CN114501315A - 一种基于WiFi的室内定位方法、装置及设备 - Google Patents

一种基于WiFi的室内定位方法、装置及设备 Download PDF

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CN114501315A CN202210324861.XA CN202210324861A CN114501315A CN 114501315 A CN114501315 A CN 114501315A CN 202210324861 A CN202210324861 A CN 202210324861A CN 114501315 A CN114501315 A CN 114501315A
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Abstract

本申请公开了一种基于WiFi的室内定位方法、装置及设备，能够在不需要跳频的情况下，仅利用单个接入点即可实现室内精准定位。该方法包括：首先在预设定位区域内建立坐标系，得到接AP的坐标和布局图，并将目标物体与AP进行时钟同步，以便AP接收目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出CSI，然后根据CSI利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位，并根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率，接着根据0号子载波的模糊相位和子载波模糊相位斜率，计算信号ToF及将ToF乘以光速得到目标物体到AP的距离；进而利用CSI建立频域内的MUSIC算法模型，并计算得到信号的到达角，最后再根据AP的坐标，利用距离和到达角，对目标物体进行定位。

Description

一种基于WiFi的室内定位方法、装置及设备
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于WiFi的室内定位方法、装置及设备。
背景技术
随着人们对于位置需求服务的增加，出现了越来越多的定位技术，特别是室内定位领域。但由于室内全球定位***(Global Position System，简称GPS)信号被遮挡，GPS在室内几乎无法使用，而室内定位对精度的要求又相对比较高，因此，室内定位已经成为了研究的热门领域。
目前室内定位技术主要包括：基于接收信号强度(Received Signal Strength，简称RSS)的室内定位技术、基于信号到达角(Angle of Arrival，简称AoA)的室内定位技术、基于飞行时间(Time of Flight,简称ToF)的室内定位技术、基于运动传感器的室内定位技术等，这些技术虽然在一些特殊的场景下可以取得不错的效果，但是仍有各自的不足。为了解决这些不足，在近年的研究中，人们逐渐意识到信道状态信息(Channel StateInformation，简称CSI)的优势，相比于传统的基于RSS的室内定位技术，由于CSI的细粒度特性，它能够更细致的刻画无线信道，使得基于CSI的室内定位技术可以到达更高的定位精度，但是，由于载波相位存在整周模糊，因此，直接采集到的CSI相位并不能直接使用，而目前主要是通过跳频的方式来解决此类问题，通过拼接不同信道的CSI信息，以此来解决整周模糊度的问题，但是此类技术需要精准的跳频，复杂度较高、成本较高，不利于大规模推广使用。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提供一种基于WiFi的室内定位方法、装置及设备，能够在不需要跳频的情况下，仅利用单个接入点即可实现室内精准定位。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于WiFi的室内定位方法，包括：
在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与所述AP进行时钟同步，以便所述AP接收所述目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出信道状态信息CSI；
根据所述CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位；
根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率；
根据所述0号子载波的模糊相位和所述子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF；
将所述ToF乘以光速，得到所述目标物体到所述AP的距离；
利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到所述信号的到达角；
根据所述AP的坐标，利用所述距离和所述到达角，对所述目标物体进行定位，得到所述目标物体的位置。
可选的，所述根据所述CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位，包括：
计算所述CSI中除0号子载波外各个子载波的相位值；
利用三次样条插值拟合计算出0号子载波的模糊相位值。
可选的，所述根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率，包括：
利用所述CSI，提取出其中正交频分复用OFDM码元的所有子载波相位，并恢复子载波相位之间的线性关系，以得到子载波的模糊相位斜率。
可选的，所述利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到所述信号的到达角，包括：
利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型；
利用所述CSI的测量矩阵计算协方差矩阵；
对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间；
