一種增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法
【專利說明】一種增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法
[0001] 方法領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于無線定位領(lǐng)域，具體涉及一種增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 基于位置的服務(wù)給人們的生活帶來了極大的方便?；跓o線方法的無源被動(dòng)定位 作為定位方法的組成部分之一，其無需用戶攜帶任何定位相關(guān)的設(shè)備便可以對(duì)人體進(jìn)行實(shí) 時(shí)精確定位。該方法在許多領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用，包括安全防護(hù)、入侵檢測(cè)、醫(yī)療看護(hù)等。因 此大量的無源被動(dòng)無線定位系統(tǒng)被相繼研宄與開發(fā)。
[0004] 無源被動(dòng)無線定位方法起初采用易于獲取的信號(hào)強(qiáng)度信息（RSS)作為信號(hào)特征。 大部分的無源被動(dòng)無線定位系統(tǒng)基于人體對(duì)無線信號(hào)遮擋效應(yīng)利用多鏈路數(shù)據(jù)融合方法 來定位人體位置。然而在室內(nèi)環(huán)境下，無線信號(hào)遭受多徑效應(yīng)影響，RSS值具有不穩(wěn)定性。 另外，當(dāng)人體遠(yuǎn)離視距路徑時(shí)，RSS對(duì)移動(dòng)人體感知能力極弱。因此，無源被動(dòng)無線定位系 統(tǒng)的精度往往依賴于密集的設(shè)備部署，大量的現(xiàn)場(chǎng)指紋采集等方法。然而這些方法給無源 被動(dòng)定位系統(tǒng)帶來了巨大的開銷，一定程度上限制了無源被動(dòng)無線定位系統(tǒng)的應(yīng)用。為了 取得低開銷、高精度的無源被動(dòng)定位，大量的學(xué)者探索利用無線信道物理層信息來實(shí)現(xiàn)無 源被動(dòng)無線定位。信道狀態(tài)信息是一種常用的、細(xì)粒度的信號(hào)特征，其在一定程度上可以描 述多徑傳播特征，有利于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)高精度的無源被動(dòng)定位。
[0005] 近些年來，隨著WLAN和0FDM方法的快速發(fā)展，基于信道狀態(tài)信息的無源被動(dòng)無線 定位方法被給予了極大的關(guān)注。MonoPHY和Pilot系統(tǒng)率先取得了基于信道狀態(tài)信息的無 源室內(nèi)被動(dòng)定位，MonoPHY甚至可以利用單條通信鏈路實(shí)現(xiàn)大面積的無源被動(dòng)無線定位，這 對(duì)于智能家居、安全防護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展具有巨大的推進(jìn)作用。然而值得注意的是，大量的定 位盲點(diǎn)依然存在感興趣區(qū)域內(nèi)，同時(shí)室內(nèi)無源被動(dòng)定位的精度依然無法達(dá)到令人滿意的程 度。減少定位盲點(diǎn)，提高精度通常采取措施是增加設(shè)備部署密度。這樣又將必然導(dǎo)致系統(tǒng)開 銷的增加。因此為了能實(shí)現(xiàn)利用少量的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)大范圍、無盲點(diǎn)、高精度室內(nèi)無源被動(dòng)定 位，本發(fā)明提出一種增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)定位方法。本發(fā)明通過利用信道狀態(tài)信息來評(píng)估 接收機(jī)敏感度大小以調(diào)整接收機(jī)至高度敏感位置，以此達(dá)到單通信鏈路下最高檢測(cè)和定位 精度。本發(fā)明采用先進(jìn)的貝葉斯定位方法，基于統(tǒng)計(jì)概率理論實(shí)現(xiàn)對(duì)人體位置的定位。通 過以上方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大范圍、高精度的室內(nèi)無源被動(dòng)定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用從普通商業(yè)網(wǎng)卡上獲取的信道狀態(tài)信息來評(píng)估 室內(nèi)多徑信號(hào)變化表現(xiàn)的敏感度，調(diào)整接收機(jī)至高敏感位置，利用貝葉斯定位方法，實(shí)現(xiàn) 對(duì)人體位置的最大概率推斷的增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] (1)離線訓(xùn)練：
[0009] (1. 1)從網(wǎng)卡中采集信號(hào)特征信息；
[0010] (1. 1. 1)從網(wǎng)卡中獲取物理層信號(hào)信道狀態(tài)信息；
[0011] (1. 1. 2)提取數(shù)據(jù)包中每個(gè)子載波的振幅值，所有子載波振幅值集合作為信號(hào)特 征信息；
[0012] (1. 2)計(jì)算接收機(jī)敏感度因子大小，調(diào)整接收機(jī)位置；
[0013] (1. 2. 1)采集一定量靜態(tài)環(huán)境狀態(tài)下的信號(hào)特征信息；
[0014] (1. 2. 2)利用采集的數(shù)據(jù)來計(jì)算接收機(jī)的敏感度因子，如果接收機(jī)敏感度較低則 調(diào)整接收機(jī)位置，重復(fù)步驟（1. 2. 1)，直到獲取較高的接收機(jī)敏感度；
[0015] (1. 3)計(jì)算位置信號(hào)指紋特征，構(gòu)建位置信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫；
[0016] (1. 3. 1)測(cè)試人員站于指定采樣位置，包括無測(cè)試人員存在的情況；
