本发明涉及无线通信领域，特别是一种基于多个智能超表面的室内定位方法和装置。
背景技术：
1、近年来，随着第5代移动通信系统(5g)的逐步成熟以及下一代移动通信网络(6g)的逐步推进，未来的移动通信网络朝着更高速率、更低时延、海量连接的方向发展，且集通信、计算、控制、定位和传感于一体。在万物互联的愿景下，自动驾驶、智能家居等应用对网络定位能力提出了更高的要求，高精度定位服务将成为趋势，定位精度将从现有的米级提升厘米级甚至毫米级。基于现有的无线网络基础设施，如wifi、超宽带(ultra wide band，uwb)、蜂窝网络等，除了提供通信服务外，还提供无线定位服务。这类系统避免了昂贵且耗时的基础设施部署，是对gps定位的良好补充。
2、基于超材料技术的快速发展，可重构智能表面(reconfigurable intelligentsurface，ris)有望助力实现完全可控的电磁环境，在5g以上的无线通信与定位系统中有巨大的潜能。ris是由大量低成本、低能耗的阵子单元组成的平面阵列。不同于基于反射定律的对称反射，组成ris的每个单元可以对入射信号施加独立的相移，实现反(折)射波信号的波束赋形，从而为无线传输环境提供了更多的自由度，从而在扩大覆盖范围、缓解路径损耗、增强接收端信号强度等方面具有重要的作用。
3、基于ris的无线网络可以与现有无线网络的标准和硬件兼容，因此ris可以集成到现有的通信系统中，以低成本、高能效实现可靠和高精度的位置估计[2]。基于ris的定位系统主要有众多优势：首先，当信号发送端和接收端之间的直射链路被阻塞时候，基于ris的定位系统可以利用ris的发射特性，提供非直射链路的定位服务；其次，ris的架设成本较低，在未来有望大规模铺设在网络系统中，能够以低成本、低功耗实现定位服务；另外，ris阵列通常采用集成化设计，通过具有较大的阵列规模，能够提供较高的角度分辨率。
4、然而，在基于ris的定位系统中，对接收机进行精确定位需要ris阵列上各个阵子的相位值，从而进行到达角度的估计，如何获取ris阵列上各个阵子的传播相位估计是一个巨大的挑战。现有的研究通常基于复信号的前提之上，即通过接收信号的相位信息，获取ris阵子的相位。在5g、wifi实际网络系统中，基站侧无法获取终端接收信号的相位信息，难以完成定位目标。因此，亟需一种适用于实际网络的ris定位方案，实现对智能终端设备的定位。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于多个智能超表面的室内定位方法和装置，该方法能够仅利用接收信号的能量信息，对智能终端等无线信号接收设备进行精确定位。
2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
3、根据本发明提出的一种基于多个智能超表面的室内定位方法，
4、首先，遍历智能超表面上各个阵子的相位状态，在各个阵子状态下，信号接收设备对接收到的无线信号能量进行计算，获得能量信息集合并将其上报给信号发射设备；
5、信号发射设备在接收到上报的能量信息集合之后，通过旋转矢量法，估计出所有的发端-ris阵子-收端的无线链路的相位信息，发端-ris阵子-收端是指：信号发射设备至智能超表面中的阵子至信号接收设备；
6、接着，信号发射设备通过自身的位置信息以及智能超表面的位置信息，将发送端-ris这一部分相位偏移从估计出来的相位信息进行去除，获取各个智能超表面阵子至接收端的相位信息，发送端-ris是指：信号发射设备至智能超表面；
7、最后，根据阵子到达角估计算法，估计出信号接收设备至各个智能超表面的相对角度，并结合所有智能超表面，估计出信号接收设备的位置信息。
8、作为本发明所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法的进一步优化方案，其特征在于，具体步骤如下：
9、步骤1、部署q个智能超表面，智能超表面是ris阵列，对于第q个ris阵列上的第n个阵子，遍历其k个相位状态，1≤q≤q，在遍历过程中保持其他阵子状态为第1个相位状态，记录第q个ris阵列上的第n个阵子在第k个相位状态下的接收端的功率信息为接收端为信号接收设备；接收端以一定的周期向基站上报基站侧利用功率上报机制，对接收端的功率信息进行获取；
10、步骤2、发送端在收集到第q个ris阵列上的第n个阵子的所有k个相位状态的功率之后，进行ris信道响应的估计，发送端指信号发射设备；
11、步骤3、已知发送端和各个ris阵列的放置位置，发送端至各个阵子的传播相位其中，e为自然底数，j为虚数单位，λ为传播频率，dq,n为发送端至第q个ris阵列上的第n个阵子的距离，则无线信号经过第q个ris阵列上的第n个阵子传播到收端的相位为