利用所述信号子空间和噪声子空间的正交性，建立谱峰搜索公式以进行角度搜索；
根据尖峰位置查找角度的极大值，作为所述信号的到达角。
第二方面，本申请实施例还提供了一种基于WiFi的室内定位装置，包括：
同步单元，用于在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与所述AP进行时钟同步，以便所述AP接收所述目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出信道状态信息CSI；
拟合单元，用于根据所述CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位；
获得单元，用于根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率；
第一计算单元，用于根据所述0号子载波的模糊相位和所述子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF；
相乘单元，用于将所述ToF乘以光速，得到所述目标物体到所述AP的距离；
第二计算单元，用于利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到所述信号的到达角；
定位单元，用于根据所述AP的坐标，利用所述距离和所述到达角，对所述目标物体进行定位，得到所述目标物体的位置。
可选的，所述拟合单元包括：
第一计算子单元，用于计算所述CSI中除0号子载波外各个子载波的相位值；
第二计算子单元，用于利用三次样条插值拟合计算出0号子载波的模糊相位值。
可选的，所述获得单元具体用于：
利用所述CSI，提取出其中正交频分复用OFDM码元的所有子载波相位，并恢复子载波相位之间的线性关系，以得到子载波的模糊相位斜率。
可选的，所述第二计算单元包括：
第一建立子单元，用于利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型；
第三计算子单元，用于利用所述CSI的测量矩阵计算协方差矩阵；
分解子单元，用于对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间；
第二建立子单元，用于利用所述信号子空间和噪声子空间的正交性，建立谱峰搜索公式以进行角度搜索；
查找子单元，用于根据尖峰位置查找角度的极大值，作为所述信号的到达角。
本申请实施例还提供了一种基于WiFi的室内定位设备，包括：处理器、存储器、***总线；
所述处理器以及所述存储器通过所述***总线相连；
所述存储器用于存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当被所述处理器执行时使所述处理器执行上述基于WiFi的室内定位方法中的任意一种实现方式。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行上述基于WiFi的室内定位方法中的任意一种实现方式。
本申请实施例提供的一种基于WiFi的室内定位方法、装置及设备，首先在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与AP进行时钟同步，以便AP接收目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出CSI，然后，根据CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位，并根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率，接着，根据0号子载波的模糊相位和子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF，以及将ToF乘以光速，得到目标物体到AP的距离；进而再利用CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到信号的到达角，最后再根据AP的坐标，利用距离和到达角，对目标物体进行定位，得到目标物体的位置。从而能够在不需要跳频的情况下，仅利用单个接入点即可实现室内精准定位，适用于各种室内定位场景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于WiFi的室内定位方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的根据0号子载波的模糊相位和子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于WiFi的室内定位装置的组成示意图。
具体实施方式
目前在一些室内定位方法中，可以获取WiFi信号的信道状态信息(Channel StateInformation,CSI)并通过WiFi中经常使用的频道的拼接得到了200MHz带宽信号的功率时延谱(Power Delay Profile,简称PDP)并将其用于测距。由于噪声等因素对信号的幅值影响较大，并且网卡中普遍存在的自动增益控制(Automatic Gain Control,简称AGC)也会直接影响信号的幅值，因此最高能够获得2米的测距精度。
对于WiFi信号幅值上的缺陷，有专家人员提出了Chronos***，该***使用CSI的相位进行精确距离估计，而PDP只用来估计直射径。原理是基于信号的载波相位受到AGC以及环境噪声等因素的影响较小，并且有着很高的分辨率。例如，对于使用2.4GHz载波的WiFi信号，其载波的波长为12.5厘米，也就是说，如果能够准确估计其载波相位，得到的距离的分辨率是12.5厘米。该定位方法首先利用PDP以及非均匀傅里叶变换实现了直射径的判断，并通过多个频点的准确相位结合中国剩余定理求解相位的整周模糊度。从而能够获得分米级的测距精度和定位精度，这充分说明了使用载波相位来估计飞行时间的可行性。
但以上两种基于飞行时间的测距定位技术都需要通过跳频来获得多个频道的CSI信息，需要专门的硬件设备进行支撑，不适用于商业设备，成本较高，并且Chronos***还需要收发两端实现双向通信来消除CSI中相位的误差，现有的WiFi协议也不能提供很好的支持，需要进一步对硬件底层协议进行修改，不利于大规模商用。
