計(jì)算其在每個(gè)位置處先驗(yàn)概率：
[0100]
[0101] 假設(shè)每個(gè)位置是平等的，且檢測信號獨(dú)立與位置。則公式（12)可簡化為：
[0102]
[0103] 通過計(jì)算所有位置的先驗(yàn)概率后，可計(jì)算獲取擁有最大先驗(yàn)概率的位置，即人體 最可能所在的位置。為了增強(qiáng)定位評估的魯棒性，可將公式（13)與時(shí)間窗口機(jī)制相結(jié)合， 通過對窗口內(nèi)檢測結(jié)果的投票決策來給出最后的人體定位結(jié)果。
[0104]圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的增強(qiáng)性室內(nèi)無源被動人體定位的離線訓(xùn)練示意 圖。信號發(fā)射機(jī)（TX)采用目前應(yīng)用最為普及的商用無線路由器（AP)，而信號接收機(jī)（RX) 為商用電腦，該電腦上配置有IntelNIC5300網(wǎng)卡，支持802.lln協(xié)議，安裝Linux操作系 統(tǒng)和LinuxCSITool工具。LinuxCSITool包含針對IntelNIC5300網(wǎng)卡的一款驅(qū)動 程序iwlwifi，它可以獲取0FDM系統(tǒng)中30個(gè)子載波的信道響應(yīng)信息，并能夠以信道狀態(tài)信 息（CSI)形式提交給相應(yīng)程序進(jìn)行處理。信號發(fā)射機(jī)和信號接收機(jī)一般被固定在離地面高 度1. 2m的位置，這樣能更準(zhǔn)確的對人體的出現(xiàn)進(jìn)行檢測和定位。信號接收機(jī)以一定速率 (例如設(shè)定為每秒鐘20個(gè)數(shù)據(jù)包）向信號發(fā)射機(jī)發(fā)送ICMP請求報(bào)文，然后信號接收機(jī)利用 LinuxCSITool驅(qū)動從信號發(fā)射機(jī)的應(yīng)答包中獲取CSI信息，并實(shí)時(shí)收集CSI信息。系統(tǒng) 部署期間，測試人員應(yīng)首先對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括ICMP包發(fā)送速率參數(shù)等相應(yīng)信息。
[0105]當(dāng)設(shè)備部署完成后，系統(tǒng)采集信道狀態(tài)信息。安裝人員開啟標(biāo)準(zhǔn)信號特征采集功 能，并確保監(jiān)測區(qū)域內(nèi)無人出現(xiàn)。接收機(jī)會以20Hz的頻率向發(fā)射機(jī)發(fā)射ICMP報(bào)文，接收機(jī) 通過網(wǎng)卡固件獲取信道狀態(tài)信息，該信道狀態(tài)信息上傳到用戶態(tài)。檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊 接收機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)后，利用CSITool工具提取信號特征。系統(tǒng)會自動計(jì)算天線上信號特 征中每個(gè)子載波的振幅，并將其存儲在緩沖區(qū)中。采集過程大概需要5分鐘左右。系統(tǒng)將 會提取緩沖區(qū)內(nèi)每個(gè)數(shù)據(jù)包的信號特征，計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)包的信號特征變異系數(shù)，將其存入 內(nèi)存數(shù)組中。當(dāng)提取所有的數(shù)據(jù)包的變異系數(shù)后，系統(tǒng)按照圖1中步驟102的方法計(jì)算出 檢測系統(tǒng)在此場景下的敏感度因子。測試人員判斷該位置下接收機(jī)是否具有高敏感度，如 果接收機(jī)敏感度較低則調(diào)整接收機(jī)位置，重新測定敏感度因子，否則固定接收機(jī)位置。
[0106]當(dāng)完成了接收機(jī)位置選定后，系統(tǒng)開啟離線訓(xùn)練功能。當(dāng)環(huán)境中無人體存在時(shí)，接 收機(jī)以每秒20Hz的頻率向接收機(jī)發(fā)送ICMP包，并從網(wǎng)卡中獲取信道信息。當(dāng)檢測系統(tǒng)接 收到信道信息后，利用CSITool工具提取數(shù)據(jù)包的信號特征，并將其存入到時(shí)間窗口緩沖 區(qū)中。當(dāng)緩沖區(qū)被填滿后，系統(tǒng)讀取緩沖區(qū)內(nèi)所有的信號特征，求其接收機(jī)天線上每個(gè)子載 波的振幅均值和標(biāo)準(zhǔn)差。然后將其存入到位置指紋特征數(shù)據(jù)庫中。測試人員站立于采用位 置處，重復(fù)無人情況下信號模型參數(shù)提取過程，直到采集完所有采用位置的信號特征指紋 信息。
[0107] 圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例提供的增強(qiáng)性室內(nèi)無源被動人體定位的實(shí)時(shí)定位示意 圖。信號發(fā)射機(jī)（TX)采用目前應(yīng)用最為普及的商用無線路由器（AP)，而信號接收機(jī)（RX) 為商用電腦，該電腦上配置有IntelNIC5300網(wǎng)卡，支持802.lln協(xié)議，安裝Linux操作系 統(tǒng)和LinuxCSITool工具。LinuxCSITool包含針對IntelNIC5300網(wǎng)卡的一款驅(qū)動 程序iwlwifi，它可以獲取0FDM系統(tǒng)中30個(gè)子載波的信道響應(yīng)信息，并能夠以信道狀態(tài)信 息（CSI)形式提交給相應(yīng)程序進(jìn)行處理。信號發(fā)射機(jī)和信號接收機(jī)一般被固定在離地面高 度1. 2m的位置，這樣能更準(zhǔn)確的對人體的出現(xiàn)進(jìn)行檢測和定位。信號接收機(jī)以一定速率 (例如設(shè)定為每秒鐘20個(gè)數(shù)據(jù)包）向信號發(fā)射機(jī)發(fā)送ICMP請求報(bào)文，然后信號接收機(jī)利用 LinuxCSITool驅(qū)動從信號發(fā)射機(jī)的應(yīng)答包中獲取CSI信息，并實(shí)時(shí)將收集的CSI信息。 系統(tǒng)部署期間，測試人員應(yīng)首先對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括ICMP包發(fā)送速率等相應(yīng)信息。