[0017] (1. 3. 2)接收機(jī)采集一定量當(dāng)前狀態(tài)下的信號(hào)特征信息，計(jì)算信號(hào)特征模型參數(shù)， 將其作為位置指紋信號(hào)特征存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中；
[0018] (1. 3. 3)測(cè)試人員更換采樣位置，重復(fù)步驟（1. 3. 2)操作，直到采集完所有采樣位 置對(duì)應(yīng)的信號(hào)指紋特征信息；
[0019] ⑵實(shí)時(shí)定位：
[0020] (2. 1)實(shí)時(shí)采集信號(hào)特征信息；
[0021] (2. 1. 1)從網(wǎng)卡中獲取物理層信號(hào)信道狀態(tài)信息；
[0022] (2. 1. 2)提取數(shù)據(jù)包中每個(gè)子載波的振幅值，所有子載波振幅值集合作為信號(hào)特 征信息；
[0023] (2. 2)實(shí)時(shí)人體出現(xiàn)檢測(cè)；
[0024] (2. 2. 1)實(shí)時(shí)獲取檢測(cè)信號(hào)特征信息；
[0025] (2. 2. 2)根據(jù)靜態(tài)狀態(tài)下的信號(hào)模型，計(jì)算無人出現(xiàn)的概率，如果其概率小于設(shè)定 閾值則進(jìn)行人體定位，否則繼續(xù)步驟（2. 2. 1);
[0026] (2. 3)如果步驟（2. 2)檢測(cè)有人體出現(xiàn)則對(duì)人體進(jìn)行定位，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟 (2. 1)；
[0027] (2. 3. 1)讀取數(shù)據(jù)庫位置信號(hào)指紋信息，計(jì)算檢測(cè)信號(hào)特征對(duì)應(yīng)各個(gè)采樣位置的 概率；
[0028] (2. 3. 2)對(duì)比檢測(cè)信號(hào)在各個(gè)位置處概率大小，最大概率值所對(duì)應(yīng)的位置即為人 體出現(xiàn)的位置。
[0029] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0030] 本發(fā)明提出一個(gè)增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法，該方法可利用信道狀態(tài)信息 來計(jì)算接收機(jī)對(duì)周圍環(huán)境改變的敏感度，通過調(diào)整接收機(jī)位置可達(dá)到較大能力感知環(huán)境變 化。對(duì)于相同設(shè)備、同等規(guī)模定位區(qū)域來說，該方法可以大大降低定位區(qū)域內(nèi)的盲點(diǎn)個(gè)數(shù)， 甚至可以覆蓋更廣的定位區(qū)域內(nèi)或降低設(shè)備使用量，降低系統(tǒng)部署開銷。
[0031] 本發(fā)明通過調(diào)整接收機(jī)至較高的接收機(jī)敏感度可以提高傳統(tǒng)的室內(nèi)無源被動(dòng)定 位精度，能夠取得大規(guī)模定位區(qū)域下的高精度室內(nèi)無源被動(dòng)定位。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法的流程圖；
[0033] 圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法的離線訓(xùn)練 示意圖；
[0034] 圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例提供的增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法的實(shí)時(shí)定位 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0036] 本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法。所述方法包括兩個(gè)階段： 離線訓(xùn)練與實(shí)時(shí)定位。離線訓(xùn)練階段包括：采集信號(hào)特征信息；計(jì)算接收機(jī)敏感度因子大 小，調(diào)整接收機(jī)至高敏感度的位置；計(jì)算位置信號(hào)指紋特征，構(gòu)建位置信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫。實(shí) 時(shí)定位階段包括：實(shí)時(shí)采集環(huán)境信號(hào)特征信息，檢測(cè)人體是否出現(xiàn)；當(dāng)人體出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)行指 紋信號(hào)特征匹配，對(duì)人體進(jìn)行定位。
[0037] 為實(shí)現(xiàn)上訴發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動(dòng)人體定位方法，該方 法實(shí)現(xiàn)包括以下兩個(gè)階段：
[0038] 階段A:離線訓(xùn)練；
[0039] 階段B:實(shí)時(shí)定位；
[0040] 其中階段A包括以下步驟：
[0041] 步驟A1 :從網(wǎng)卡中采集信號(hào)特征信息；
[0042] 步驟A2 :計(jì)算接收機(jī)敏感度因子大小，調(diào)整接收機(jī)位置；
[0043] 步驟A3 :計(jì)算位置信號(hào)指紋特征信息，構(gòu)建位置信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫。
[0044] 階段B包括以下步驟：
[0045] 步驟B1 :實(shí)時(shí)采集信號(hào)特征信息；
[0046] 步驟B2 :實(shí)時(shí)人體出現(xiàn)檢測(cè)；
[0047] 步驟B3 :如果步驟B2檢測(cè)有人體出現(xiàn)則對(duì)人體進(jìn)行定位，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟B2。
[0048] 所述步驟A1中的信號(hào)特征信息是指子載波的振幅信息，其所述提