为解决上述缺陷，本申请实施例提供了一种基于WiFi的室内定位方法，首先在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与AP进行时钟同步，以便AP接收目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出CSI，然后，根据CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位，并根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率，接着，根据0号子载波的模糊相位和子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF，以及将ToF乘以光速，得到目标物体到AP的距离；进而再利用CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到信号的到达角，最后再根据AP的坐标，利用距离和到达角，对目标物体进行定位，得到目标物体的位置。从而能够在不需要跳频的情况下，仅利用单个接入点即可实现室内精准定位，适用于各种室内定位场景。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
第一实施例
参见图1，为本实施例提供的一种基于WiFi的室内定位方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
S101：在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与AP进行时钟同步，以便AP接收目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出信道状态信息CSI。
在本实施例中，将需要利用本申请实现精准定位的任一室内物体定义为目标物体，为了实现对目标物体的精准定位，首先需要在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点(Access Point，简称AP)的坐标和布局图，然后将目标物体与AP进行时钟同步，以消除信道状态信息(Channel State Information，简称CSI)载波相位采集过程中收发两端时钟不一致产生的载波频率偏移(Carrier Frequency Offset，简称CFO)和采样频率偏移(SamplingFrequency Offset，简称SFO)误差。
然后再配置无线局域网后，可以利用目标物体在信号功率范围内任意位置上发射数据，以便AP接收目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出CSI。
S102：根据CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位。
在本实施例中，通过步骤S101提取出CSI后，进一步可以根据得到的CSI信息，利用三次样条插值拟合恢复出其中0号子载波的相位，最终得到模糊的0号子载波相位。
一种可选的实现方式是，本步骤S102的具体实现过程可以包括下述步骤A1-A2：
步骤A1：计算CSI中除0号子载波外各个子载波的相位值。
步骤A2：利用三次样条插值拟合计算出0号子载波的模糊相位值。
具体来讲，在本实现方式中，在实际接收WiFi数据包的过程中，空中传播信道hi和接收机最后的测量信道
Figure BDA0003572973540000071
有差别，原因在于
Figure BDA0003572973540000072
要多出包检测时延(Power Delay Detection，PDD)的时间。PDD产生的原因是接收机是通过一个数据包的前几个样本的能量和来判断数据包是否到来。当接收到数据包前一部分样本值大于能量检测门限时，判定当前有WiFi数据包到来，因此引入包检测时延。虽然PDD看起来较小，但是远远大于ToF的值，尤其是在室内环境中，ToF只有数十纳秒的情况。因此计算出PDD对于正确地估计ToF和距离十分关键。
因此，为了得到真实的传播时延(Time of Flight，ToF)，要从同时包含PDD和ToF的测量信道
Figure BDA0003572973540000073
中提取出真实信道hi。而由于WiFi采用的是正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)***，即WiFi数据包的比特数据在频域上由OFDM子载波进行传输。也就是说无线信道hi可以在每个子载波上进行测量。因此有如下结论：
WiFi的0号子载波处的测量信道不包含PDD的影响，也就是说通过0号子载波测得的信道是真实的信道，只包含ToF。
证明如下：
1)、理论上，无线信道h可表示为：
h＝ae-j2πfτ (1)
其中，a表示信号幅度，f表示频率，τ表示信号传播时延。而此信道的相位可表示为：
∠h＝-2πfτmod 2π (2)
令当前WiFi频率带宽为i，
Figure BDA0003572973540000081
代表第k个OFDM子载波，频率为fi,k。则由公式(2)可得此频率对应的相位值为：
∠hi,k＝-2πfi,kτmod 2π (3)
其中，τ表示信号ToF。
2)、在WiFi信号到达接收机时，由于包检测时延造成的额外相位偏移为：
Δi,k＝-2π(fi,k-fi,0)δi (4)
其中，δi表示包检测时延。
因此，在k号子载波处总的测量信道相位为：
Figure BDA0003572973540000082
由公式(5)可知当k＝0时Δi,k＝-2π(fi,k-fi,0)δi＝0。也就是说，OFDM的0号子载波处的信道相位值与真实信道的0号子载波相位值相同。
因此，可得到理论上位于0号子载波的相位值为：
Figure BDA0003572973540000083
其中，fc表示0号子载波处的频率，τ表示信号ToF。
