[發(fā)明專利]一種無線信號指紋匹配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310309069.8
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103400115A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳陳沭;楊錚;劉云浩;孫家廣;毛續(xù)飛;王繼良
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于室內(nèi)精確定位的無線信號指紋匹配方法。

背景技術(shù)

智能手機的廣泛普及和無線設(shè)備的大規(guī)模推廣催生了大量關(guān)于無線室內(nèi)定位的研究。目前大多數(shù)的室內(nèi)定位方法利用環(huán)境中已有的無線接入點（Access?Point，AP）（如WiFi、GSM、ZigBee等無線技術(shù)的接入點）來實現(xiàn)定位。由于接收信號強度（Received?Signal?Strength，RSS）的易獲得性，其成為最常用的物理特征。對于各個AP的接收信號強度通常可以直接從無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上讀取。采用無線信號作為位置特征的方法成為最廣泛使用的室內(nèi)定位方法，又稱基于指紋的室內(nèi)定位或指紋定位。

無線指紋定位方法通常分為兩階段：訓(xùn)練和運行。在訓(xùn)練階段,需要對定位環(huán)境進行現(xiàn)場勘測。在這個過程中，工程師通過在感興趣區(qū)域中的各個位置記錄RSS指紋來建立一個指紋數(shù)據(jù)庫。即將指紋和與其相關(guān)的位置一起記錄在數(shù)據(jù)庫中。在運行階段,當用戶發(fā)送一個位置查詢的請求時，定位算法利用該用戶目前的RSS指紋檢索指紋數(shù)據(jù)庫并返回最佳匹配的記錄，將該記錄對應(yīng)的位置作為用戶的位置估計。

指紋匹配算法直接關(guān)乎定位精度。由于無線信號在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境下傳播受到多徑、折射、反射等影響，再加上環(huán)境的動態(tài)性，無線信號指紋存在時間上不穩(wěn)定、空間上不唯一的問題。具體而言，主要表現(xiàn)為：

1）同空間位置可能檢測到相似的指紋。換言之，同一條用戶指紋可能與空間中相隔很遠的兩個位置上的指紋均具有較高的相似性，從而給用戶指紋的位置估計帶來不確定性。

2）AP的不穩(wěn)定性，接收信號強度在短時間內(nèi)呈現(xiàn)小幅度的波動，在長時間內(nèi)呈現(xiàn)大幅度的變化。而且不同AP所表現(xiàn)的出來的穩(wěn)定性各不相同。

現(xiàn)有的信號指紋匹配技術(shù)中都沒有考慮上述因素，往往造成錯誤匹配或者匹配精度較低等問題。

發(fā)明內(nèi)容

（一）要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種無線信號指紋匹配方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中匹配準確度和精度不高的問題。

（二）技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明提供了一種無線信號指紋匹配方法，包括如下步驟：

S1、在指紋數(shù)據(jù)庫中選定一條指紋記錄F_k；

S2、確定用戶指紋F_u與F_k的各個公共表征AP；

S3、計算各個所述公共表征AP的表征能力系數(shù)；

S4、根據(jù)上述各個公共表征AP的接收信號強度差和所述表征能力系數(shù)，計算F_u與F_k的匹配距離；

S5、更新k值，重復(fù)上述步驟，直至得到用戶指紋F_u與指紋數(shù)據(jù)庫中的所有指紋記錄的匹配距離；

S6、找出與用戶指紋F_u的歐式距離最小且相鄰指紋與用戶指紋F_u的匹配距離滿足一定閾值的指紋作為用戶指紋F_u的目標指紋，對應(yīng)的位置為用戶位置；

所述各個公共表征AP的接收信號強度差標記為ΔF=[x_i,i＝1,2,...,Q]，其中Q為公共表征AP的個數(shù)。

優(yōu)選地，步驟S3之后還包括步驟：

S3B、對所述F_u與F_k對應(yīng)公共表征AP的接收信號強度差進行規(guī)約。

具體地，所述S3B的具體實現(xiàn)步驟為：

S3B1、根據(jù)最小二乘中值定理，對所述ΔF生成回歸估計值；

S3B2、判斷各個公共表征AP的接收信號強度差是否異常值；

S3B3、用步驟S3B1得到的回歸估計值替代對應(yīng)的異常的公共表征AP的接收信號強度差。

具體地，所述步驟S3B2判斷各個公共表征AP的接收信號強度差是否異常值具體為：

判斷每一個公共表征AP的接收信號強度差x_i（i∈{1,2,...,Q}）對應(yīng)的估計殘差是否超過設(shè)定的閾值，若超過該閾值則判定x_i為異常值；否則判定為非異常值。

具體地，所述步驟S3B2判斷各個公共表征AP的接收信號強度差是否異常值具體為：

根據(jù)x_i（i∈{1,2,...,Q}）的抗性診斷指標判斷接收信號強度差x_i是否為異常值。x_i的抗性診斷指標RD_i具體為：