[發明專利]一種基于RSS的室內定位方法

有效

• 申請號: 201410831784.2
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104519571B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 李婷姝;胡永利;孫艷豐;尹寶才
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;G01S5/02
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司11253
• 代理人: 馮夢洪

技術領域

本發明屬于WLAN(Wireless Local Area Networks，無線局域網絡)室內定位的技術領域，具體地涉及一種基于RSS(Received signal strength,接收信號強度)的室內定位方法。

背景技術

無線局域網絡(WLAN)是一種全新的信息獲取平臺，可以在廣泛的應用領域內實現復雜的大范圍定位、監測和追蹤任務，而網絡節點自身定位是大多數應用的基礎和前提。當前比較流行的Wi-Fi(Wireless Fidelity，無線保真技術)定位是無線局域網絡系列標準之IEEE802.11的一種定位解決方案。該系統采用經驗測試和信號傳播模型相結合的方式，易于安裝，需要很少基站，能采用相同的底層無線網絡結構，系統總精度高。主要分為以下三類：

●近似法

近似法利用AP在室內的覆蓋范圍有限的特點(不同型號的路由器有不同的覆蓋范圍)，通過終端設備接收信號強度的情況和對應AP的位置來判定移動用戶的位置。當用戶靠近某一已知位置時，由該位置來定位物體。也就是，將無線終端用于數據通信的訪問點(AP)的位置，近似地作為估計的位置。該方法可用于檢測物品接觸，監控蜂窩網絡訪問點等方面。它不需要復雜的計算，但是定位精度局限在AP的覆蓋范圍，只能實現區域性的位置判定，并且需要AP具體位置的先驗信息。

●幾何測量法

這種方法首先要求根據無線電信號的傳播模型(經驗模型或數學模型)，將信號強度值映射為信號傳播的距離。在二維平面上，根據終端設備與其它至少三個AP間的距離，通過三邊測量的幾何學原理來進行位置估計。如圖1所示，三個黑色圓點為已知坐標的參考點，x是需要定位的點，則利用x與三個參考點的距離，可以計算出x的坐標。

微軟的RADAR(radio detection and ranging，無線電探測和測距)是一個基于RSSI(Received Signal Strength Indication接收的信號強度指示)技術的室內定位系統，也是最早出現的基于WLAN的室內定位系統，充分利用現有WLAN設施，通過802.n標準中的接收信號強度指示來確定用戶節點在樓層內的位置。通常使用兩種方法計算節點位置，其中一種是利用信號傳播的理論模型。這種方法精確度不高，但可以節省費用，不必提前建立數據庫，在基站移動后比比重新計算參數。但是在現實環境中，溫度、障礙物、傳播模式等條件往往都是變化的，使得該技術在實際應用中仍存在困難。這類方法簡單，計算效率高，但是定位的準確性依賴于傳播模型是否正確，是否適合定位區域復雜的建筑結構。由于室內電波傳播的復雜性，信號強度受到多徑傳播、反射等影響，使得在實際室內環境很難用固定的數學模型來刻畫。

●場景分析法

場景分析法，又稱為指紋法，不是直接將信號強度值的測量映射為信號傳播距離，而是利用在某一地點觀察到的場景特征來推斷觀察者的位置，可以看作是先對信號強度與位置間的內在規律進行學習，然后再用新的測量值與學習過的樣本點進行匹配。

該方法一般分為離線測量和在線定位兩個階段完成定位。離線測量是在需要定位的區域里按照一定的間隔距離選定若干樣本點，形成一個樣本點的網格，在這些樣本點位置上測量，記錄來自各個AP的信號強度測量向量，這些信息構成了信號強度指紋庫。該指紋庫描述了這一固定定位環境中信號強度與空間位置的關系。在線定位是將實時測量的信號強度測量向量與指紋庫中的信息比較，取信號強度最接近的樣本點的位置作為估計的位置。

RADAR系統中的另一種計算節點位置的方法，就是利用信號傳播的經驗模型。實際定位前，在樓層內選取若干測試點，記錄這些點上個基站收到的信號強度，建立各個點上位置和信號強度關系的離線數據庫。實際定位時，系統采用確定性匹配算法一一K最近鄰居(KNN)算法，根據測得的信號強度與數據庫中記錄的信號強度進行比較，信號強度均方差最小的那個點的坐標為節點的坐標。這種方法有較高的精度，但是要預先建立位置和信號強度關系數據庫，當基站移動時要重新建立數據庫。

該系統可在任何具有Wifi適配器的手持終端設備上嵌入，并獨立進行定位和追蹤，無需額外的硬件支持，且無需視距傳輸，因而定位范圍較Cricket系統廣。但由于室內環境的復雜性，如多徑、陰影衰落、干擾等，室內電波傳播具有較強的時變特性，使得定位的性能受到一定的影響。

由于指紋法較傳統的電波傳播模型能更準確地描述RSS和空間位置的關系，且無需AP具體位置的先驗信息，因而被廣泛應用于基于RSS的室內定位系統中。

發明內容