另外一个问题在于：由于0号子载波处混叠了硬件的直流信号并且较难移除，所以WiFi发射机在0号子载波不传输数据，也就意味着0号子载波处的相位值不能被直接测量。而由于OFDM的子载波相位是连续的，所以利用其余的子载波相位值，通过三次样条差值拟合的方法恢复出0号子载波的相位。最后得到模2π的模糊0号子载波相位值。
S103：根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率。
在本实施例中，通过步骤S101提取出CSI后，进一步可以利用采集到的CSI信息，提取出其中OFDM码元的所有子载波相位，并恢复子载波相位之间的线性关系，从而得到子载波的模糊斜率关系，用以执行后续步骤S104。
具体来讲，由IEEE 802.11n协议以及OFDM***原理可知，由于相同频带下不同的OFDM子载波经历了相同的ToF，所以两个不同子载波m和n的相位差Δm,n为：
Δm,n＝-2π·(fm-fn)·τmod 2π (7)
其中，fm和fn分别表示通带中子载波m和n的频率值。
当两个连续子载波之间的相位差大于2π时才会出现两个连续子载波相位模糊的情况，但是在日常的室内环境中，WiFi的传播时延要远远小于这个值。在此条件下，公式(7)可变为：
Δm,n＝-2π·(fm-fn)·τ (8)
可将公式(8)转换成如下形式：
φm＝φ0-2π·k·fs·τ (9)
其中，φm表示第m号子载波的相位，k表示子载波的编号，范围从0到53。φ0表示第一个子载波的相位，fs表示两个连续子载波之间的频率间隔。
从上式中可以观察到子载波的相位和编号之间存在明显的线性关系，所以可以通过拟合公式(9)的相位斜率来得到ToF。将k作为自变量，则可得相位斜率s为：
s＝-2π·fs·τ (10)
由于此代表ToF的CSI相位斜率最大分辨率只和采样周期Ts有关，所以将公式(10)转换为：
s＝-2π·fs·(τmod Ts) (11)
最终得到了模糊的子载波相位斜率值。
S104：根据0号子载波的模糊相位和子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF。
在本实施例中，通过步骤S102计算出0号子载波的模糊相位，以及通过步骤S103得到子载波模糊相位斜率后，进一步可以根据0号子载波的模糊相位和子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF，比如，可以通过中国剩余定理(Chinese RemainderTheorem，CRT)计算出真实的信号传播时延ToF，如图2所示，用以执行后续步骤S105。
具体来讲，从上述公式(6)和(11)可以看出，0号子载波相位和CSI相位斜率都有模糊，因此都不能代表信号真实的ToF。又因为0号子载波的模糊为中心频率fc，相位斜率的模糊为采样周期Ts，Ts和带宽有关，一般是20M或40M。并且Ts不是
Figure BDA0003572973540000091
的整数倍，所以上述两个等式可以用中国剩余定理来联立解出ToF。在测距过程中首先得到初始的相位斜率模糊值和0号子载波模糊相位值，并结合下述公式(12)利用中国剩余定理来求解真实的ToF：
Figure BDA0003572973540000101
S105：将ToF乘以光速，得到目标物体到AP的距离。
在本实施例中，若通过步骤S104计算出真实的信号传播时延ToF后，进一步可以ToF乘以光速，得到目标物体到AP的距离，用以执行后续步骤S107。
S106：利用CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到信号的到达角。
在本实施例中，通过步骤S101提取出CSI后，进一步可以利用多个天线上载波的CSI信息建立起频域上的MUSIC算法模型，得到入射信号的到达角(Angle of Arrival，简称AOA)，用以执行后续步骤S107。
一种可选的实现方式是，本步骤S106的具体实现过程可以包括下述步骤B1-B5：
步骤B1：利用CSI建立起频域内的MUSIC算法模型。
步骤B2：利用CSI的测量矩阵计算协方差矩阵。
步骤B3：对协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间。
步骤B4：利用信号子空间和噪声子空间的正交性，建立谱峰搜索公式以进行角度搜索。
步骤B5：根据尖峰位置查找角度的极大值，作为信号的到达角。
具体来讲，在本实现方式中，结合子载波的信道状态信息CSI建立频域上的MUSCI算法模型。在室内环境中，信号会因为受到物体反射而导致多径传播，每条路径上的信号在传播时会经历不同的衰减和传播时延。根据经典信道模型理论，信道冲击响应(ChannelImpulse Response，简称CIR)可以表示为：
Figure BDA0003572973540000102
其中，L表示路径个数，αi和τi分别表示第i条路径的路径系数与传播时延。对CIR进行傅里叶变换(Fourier Transform，FT)可以得到CFR，表示为
Figure BDA0003572973540000103
在本实施例中采集到的各子载波的CSI值相当于OFDM信号的CFR的一组离散采样值，根据CSI值可以建立如公式(14)所示的多径传播模型，也就是说，可以通过CSI值建立起MUSIC算法模型。以三天线为例，因此相应的CSI测量矩阵为：
Figure BDA0003572973540000111
其中，矩阵的维度为3×n，每一行表示一个天线上测量到的n个子载波的CSI值，AP每接收到一个数据包就可以得到一个CSI测量矩阵。根据多径传播模型(14)式可以知道每一个子载波上CSI值的具体表达式：
Figure BDA0003572973540000112
通过简单的数学变换，可以得到如下的形式：
Figure BDA0003572973540000113
从上述公式(17)可以看出利用3根天线上的k号子载波的CSI信息就可以建立频域上的一维MUSIC算法模型了。等号右边第一项为信号的导向矢量矩阵A＝[a(θ1),a(θ2),...,a(θL)]，其中对于每根天线上剩余的n-1个子载波同样可以建立MUSIC算法模型。
具体步骤如下：