12、
13、其中，aq,n为第q个ris阵列上的第n个阵子的信道响应相对于阵子为第一个相位状态下的相对相位差；
14、步骤4、遍历步骤1-步骤3，求解出所有ris阵列上的所有阵子至接收端的相位值；
15、步骤5、针对各个ris阵列，结合该阵列上所有阵子的相位信息，利用阵列到达角度估计算法，估计出来接收端相对于各个ris阵列的角度；
16、步骤6、结合q个ris阵列的位置信息，对于所有的估计角度求交线，即估计出来接收端的位置信息。
17、作为本发明所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法的进一步优化方案，aq,n的计算公式如下：
18、aq,n＝∠ηq,n
19、ηq,n的计算公式为
20、
21、其中，为第q个ris阵列上的第n个阵子的信道响应，为第q个ris阵列上的第n个阵子的剩余信道响应，δq,n为与之间的相位差，ηq,n为相对于阵子为第一个相位状态下的相对相位差，ψ1为阵子的第一个相位状态。
22、作为本发明所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法的进一步优化方案，的计算公式如下：
23、
24、其中，是指在第q个ris阵列上的第n个阵子在第k个相位状态时，接收端所接收到的信号功率信息，ψk为阵子的第k个相位状态，x1、x2、x3分别为第一至第三部分，上标*为共轭转置。
25、作为本发明所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法的进一步优化方案，与的计算公式如下：
26、
27、
28、其中，htx-rx为发射端到接收端的信道响应，为发射端到第i个ris阵列上的第n个阵子的信道响应，为第i个ris阵列上的第n个阵子到接收端的信道响应，为发射端到第q个ris阵列上的第j'个阵子的信道响应，为第q个ris阵列上的第j'个阵子到接收端的信道响应，为发射端到第q个ris阵列上的第n个阵子的信道响应，为第q个ris阵列上的第n个阵子到接收端的信道响应。
29、作为本发明所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法的进一步优化方案，结合所有k个相位状态的功率信息，得到方程组如下：
30、
31、其中，ψk为阵子的第k个相位状态，是指在第q个ris阵列上的第n个阵子在第1个相位状态时接收端所接收到的信号功率信息，是指在第q个ris阵列上的第n个阵子在第k个相位状态时，接收端所接收到的信号功率信息；
32、对上述方程组进行求解得到：
33、
34、
35、δq,n＝∠x2。
36、一种基于多个智能超表面的室内定位装置，包括：
37、用于发送无线信号的信号发射设备；
38、包括多个智能超表面，每个智能超表面包括多个阵子；
39、用于接收无线信号并上报信号功率信息的信号接收设备。
40、作为本发明所述的一种基于多个智能超表面的室内定位装置进一步优化方案，智能超表面中的各个阵子的相位状态通过可编程的方式改变。
41、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
42、(1)本方案只需要接收机的能量信息，即可完成对接收机位置的估计；
43、(2)在现有的5g、wifi等网络中，终端均会实时上报接收信号能量，因此本方案可直接运用于现实网络中，具有极高的可行性；
44、(3)本方案通过智能超表面实现室内定位功能，在未来6g网络中，智能超表面设备将会在网络环境中大量铺设，说明本方案极高的应用前景。
1.一种基于多个智能超表面的室内定位方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法，其特征在于，aq,n的计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法，其特征在于，的计算公式如下：
5.根据权利要求3所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法，其特征在于，与的计算公式如下：
6.根据权利要求5所述的一种基于多个智能超表面的室内定位方法，其特征在于，结合所有k个相位状态的功率信息，得到方程组如下：
7.一种基于多个智能超表面的室内定位装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于多个智能超表面的室内定位装置，其特征在于，智能超表面中的各个阵子的相位状态通过可编程的方式改变。
