[發明專利]基于慣性傳感器與無線信號特征的室內定位方法及系統

在審

• 申請號: 201210388669.3
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102932742A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 陸佳亮
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04W4/04
• 分類號: H04W4/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及一種移動通信領域的定位方法及系統，尤其是涉及一種基于慣性傳感器與無線信號特征的室內定位方法及系統。

背景技術

隨著信息的急速增長，如何處理大數據以及如何提供可靠的信息成了關鍵。將信息附上定位標簽成了一種最常用的處理方式。伴隨著移動設備和個人設備的流行，定位成為熱門。定位系統能夠判斷設備的位置信息，同時將位置信息用于基于位置的服務，如導航、跟蹤、監測等。根據使用范圍劃分，基于位置的服務主要包括室外定位應用和室內定位應用。下面主要說一下他們的實現原理：

1.室外定位

GPS系統能夠很好的提高室外的個人定位信息，利用GPS進行定位的優勢是衛星有效覆蓋范圍大，且定位導航信號免費。但是GPS依靠衛星和接受者的之間信號(line-of-sight)的傳輸，而GPS衛星發射的無線信號太微弱，無法穿透大部分的建筑物等障礙物，導致在室內的情況下，GPS系統定位不準，而且定位器終端的成本很高。

2.室內定位

室內定位系統用于提供個人和設備的位置信息。精度和計算收斂時間被認為是定位技術最重要的因素。現在已有很多的定位技術。

(1)紅外室內定位技術

紅外(Infrared)是用于室內定位的最早的技術，紅外線室內定位技術定位的原理是，紅外線IR標識發射調制的紅外射線，通過安裝在室內的光學傳感器接收進行定位。雖然紅外線具有相對較高的室內定位精度，但是由于光線不能穿過障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播。直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點使其室內定位的效果很差。當標識放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時就不能正常工作，需要在每個房間、走廊安裝接收天線，造價較高。因此，紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內的燈光干擾，在精確定位上有局限性。

(2)射頻識別(RFID)技術

射頻(Radio?Frequency)也常用于個人室內定位(IPS)。射頻識別技術利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數據以達到識別和定位的目的。這種技術作用距離短，一般最長為幾十米。但它可以在幾毫秒內得到厘米級定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低，同時系統需要更少的硬件設備。

(3)無線局域網(WLAN)定位技術

無線局域網(WLAN)基于IEEE802.11協議，是以無線信道作傳輸媒介的計算機局域網絡，是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統有線局域網的功能，能夠使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的寬帶網絡接入。移動用戶對信息的即時性和就地性的需求越來越強烈，這就給基于WLAN系統的位置服務提供了廣闊的發展空間。WLAN系統中定位技術主要有GPS衛星定位、基于RSSI(Received?Signal?Strength?Indication，接收的信號強度指示)或TOA/TDOA/AOA的三角定位、信號強度定位等技術。其中，信號強度定位技術主要包括信號強度指紋/信號傳播模型定位等兩類方法。有很多著名的WLAN定位系統，如RADAR系統將信號強度和信噪比(signal-to-noise)用于三角定位技術，通過建立射頻信道傳播模型，多個WLAN接入點(APs)能夠根據信號空間(NNSS)定位算法里最近的鄰居來定位出移動基站。COMPASS系統通過WLAN基礎設施和數字指南針，為攜帶有WLAN設備的用戶提供低成本以及相對高精度的定位服務。

3.航位推算(Dead?Reckoning)傳感器定位技術

航位推算技術是一種很重要的導航技術，Dead?Reckoning起源于17世紀航海，指由已知的定點以羅盤及航速推算出目前所在位置的方法；根據上次所測定的位置，以及前進方向、速度、時間、距離就能夠算出當前的位置信息。基于不同的物理特性和應用環境，航位推算傳感器可以相互組合實現不同的配置方案，如陀螺儀和加速度計組合的慣性導航系統，磁力計和加速度計組成的無漂移定位方法，陀螺儀、磁力計和加速度計元余定位方法等。Dead?Reckoning在短距離定位上有較高的精度，但是具有累積誤差的缺點。

4.RSSI技術

RSSI技術是通過接收到的信號強弱測定信號點與接收點的距離，進而根據相應數據進行定位計算的一種定位技術。RSSI具有檢測設備和機制簡單、硬件成本低、實現簡單等優點，但是由于在室內無線信號受反射、多徑和衰退的影響，接受信號強度的分布有可能有過個峰值，這樣就導致了就算通過多次測量平均值，也不能通過起計算距離。所以對無線信號不能采用平均值的方式，而是要采用特征值分布的方式。