1)、令CSI测量矩阵为X，利用CSI测量矩阵可得到协方差矩阵Rxx；
Figure BDA0003572973540000114
2)、对协方差矩阵Rxx进行特征值分解，得到：
Figure BDA0003572973540000115
其中，U表示由特征向量组成的矩阵，Γ表示由特征值组成的对角矩阵，对特征值进行从大到小的排列，从排列的结果中取前L个特征值对应的特征向量组成信号矩阵Us，剩下的特征值对应的特征向量组成噪声矩阵UN。
3)、由于较大特征值张成的信号子空间和阵列流型矩阵张成的信号子空间是相等的，利用信号子空间与噪声子空间的正交性，即有：
a(θ)HUn＝0 (20)
4)、根据MUSIC算法的谱峰搜索公式搜索极大值：
Figure BDA0003572973540000121
5)、得到极大值，极大值所对应的角度即为到达角θ。
S107：根据AP的坐标，利用距离和到达角，对目标物体进行定位，得到目标物体的位置。
在本实施例中，通过步骤S105得到目标物体到AP的距离，以及通过步骤S106得到信号的到达角后，进一步可以根据AP的坐标，利用得到的距离和到达角，对目标物体进行定位，即，实现对目标物体的位置进行估计，以得到目标物体的位置，具体计算公式如下：
Figure BDA0003572973540000122
其中，d表示目标物体到AP的距离；θ表示信号的到达角；(xAP,yAP)表示AP坐标；(x,y)表示获得的目标物体的位置。
综上，本实施例提供的一种基于WiFi的室内定位方法，首先在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与AP进行时钟同步，以便AP接收目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出CSI，然后，根据CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位，并根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率，接着，根据0号子载波的模糊相位和子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF，以及将ToF乘以光速，得到目标物体到AP的距离；进而再利用CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到信号的到达角，最后再根据AP的坐标，利用距离和到达角，对目标物体进行定位，得到目标物体的位置。从而能够在不需要跳频的情况下，仅利用单个接入点即可实现室内精准定位，适用于各种室内定位场景。
第二实施例
本实施例将对一种基于WiFi的室内定位装置进行介绍，相关内容请参见上述方法实施例。
参见图3，为本实施例提供的一种基于WiFi的室内定位装置的组成示意图，该装置包括：
同步单元301，用于在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与所述AP进行时钟同步，以便所述AP接收所述目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出信道状态信息CSI；
拟合单元302，用于根据所述CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位；
获得单元303，用于根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率；
第一计算单元304，用于根据所述0号子载波的模糊相位和所述子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF；
相乘单元305，用于将所述ToF乘以光速，得到所述目标物体到所述AP的距离；
第二计算单元306，用于利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到所述信号的到达角；
定位单元307，用于根据所述AP的坐标，利用所述距离和所述到达角，对所述目标物体进行定位，得到所述目标物体的位置。
在本实施例的一种实现方式中，所述拟合单元302包括：
第一计算子单元，用于计算所述CSI中除0号子载波外各个子载波的相位值；
第二计算子单元，用于利用三次样条插值拟合计算出0号子载波的模糊相位值。
在本实施例的一种实现方式中，所述获得单元303具体用于：
利用所述CSI，提取出其中正交频分复用OFDM码元的所有子载波相位，并恢复子载波相位之间的线性关系，以得到子载波的模糊相位斜率。
在本实施例的一种实现方式中，所述第二计算单元306包括：
第一建立子单元，用于利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型；
第三计算子单元，用于利用所述CSI的测量矩阵计算协方差矩阵；
分解子单元，用于对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间；
第二建立子单元，用于利用所述信号子空间和噪声子空间的正交性，建立谱峰搜索公式以进行角度搜索；
查找子单元，用于根据尖峰位置查找角度的极大值，作为所述信号的到达角。
综上，本实施例提供的一种基于WiFi的室内定位装置，首先在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与AP进行时钟同步，以便AP接收目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出CSI，然后，根据CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位，并根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率，接着，根据0号子载波的模糊相位和子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF，以及将ToF乘以光速，得到目标物体到AP的距离；进而再利用CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到信号的到达角，最后再根据AP的坐标，利用距离和到达角，对目标物体进行定位，得到目标物体的位置。从而能够在不需要跳频的情况下，仅利用单个接入点即可实现室内精准定位，适用于各种室内定位场景。