[0108]當(dāng)設(shè)定完系統(tǒng)參數(shù)后，系統(tǒng)開啟實(shí)時(shí)定位功能。接收機(jī)以每秒20Hz的頻率向接收 機(jī)發(fā)送ICMP包，并從網(wǎng)卡中獲取信道信息。當(dāng)檢測系統(tǒng)接收到信道信息后，利用CSITool 工具提取數(shù)據(jù)包的信號特征，并將其存入到時(shí)間窗口緩沖區(qū)中。當(dāng)緩沖區(qū)被填滿后，系統(tǒng)讀 取緩沖區(qū)內(nèi)所有的信號特征。計(jì)算每個(gè)子載波振幅在無人存在情況下的先驗(yàn)概率，如果所 有子載波的先驗(yàn)概率值都大于置信概率則判斷無人存在。當(dāng)時(shí)間窗口內(nèi)超過一半的數(shù)據(jù)包 的檢測結(jié)果是無人存在的情況下系統(tǒng)繼續(xù)采集下一輪信號特征，否則開啟人體定位功能。 當(dāng)檢測模塊判定有人體存在時(shí)，系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)庫中每個(gè)位置的指紋特征到內(nèi)存，然后計(jì)算 檢測信號特征在每個(gè)位置處的先驗(yàn)概率值。然后對比所有位置處的先驗(yàn)概率值，找到最大 先驗(yàn)概率對應(yīng)的位置，最后時(shí)間窗口內(nèi)最多數(shù)量對應(yīng)的位置即為定位結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動人體定位方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 離線訓(xùn)練： (1.1) 從網(wǎng)卡中采集信號特征信息； (1.1.1) 從網(wǎng)卡中獲取物理層信號信道狀態(tài)信息； (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特征信 息； (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； (1. 2. 1)采集一定量靜態(tài)環(huán)境狀態(tài)下的信號特征信息； (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； (1. 3)計(jì)算位置信號指紋特征，構(gòu)建位置信號指紋數(shù)據(jù)庫； (1. 3. 1)測試人員站于指定采樣位置，包括無測試人員存在的情況； (1. 3. 2)接收機(jī)采集一定量當(dāng)前狀態(tài)下的信號特征信息，計(jì)算信號特征模型參數(shù)，將其 作為位置指紋信號特征存儲于數(shù)據(jù)庫中； (1. 3. 3)測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 應(yīng)的信號指紋特征信息； (2) 實(shí)時(shí)定位： (2. 1)實(shí)時(shí)采集信號特征信息； (2. I. 1)從網(wǎng)卡中獲取物理層信號信道狀態(tài)信息； (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特征信 息； (2. 2)實(shí)時(shí)人體出現(xiàn)檢測； (2. 2. 1)實(shí)時(shí)獲取檢測信號特征信息； (2. 2. 2)根據(jù)靜態(tài)狀態(tài)下的信號模型，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); (2. 3)如果步驟（2. 2)檢測有人體出現(xiàn)則對人體進(jìn)行定位，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟（2. 1); (2. 3. 1)讀取數(shù)據(jù)庫位置信號指紋信息，計(jì)算檢測信號特征對應(yīng)各個(gè)采樣位置的概 率； (2. 3. 2)對比檢測信號在各個(gè)位置處概率大小，最大概率值所對應(yīng)的位置即為人體出 現(xiàn)的位置。
【專利摘要】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)無源被動人體定位方法。本發(fā)明包括：(1)離線訓(xùn)練；(2)實(shí)時(shí)定位。本發(fā)明提出一個(gè)增強(qiáng)型室內(nèi)無源被動人體定位方法，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。
【IPC分類】H04W64/00
【公開號】CN104883732
【申請?zhí)枴緾N201510175587
【發(fā)明人】楊武, 宮良一, 王巍, 苘大鵬, 玄世昌, 申國偉
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月14日