一种组合阵列测向装置、系统和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111965597A(43)申请公布日2020.11.20(21)申请号202010728675.3(22)申请日2020.07.24(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人田思思郭鹏(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人祝丹晴李智(51)Int.Cl.G01S5/12(2006.01)H04L1/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种组合阵列测向装置、系统和方法(57)摘要本发明公开了一种组合阵列测向装置、系统和方法，属于信号处理领域。本发明在不增加额外的射频链路的情况下，凭借射频开关、控制器等非专用硬件以快速切换射频通道的方式实现了对网卡外接天线阵列的扩展，在常规三通道的WiFi网卡上扩展出M元(M＞3)的天线阵列，轮流切换所有天线的时间可控制在信道相干时间内。通过从网卡中获取WiFi信号中的信道状态信息(CSI)，并根据特定阵型应用相应的空间谱估计算法，以达到对目标进行精确测向的目的。同时，配合采用保持参考天线连通的天线切换策略，解决了不同测量天线组合存在CSI相位差异的问题，保证了组合CSI测量值的有效性，进而提高了测向精度。CN111965597ACN111965597A权利要求书1/1页1.一种组合阵列测向装置，其特征在于，包括配有WiFi网卡的访问接入点、射频开关、天线阵列和控制器，所述天线阵列包括若干天线；所述WiFi网卡的接口通道经所述射频开关与所述天线阵列连接，所述射频开关与所述控制器的GPIO口相连，所述控制器的以太网接口与所述访问接入点连接；所述控制器与所述访问接入点进行通信以获取天线选通信号，并通过所述GPIO口来控制所述射频开关的选通状态，每个射频开关每次选通一根天线连接到对应的WiFi网卡接口通道，从而进行天线切换。2.如权利要求1所述的组合阵列测向装置，其特征在于，所述天线阵列是均匀十字形天线阵列或圆形阵列。3.如权利要求1所述的组合阵列测向装置，其特征在于，所述控制器为单片机。4.一种组合阵列测向系统，其特征在于，包括信号发送端和信号接收端，其中所述信号接收端包括如权利要求1-3任一项所述的组合阵列测向装置。5.基于权利要求4所述组合阵列测向系统的测向方法，其特征在于，包括以下步骤：根据预设的顺序依次切换天线并采集天线的CSI，确保每次切换前后的天线组合中存在一根共同的天线作为参考天线，在信道相干时间内使得所有天线至少被选通一次，从而构成一轮完整测量；利用每次切换前后的参考天线上的CSI相位变化量Δe，对不同天线组合中测量的其它天线进行相位修正；将每轮完整测量中所有天线上的CSI修正值根据阵型进行组合，并将组合后所得的CSI矩阵应用到与所述阵型相应的空间谱估计算法中进行目标测向。6.如权利要求5所述的测向方法，其特征在于，所述CSI修正值为其中，Hi，m为由第i个天线组合中m号天线对应的CSI测量值，φi，m表示相应的CSI相位，Δei为表示每一轮切换中第i个天线组合相对第1个天线组合的相位差。7.如权利要求5所述的测向方法，其特征在于，所述空间谱估计算法为MUSIC算法或最大似然估计法。2CN111965597A说明书1/5页一种组合阵列测向装置、系统和方法技术领域[0001]本发明属于信号处理领域，更具体地，涉及一种组合阵列测向装置、系统和方法。背景技术[0002]基于位置的服务(LBS)已逐渐深入人们的日常生活。但对于卫星定位无法有效工作的室内环境，目前还未形成一套标准的定位技术方案，导致LBS在室内无法进一步开展。智能终端和WiFi网络等技术的普及，极大地扩充了室内定位技术的发展方向。WiFi信号广泛存在于室内空间，包括家庭、商场和交通枢纽等各种场景，是一种较为理想的定位源。[0003]由于多天线阵列能较为准确地估计信号方位角，近些年来在基于WiFi信号的室内定位或跟踪方案中也屡见不鲜。目前已有方案尝试在特殊硬件平台上构建大型天线阵列，并采用阵列信号处理技术，如MUSIC算法和空间平滑技术来进行角度估计。但在基于普通商用WiFi网卡的测向方案中，由于一般只能外接三根天线，使得测向精度受到了限制。有方案尝试级联多张网卡以扩展天线阵列，其本质是增加射频链路从而连接更多天线，但是不同网卡之间需要通过共用一条射频链路来进行时钟同步，造成了射频链路的浪费。且由于计算机平台的限制，并不能扩展任意数目的网卡，从而限制了外接天线的数目。发明内容[0004]针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种组合阵列测向装置、系统和方法，旨在解决现有基于WiFi网卡的测向方案受限于外接天线数量而精度不高的问题。[0005]为实现上述