进一步地，本申请实施例还提供了一种基于WiFi的室内定位设备，包括：处理器、存储器、***总线；
所述处理器以及所述存储器通过所述***总线相连；
所述存储器用于存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当被所述处理器执行时使所述处理器执行上述基于WiFi的室内定位方法的任一种实现方法。
进一步地，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行上述基于WiFi的室内定位方法的任一种实现方法。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于WiFi的室内定位方法，其特征在于，包括：
在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与所述AP进行时钟同步，以便所述AP接收所述目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出信道状态信息CSI；
根据所述CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位；
根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率；
根据所述0号子载波的模糊相位和所述子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF；
将所述ToF乘以光速，得到所述目标物体到所述AP的距离；
利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到所述信号的到达角；
根据所述AP的坐标，利用所述距离和所述到达角，对所述目标物体进行定位，得到所述目标物体的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位，包括：
计算所述CSI中除0号子载波外各个子载波的相位值；
利用三次样条插值拟合计算出0号子载波的模糊相位值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率，包括：
利用所述CSI，提取出其中正交频分复用OFDM码元的所有子载波相位，并恢复子载波相位之间的线性关系，以得到子载波的模糊相位斜率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到所述信号的到达角，包括：
利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型；
利用所述CSI的测量矩阵计算协方差矩阵；
对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间；
利用所述信号子空间和噪声子空间的正交性，建立谱峰搜索公式以进行角度搜索；
根据尖峰位置查找角度的极大值，作为所述信号的到达角。
5.一种基于WiFi的室内定位装置，其特征在于，包括：
同步单元，用于在预设定位区域内建立坐标系，得到接入点AP的坐标和布局图，并将目标物体与所述AP进行时钟同步，以便所述AP接收所述目标物体在信号功率范围内发射的数据并提取出信道状态信息CSI；
拟合单元，用于根据所述CSI，利用三次样条插值拟合估计出0号子载波的模糊相位；
获得单元，用于根据子载波相位之间的线性关系，得到子载波模糊相位斜率；
第一计算单元，用于根据所述0号子载波的模糊相位和所述子载波模糊相位斜率，计算出真实的信号传播时延ToF；
相乘单元，用于将所述ToF乘以光速，得到所述目标物体到所述AP的距离；
第二计算单元，用于利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型，并计算得到所述信号的到达角；
定位单元，用于根据所述AP的坐标，利用所述距离和所述到达角，对所述目标物体进行定位，得到所述目标物体的位置。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述拟合单元包括：
第一计算子单元，用于计算所述CSI中除0号子载波外各个子载波的相位值；
第二计算子单元，用于利用三次样条插值拟合计算出0号子载波的模糊相位值。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获得单元具体用于：
利用所述CSI，提取出其中正交频分复用OFDM码元的所有子载波相位，并恢复子载波相位之间的线性关系，以得到子载波的模糊相位斜率。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元包括：
第一建立子单元，用于利用所述CSI建立起频域内的MUSIC算法模型；
第三计算子单元，用于利用所述CSI的测量矩阵计算协方差矩阵；
分解子单元，用于对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间；
第二建立子单元，用于利用所述信号子空间和噪声子空间的正交性，建立谱峰搜索公式以进行角度搜索；
查找子单元，用于根据尖峰位置查找角度的极大值，作为所述信号的到达角。
9.一种基于WiFi的室内定位设备，其特征在于，包括：处理器、存储器、***总线；
所述处理器以及所述存储器通过所述***总线相连；
所述存储器用于存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当被所述处理器执行时使所述处理器执行权利要求1-4任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行权利要求1-4任一项所述的方法。
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