[發(fā)明專利]一種基于射頻指紋的實時定位方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110273353.5
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102333372A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設計）人: 羅海勇;李慧;徐俊俊;趙方
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算技術研究所
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;G06K17/00
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，尤其涉及基于射頻信號強度的實時定位技術。

背景技術

近年來，隨著無線通信技術的發(fā)展以及各種無線網(wǎng)絡的廣泛部署，基于無線保真(Wireless?Fidelity，簡稱WiFi)和無線射頻識別(Radio?Frequency?Identification?Devices，簡稱RFID)等短距離無線通信技術的定位技術受到越來越多的關注。其主要原因是基于WiFi、RFID等短距離無線定位技術不僅沒有視距要求，而且還不需要另外搭建昂貴的定位基礎設施，目前這些短距離定位技術已成為GPS等衛(wèi)星定位的有益補充，尤其適合在室內(nèi)、地下、高樓林立的街區(qū)等封閉或半封閉場景應用(衛(wèi)星定位在這些場景下基本失效)。考慮到由多個接收信號強度(Received?Signal?Strength，簡稱RSS)構成的信號強度矢量(也稱為射頻指紋)能較好地克服復雜室內(nèi)場景下RSS與收發(fā)距離之間不存在良好映射關系這一難題，目前基于射頻信號強度的射頻指紋定位技術已成為定位技術的研究熱點。

現(xiàn)有的射頻指紋定位過程主要包括以下的步驟：(1)部署。根據(jù)應用環(huán)境地理分布情況，進行網(wǎng)絡部署(即用于定位的閱讀器的布局)，形成網(wǎng)絡分布拓撲圖，并劃分射頻指紋采樣所使用的網(wǎng)格。(2)采樣。訓練節(jié)點主動發(fā)射掃描信號，測量接收到閱讀器的信號強度，將接收到的信號強度發(fā)送給定位服務器；(3)訓練。定位服務器使用接收到的所有接收信號強度，計算并獲得在每個網(wǎng)格內(nèi)RSS信號的統(tǒng)計特征，構建RSS指紋庫(也可稱為訓練指紋庫)，并建立RSS指紋和對應網(wǎng)格的映射關系；(4)定位。定位終端(定位標簽)實時測量閱讀器發(fā)射的信號強度，發(fā)送到定位服務器，定位服務器使用接收到的信號強度構建該定位終端的射頻指紋(也可稱為觀測指紋)，并在訓練指紋庫中搜索與觀測指紋最“像”(后驗概率最大)的指紋，該指紋對應的網(wǎng)格位置就是對該定位標簽的位置估計。

現(xiàn)有基于射頻指紋定位技術存在如下問題：

(1)在訓練階段大都采用單一高斯分布模型來表征網(wǎng)格內(nèi)接收信號強度的分布特性，不能準確反映復雜場景內(nèi)接收信號強度的分布特性。由于射頻信號受多徑傳播、陰影衰落、非視距阻擋、收發(fā)器硬件校準精度、人員活動、溫濕度變化等隨機因素影響，射頻信號具有較強的時變特性和隨機特性，一般情況下并不服從高斯分布，采用近似高斯模型，導致定位誤差較大。

(2)在定位階段，現(xiàn)有射頻指紋定位方法在進行指紋匹配搜索時，大都選擇在整個定位區(qū)域范圍內(nèi)進行全局搜索，需要對每個網(wǎng)格進行匹配運算，定位計算開銷較大，當定位區(qū)域較大，且需要定位的節(jié)點較多時，定位實時性較差。

(3)在進行射頻指紋匹配搜索時，現(xiàn)有射頻指紋定位方法大都采用基于最大后驗概率(即似然函數(shù)與先驗概率的乘積)準則確定位置估計。在計算似然函數(shù)時，現(xiàn)有射頻指紋定位方法只是簡單地選擇預定數(shù)目接收信號強度較大的閱讀器，或者使用所有能接收到信號的閱讀器進行計算。由于不同網(wǎng)格之間沒有使用公共的閱讀器集(在不同網(wǎng)格位置接收到的閱讀器集合一般不同)，導致不同網(wǎng)格的似然函數(shù)值不具可比性。此外，閱讀器集合中還可能包含一些距離非常遠、信號非常弱的閱讀器，這類閱讀器對于該網(wǎng)格的似然計算沒有多大的參考價值，反而會帶來誤差。

(4)現(xiàn)有射頻指紋定位方法沒有有效利用歷史數(shù)據(jù)或鄰居節(jié)點信息，導致定位結果來回跳動，魯棒性不好。受環(huán)境各種干擾因素的影響，射頻信號接收信號強度波動性較大，即使精選定位區(qū)域和閱讀器，也難以保證每次似然計算的準確性。

(5)現(xiàn)有基于WiFi網(wǎng)絡的射頻指紋定位技術大都采用定位標簽主動掃描方式，需要進行多次握手通信，每次掃描過程包括：在所有信道發(fā)送無線掃描信號；等待閱讀器應答；獲得閱讀器的返回信息，并測量閱讀器發(fā)射信號的信號強度，基于測量到的所有閱讀器的信號強度構建射頻指紋向量。這樣一次掃描過程的能耗包括在所有信道發(fā)送和接收兩次通信能耗和中間等待閱讀器應答的能耗，造成定位能耗較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明從系統(tǒng)的角度出發(fā)，提出了一種基于射頻指紋的實時定位方法，提高定位精度和降低計算量，并降低定位標簽能耗。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一方面，本發(fā)明提供了一種基于射頻指紋的實時定位方法，所述方法包括：

步驟1)由定位標簽周期性發(fā)射WiFi信號，所述WiFi信號包含該定位標簽標識和WiFi包的序列號；

步驟2)由閱讀器接收由定位標簽發(fā)送的WiFi信號并測量該信號的信號強度；