[發明專利]基于APID過濾和卡爾曼濾波的室內WLAN指紋定位方法

有效

• 申請號: 201410055244.X
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103889051B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 張會清;許建波
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/12
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

1.基于AP ID過濾和卡爾曼濾波的室內WLAN指紋定位方法，其特征在于，將待定位區域劃分為若干個小分區，并通過分區的AP ID庫篩選迅速確定分區，從而大大減少數據匹配量；同時通過AP ID庫過濾，使系統能夠自動適應少量AP變動的情況，避免重復建庫的問題；通過對WLAN信號指紋進行卡爾曼濾波，減小環境變動帶來的定位誤差；所述方法包括以下步驟：

步驟1：離線建立WLAN位置指紋庫；

步驟1.1：確定待定位區域；

獲取待定位區域的平面圖和室內結構圖，并確定待定位區域內所有AP接入點的分布位置；

步驟1.2：判斷是否需要進行區域劃分；

一般的，如果建筑物邊長大于50m，有多個AP分布在定位區域的不同方位上，并且不同AP接入點間墻體間隔大于4層時，就對定位區域進行劃分；否則，轉步驟1.8；

步驟1.3：按照劃分原則進行區域劃分；

區域劃分的原則是：盡量使每個分區以AP的位置為中心，在分區內每個AP的信號穿墻數量應少于3層，分區直徑應小于50m；這樣劃分可以提高分區AP ID庫的可辨識度；

步驟1.4：采集信號的位置指紋和參考坐標；

在每個分區內前后左右間隔1m處均勻選擇參考點，之后通過將平面圖矢量化，確定每個參考點的坐標；然后，在每個參考點處采集信號強度指紋40～60組，采樣間隔為1秒；并將采集的數據上傳到計算機；

步驟1.5：對指紋信號進行卡爾曼濾波；

(1)對步驟1.4采集的信號指紋進行卡爾曼濾波，通過對隨機過程進行實測、預測和校正，有效處理具有時變特性的實際問題，濾除測量過程中的環境干擾，增強系統的定位精度和環境的自適應性；

(2)提取每組指紋中來自同一個AP的信號強度，根據采集時間進行連續卡爾曼濾波；

步驟1.6：建立AP ID全庫；

將步驟1.5濾波過程采集到的信號指紋中出現的所有AP ID提取出來，并保存到數據庫中，建立定位區域的AP ID全庫；

步驟1.7：建立各分區的分區AP ID庫和分區位置指紋庫；

(1)將步驟1.5濾波后的位置指紋按信號強度RSS從大到小對AP ID排序，并按照指定格式保存到相應的分區位置指紋庫中，建立分區位置指紋庫；

(2)在每個區域內所有參考點處，取每個指紋中前M個AP的AP ID組成AP ID庫，通常取6≤M≤12，每個小區域對應一個分區AP ID庫；根據每個分區內AP ID出現頻率的統計值對其進行從大到小排序；

步驟1.8：如果不需要分區，重復步驟1.4～1.7，對指紋信號進行卡爾曼濾波，并建立整個定位區域的AP ID全庫和位置指紋庫；

步驟2：在線進行指紋匹配定位；

步驟2.1：采集待定位區域指紋；

在待定位區域，連續采集信號指紋數據，并記錄下采集點位置，通過矢量地圖確定各采集點的真實坐標，將采集的信號指紋數據上傳到計算機；

步驟2.2：對指紋信號進行卡爾曼濾波；

將步驟2.1采集的待定位信號指紋中的每一個AP信號按照時間進行卡爾曼濾波處理，將實時測得信號中來自相同AP的RSS進行卡爾曼濾波，將相同時刻濾波后的全部AP信息，按照RSS的大小進行排序，對應相應的AP ID，形成待定位指紋；將濾波后的待定位信號指紋保存起來；

步驟2.3：對濾波后的指紋信號進行離散采樣；

從不同的采集點采集的待定位指紋中均勻地抽選信號指紋，用于下一步的匹配定位；

步驟2.4：判斷是否有新增AP；

將步驟2.3得到的待定位指紋的AP ID與該區域的AP ID全庫進行匹配，如果某個AP ID在AP ID全庫中找不到，則說明該AP是新增或更換的AP，在待定位指紋中的直接刪除此AP ID和對應的RSS信息，組成新的待定位指紋；否則，轉下一步；

步驟2.5：判斷待定位指紋屬于哪個分區AP ID庫；

查找包含待定位指紋的全部AP ID的分區AP ID庫；當有多個分區AP ID庫包含待定位指紋的全部AP ID時，首先確定所述多個分區AP ID庫中與待定位指紋相同的AP ID，然后，計算這些相同的AP ID在待定位指紋中的序號與在分區AP ID庫中的序號的差的絕對值，并求所述絕對值的和；和最小的分區AP ID庫即為待定位指紋所屬的分區AP ID庫；

步驟2.6：判斷該分區內是否有與待定位指紋AP ID相同庫指紋集；如果有，進一步采用最近鄰法估計待定位指紋的位置；如果沒有，縮短指紋長度，再次匹配；

步驟2.7：計算待定位指紋與篩選出的庫指紋的歐式距離，找出歐式距離最小的位置指紋，從而估計出待定位指紋的位置坐標；如果該距離超過閾值，縮短指紋長度，轉步驟2.6；否則，轉下一步；所述閾值通常取150；

步驟2.8：判斷采樣指紋是否全部匹配；如果不是全部匹配，轉步驟2.4；如果全部匹配，輸出估計位置。