[發(fā)明專利]一種基于信號(hào)強(qiáng)度差值與動(dòng)態(tài)線性插值的室內(nèi)定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410017106.2
• 申請(qǐng)日: 2014-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN103747419B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉阿勇;楊小亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W4/04
• 分類號(hào): H04W4/04;H04W64/00
• 代理公司: 福州君誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司35211
• 代理人: 戴雨君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及室內(nèi)無線定位領(lǐng)域，特別涉及一種基于信號(hào)強(qiáng)度差值與動(dòng)態(tài)線性插值的室內(nèi)無線定位方法。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)通信和無線技術(shù)的發(fā)展，基于位置的服務(wù)受到越來越廣泛的關(guān)注。人們對(duì)室內(nèi)定位信息的需求與日俱增，地下停車場、物流倉儲(chǔ)、礦井、醫(yī)院、監(jiān)獄、考古現(xiàn)場、展廳、博物館等大型的室內(nèi)場所都需要對(duì)人員或物品進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、監(jiān)控和智能管理等功能。基于射頻地圖的室內(nèi)定位方法由于有較高的定位精度且計(jì)算方法簡單，成為近年來最主要的室內(nèi)無線定位方法之一。

傳統(tǒng)基于射頻指紋的定位方法利用接收到無線網(wǎng)絡(luò)基站(稱為信標(biāo)節(jié)點(diǎn))發(fā)射的射頻信號(hào)強(qiáng)度(如RSSI)作為定位參考，這些方法由于RSSI信號(hào)易室內(nèi)環(huán)境噪聲、與節(jié)點(diǎn)配置有關(guān)因素的影響，因而得到的結(jié)果往往受室內(nèi)干擾因素影響較大。有研究者信號(hào)提出將信號(hào)強(qiáng)度差值(Signal Strength Difference,SSD)作為射頻指紋，能在一定程度上消去室內(nèi)環(huán)境噪聲、與節(jié)點(diǎn)配置有關(guān)因素。然而，由于室內(nèi)信號(hào)傳播受多徑、反射、衍射等因素的影響，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)測得各參考點(diǎn)的射頻指紋往往不同，這也是基于射頻指紋定位方法的主要原理依據(jù)。不同參考點(diǎn)的射頻指紋越是不同，即對(duì)不同參考點(diǎn)區(qū)分越明顯，會(huì)帶來越明顯的效果。同時(shí)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)測得各參考點(diǎn)的射頻指紋可靠性越大，表示該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性越好，選擇該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)有利于定位系統(tǒng)的定位效果。因此，在基于信號(hào)強(qiáng)度差分的定位方法中，基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的選擇會(huì)影響定位的效果。

因此，針對(duì)室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)定位中基于射頻地圖的室內(nèi)定位方法的精度問題，提出一種減少消去室內(nèi)環(huán)境噪聲、與節(jié)點(diǎn)配置有關(guān)因素影響的方法已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無線網(wǎng)絡(luò)中一種基于信號(hào)強(qiáng)度差分與動(dòng)態(tài)線性插值的室內(nèi)定位方法，該方法有利于減小RSSI室內(nèi)環(huán)境噪聲、與節(jié)點(diǎn)配置有關(guān)因素引起的定位誤差，從而提高室內(nèi)定位精度。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種基于信號(hào)強(qiáng)度差分與動(dòng)態(tài)線性插值的室內(nèi)定位方法，其特征在于包括以下步驟：

1)將目標(biāo)區(qū)域劃分成均勻網(wǎng)格，在各網(wǎng)格中心點(diǎn)測量接收到的各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI值；

2)采用基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)選擇算法，選取對(duì)不同參考點(diǎn)區(qū)分最明顯及穩(wěn)定性最好的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)最為基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，然后基于該基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)計(jì)算各參考點(diǎn)的SSD；

3)采用基于SSD空間相關(guān)性的線性插值法，在該相鄰參考點(diǎn)之間的位置插入指紋,構(gòu)建射頻訓(xùn)練地圖；

4)引入?yún)⒖键c(diǎn)SSD作為各參考點(diǎn)的權(quán)重，參與K鄰居加權(quán)算法估計(jì)出未知節(jié)點(diǎn)的位置。

所述步驟1)中將目標(biāo)區(qū)域劃分成均勻網(wǎng)格，要使得每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)之間的間隔為1.5m，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)放置適量的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)應(yīng)較均勻地分布在目標(biāo)區(qū)域，并在目標(biāo)區(qū)域四個(gè)角落各放置一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與基站通信。

所述步驟2)中基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)選擇算法如下：

設(shè)有N個(gè)參考點(diǎn)，以第i個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，定義此時(shí)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)不同參考點(diǎn)的射頻指紋總區(qū)分度為，

其中表示第k個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與第i個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)測得第j個(gè)參考點(diǎn)處RSSI之差，表示其余M-1個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(除第i個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)外)與第i個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)測得第j個(gè)參考點(diǎn)處RSSI之差的均值。

定義此時(shí)各參考點(diǎn)的射頻指紋可信度為

其中var為R_ij的方差。

定義參數(shù)β為基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的選擇依據(jù)，β越大表示選該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)不同參考點(diǎn)的射頻指紋總區(qū)分能力越強(qiáng)度且各參考點(diǎn)的射頻指紋可靠性越大。在基于信號(hào)強(qiáng)度差值的定位方法中，通過計(jì)算每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的β，并選β最大的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)最為基準(zhǔn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述步驟3)中基于SSD空間相關(guān)性的線性插值法如下：

設(shè)T_a,b，T_a,b+1表示同一行兩個(gè)相鄰參考點(diǎn)，t_a,p表示在相鄰參考點(diǎn)之間插入的第p個(gè)指紋，則該指紋可以用下式計(jì)算，

其中SSD_k(T_i,j)，表示T_i,j處對(duì)應(yīng)第k個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的射頻指紋，φ為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，φ＝1表示射頻指紋每相差1插入一個(gè)指紋。