[发明专利]基于Capon波束形成定位方法及装置

权利要求书

1.一种基于Capon波束形成定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在待定位区域内部署K个beacon点构成信号接收阵列；

S2、由M个无线移动设备构成M个信号点，M个无线移动设备与步骤S1构成的信号接收阵列直接进行通信；

S3、利用信号接收阵列输出的信号矩阵计算协方差矩阵

S4、求解线性约束最小方差准则的约束优化问题，计算最佳权向量；

S5、利用Capon波束形成算法构造谱函数，搜索出谱函数的M个最大谱峰，从而计算出波达方向，定位出M个信号点的地理位置，M个无线移动设备将与其对应的信号点的地理位置和Mac地址传输到无线网关，由无线网关传输到云端监控中心；步骤S5中，谱函数是对波束形成器的输出利用最小二乘法即得到Capon估计出的空间谱：

其中，a_t(θ)为发射信号的阵向导量，a_r(θ)为接收阵列导向矢量，T为转置，*表示共轭，H表示共轭转置，X、 S分别为接收和发射信号，R_ss是M个信号点样本斜方差矩阵，

S6、当M个无线移动设备移动到其他的位置时，重复执行步骤S2～S4，得到M个无线移动设备的新的地址位置；

S7、云端监控中心找出具有相同Mac地址的2个不同的地理位置，进行路线规划，并发送给无线移动设备，实现室内定位。

2.如权利要求1所述的基于Capon波束形成定位方法，其特征在于：步骤S4中，应用拉格朗日乘子法求解最佳权向量：

其中，为接收信号相关矩阵求逆，H表示共轭转置，a_r(θ)为接收阵列导向矢量，a_r(θ)＝exp[j2πd(i-1)sinθ]，式中，θ为入射角，d为信号间距，K为beacon点的数量，j为根号-1的虚数。

3.如权利要求1所述的基于Capon波束形成定位方法，其特征在于：步骤S5中，两个发射信号之间存在相关性时，将相关信号进行线性变换，获得独立的充分统计量为

其中，为充分统计量矩阵，式中，K为beacon点的数量，因此非正交发射信号S是正交信号的线性变换，矩阵U和矩阵Λ分别是发射非正交信号的样本协方差矩阵的特征值所构成的对角矩阵和对应的归一化特征向量构成的酉矩阵；vec是将经过匹配滤波后的噪声分量按列重排为一个列向量，为联合导向矢量。

4.如权利要求3所述的基于Capon波束形成定位方法，其特征在于：发射信号间的相关性由信号相关系数判断，信号相关系数为：

其中，s_i(t)s_j(t)分别表示第i j个发射信号，*表示共轭，

由Schwartz不等式可知|ρ_ij|＜1，E为求期望，根据其取值的不同，信号之间的相关性定义如下：

5.如权利要求1-3任一项所述的基于Capon波束形成定位方法，其特征在于：步骤S5中，当阵列信号的方向向量存在偏差时，重写具有鲁棒Capon算法的代价函数为：

其中，为假定的方向向量，∈_r为任意小的变量，T为转置。

6.如权利要求5所述的基于Capon波束形成定位方法，其特征在于：根据拉格朗日定理得到新的方向矢量为：

其中，γ为方向向量扰动，I为单位向量，c为矩阵补集。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述的基于Capon波束形成算法的室内定位方法的装置，其特征在于：包括K个beacon点构成信号接收阵列、无线网关、M个无线移动设备、云端监控中心；所述K个beacon点构成信号接收阵列分布在待定位区域内，M个无线移动设备与信号接收阵列之间为无线通信；无线移动设备通过无线接口与无线网关连接；无线网关发送信息传输到云端控制中心，并接收云端控制中心发送的信号。

8.根据权利要求7所述的一种利用基于Capon波束形成算法的室内定位方法的装置，其特征在于：所述无线移动设备为蓝牙移动设备；所述无线网关为蓝牙无线网关；所述无线接口为蓝牙无线接口。