsOS的電腦。在信號(hào)發(fā)送時(shí)，只是模擬了WLAN設(shè)備，沒有做其它改變。而為了保證覆蓋，這里每次只選取一組發(fā)送，其余的分別作為接收設(shè)備。本實(shí)驗(yàn)共采集88個(gè)點(diǎn)位置的情況。進(jìn)行不同方法的位置確定。

同時(shí)這里為了體現(xiàn)該方法的效果，和已有的方法進(jìn)行比較。

對(duì)于RASS系統(tǒng)、RTI系統(tǒng)和Alico系統(tǒng)，使用的是RSS信息，這個(gè)信息在CSI信息中也可以獲得，并且可以提取計(jì)算。RASS系統(tǒng)是將設(shè)備劃分為三角形區(qū)域，進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)中將3天線的CSI發(fā)送接收器模擬成3個(gè)發(fā)送接收設(shè)備，這樣可以形成多個(gè)三角形區(qū)域，而這樣設(shè)計(jì)的軟件也是可以實(shí)現(xiàn)的。RTI系統(tǒng)是對(duì)鏈路影響進(jìn)行劃分，實(shí)驗(yàn)中使用RSS信息的變動(dòng)得到結(jié)果，而由于RTI系統(tǒng)是根據(jù)影響鏈路的圖來(lái)得到結(jié)果的，實(shí)驗(yàn)中由于只有兩邊的部署，我們假定影響鏈路的中點(diǎn)為最終目標(biāo)點(diǎn)。而Alico系統(tǒng)是和文章最接近的系統(tǒng)，這里部署和其部署方式也幾乎一樣，只是由于設(shè)備問(wèn)題，無(wú)法過(guò)于密集部署，會(huì)出現(xiàn)文章中沒有考慮到的第一菲涅爾區(qū)外的區(qū)域，而這里為了計(jì)算方便和有效對(duì)比，這里知道所有的設(shè)備位置，沒有對(duì)位置的估計(jì)。Pilot系統(tǒng)是將CSI的信息進(jìn)行學(xué)習(xí)后進(jìn)行特征對(duì)比定位，特征是子載波的互相關(guān)函數(shù)。而CWF系統(tǒng)使用CSI信息來(lái)求解，這里采用輪詢的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使系統(tǒng)在有限的部署設(shè)備條件下存在盡可能多的鏈路，并確定每個(gè)鏈路采集20條數(shù)據(jù)，完成后更換發(fā)送端。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，不同設(shè)備數(shù)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。

從圖中看出RTI系統(tǒng)效果最差，中位誤差達(dá)到3.5m，而RASS系統(tǒng)其次，中位誤差為3m，Alico系統(tǒng)的效果算是RSS信息中比較好的，中位誤差達(dá)到2m，Pilot系統(tǒng)在曲線上看，精度最高，但中位誤差比CWF系統(tǒng)低一點(diǎn)。Pilot系統(tǒng)為1.4m，而CWF系統(tǒng)為1.3m。而根據(jù)前面的敘述，CWF系統(tǒng)的定位分為MTA和OMTA區(qū)域，而OMTA區(qū)域是用中點(diǎn)方法進(jìn)行估計(jì)，這樣的誤差很大，同時(shí)，有些點(diǎn)所屬的區(qū) 域只有1組鏈路可以覆蓋，這樣會(huì)造成準(zhǔn)確率下降。因此在CDF曲線中，有一部分效果會(huì)變差。但其結(jié)果遠(yuǎn)好于使用RSS信息指紋的定位，也比使用類似方法的Alico定位效果要好，因此該系統(tǒng)的定位精度處于較高水平。

這說(shuō)明了在室內(nèi)無(wú)論多徑多少，本文提出的CWF系統(tǒng)都有比較好的精度，該方法雖然比基于指紋信息的Pilot系統(tǒng)要差些，但由于其不需要Pilot方法前期的指紋采集，節(jié)省了大量的時(shí)間。

從圖5可以看出，這里比較的是中位誤差的結(jié)果。經(jīng)過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，不同方法的定位誤差不同，而且誤差隨著傳輸設(shè)備數(shù)量的增加而減小，這是由于隨著設(shè)備數(shù)量的增加，覆蓋區(qū)域在增加，而以上幾種方法的定位效果都是和覆蓋區(qū)域有關(guān)。在任何部署密度下，RTI系統(tǒng)最差，這是由于RTI系統(tǒng)在提出時(shí)，是需要將設(shè)備繞區(qū)域一圈部署，這里只是部署了兩邊，并且還有8個(gè)點(diǎn)在區(qū)域外，而在實(shí)驗(yàn)時(shí)，RTI系統(tǒng)沒有針對(duì)兩排部署的方式改進(jìn)，結(jié)果會(huì)差很多。RASS系統(tǒng)效果略好，但相比其它幾種方法還是有差距，主要是其部署方法是小三角形，這里雖然也可以形成三角形，但不能像文中的正三角形和尤其組成的六邊形。剩下三種方法效果在一些點(diǎn)具有相似的效果，是由于在某些點(diǎn)上，三種方法都能得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。Alico系統(tǒng)由于多徑和RSS信息的不穩(wěn)定，效果一般，但由于有一定的處理，比使用RSS信息指紋檢測(cè)的方法要好。而對(duì)于Pilot系統(tǒng)，其效果總體是最好的，原因和上一個(gè)實(shí)驗(yàn)相同，由于采集了指紋，不用考慮多徑的影響。但也是由于采集指紋，非常耗費(fèi)人力。最后，對(duì)于本文提出的CWF系統(tǒng)，在低密度部署下效果會(huì)比Pilot差，這主要是由于低密度部署時(shí)，CWF系統(tǒng)有很多位置處于OMTA區(qū)域，這樣會(huì)造成誤差增加。而Pilot 系統(tǒng)是指紋信息的，這種系統(tǒng)的有效定位區(qū)域比一般畫出的CSI橢圓定位區(qū)域要大，因此在低密度部署時(shí)其效果比CWF系統(tǒng)好。

這里定義：計(jì)算機(jī)學(xué)科中將其定義為False Negative(FN)：

POM＝Σ目標(biāo)在區(qū)域內(nèi)但判斷為不在區(qū)域內(nèi)的概率

結(jié)果如圖6所示，發(fā)現(xiàn)隨著覆蓋范圍的減小，CWF系統(tǒng)的結(jié)果并沒有出現(xiàn)急劇增加，原因是其OMTA區(qū)域的定位，在實(shí)驗(yàn)中，在部署區(qū)域附近的很多點(diǎn)是不符合定位要求的，但也存在一定的變化，因此在Pilot中無(wú)法檢測(cè)出來(lái)而在CWF中可以檢測(cè)出來(lái)。

在最大的覆蓋率下，CWF的漏檢率比Pilot要高，這里主要是由于CWF在定位時(shí)使用的界限是隨著目標(biāo)變化的，而Pilot是通過(guò)事先設(shè)置的。Pilot的定位方法可以檢測(cè)到更多的點(diǎn)，但同時(shí)定位精度也會(huì)下降。

在對(duì)比了現(xiàn)有方法后，可以得出系統(tǒng)可以得到比較高的定位精度。