[發(fā)明專利]行人航跡推測輔助的Wi?Fi信號指紋定位算法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510098081.8
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104655137B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王維平;常強(qiáng);李群;侯洪濤;朱一凡;楊峰;雷永林;李小波;張旺勛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 胡偉華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及室內(nèi)定位領(lǐng)域，尤其涉及基于無線電信號指紋定位與基于慣性傳感器的室內(nèi)定位領(lǐng)域。

技術(shù)背景

隨時隨地獲取用戶當(dāng)前位置具有非常重要的意義，目前人們開發(fā)了大量導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。其中，包括北斗，GPS在內(nèi)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)能夠提供約3-10米定位精度的位置服務(wù)，應(yīng)用范圍最廣。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，移動終端基于位置服務(wù)(Location Based Service,LBS)的興起推動了娛樂、醫(yī)療、商業(yè)、通信等行業(yè)快速發(fā)展，同時也對室內(nèi)環(huán)境定位提出了更高的要求。傳統(tǒng)的GNSS定位因信號微弱無法傳播到室內(nèi)而失效。人們開發(fā)了大量室內(nèi)定位技術(shù)，這些技術(shù)有的是針對GNSS的改進(jìn)，例如AGNSS(Assisted GNSS)，DGNSS(Difference GNSS)；有的是全新的定位系統(tǒng)，例如WSN(Wireless Sensor Network)定位、攝像頭的定位，無線信號指紋(Fingerprint)定位，基于慣性傳感器定位等。

AGNSS是另一種基于GNSS的改進(jìn)定位技術(shù)，這是目前手機(jī)上使用較為廣泛的定位方式。為了實(shí)現(xiàn)AGNSS，一方面，用戶移動終端需要配置AGNSS接收機(jī)模塊，以完成對GNSS衛(wèi)星信號的測量，另一方面，通信網(wǎng)絡(luò)終端需要增設(shè)AGNSS定位服務(wù)器等設(shè)備，以搜集和播發(fā)輔助信息，響應(yīng)移動終端請求。這種定位技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是能夠加快接收機(jī)信號捕獲和完成首次定位的速度，又能提高信號捕獲與跟蹤靈敏度。目前是美國緊急求助電話E911的位置解決方案。但是這種定位方式也有與GNSS類似的缺點(diǎn)，即需要可視條件較好，易受干擾；另外，AGNSS定位實(shí)現(xiàn)必須通過多次網(wǎng)絡(luò)傳輸，占用大量空中資源。

DGNSS是一種差分定位技術(shù)。需要建立固定基站，基站自身具有事先測定的位置，利用自身位置和接收到的導(dǎo)航信號，為基站周圍用戶提供修正參數(shù)以輔助定位。或者是利用地球同步軌道衛(wèi)星作為通信媒介，提供差分GNSS校正值和完好性數(shù)據(jù)。這種定位技術(shù)在深度室內(nèi)、地下等區(qū)域?qū)⑹В医ㄔO(shè)成本非常巨大，難以推廣使用。

WSN定位主要思路是，在室內(nèi)構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)裝備有高精度GNSS設(shè)備或者事先測量位置，這些事先具有位置的節(jié)點(diǎn)稱為錨節(jié)點(diǎn)，通過WSN網(wǎng)絡(luò)，錨節(jié)點(diǎn)將自身的位置播發(fā)給沒有位置信息的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)稱為移動節(jié)點(diǎn)。移動節(jié)點(diǎn)一邊接收錨節(jié)點(diǎn)的位置信息，一邊測量到錨節(jié)點(diǎn)的距離，采用三邊測量法等算法估計自身位置，實(shí)現(xiàn)定位。WSN定位精度較高，但是需要提前布設(shè)錨節(jié)點(diǎn)，一旦超出其服務(wù)范圍便無法定位。

基于攝像頭的定位很可能成為未來十年廣泛使用的定位傳感器。因為目前攝像頭價格低廉，分布廣泛，用于定位的研究也取得長足進(jìn)步。基于攝像頭的定位至少有三個途徑。一是將攝像頭獲取的圖像與一系列存儲的圖形進(jìn)行對比，以檢測攝像頭視點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)定位。另一種方式是對圖像中每一個特征點(diǎn)進(jìn)行對比實(shí)現(xiàn)定向和定位。第三種是通過對比連續(xù)圖像推測攝像頭運(yùn)動，多臺攝像頭的配合使用能提高這種定位方式的效果。這種定位技術(shù)需要進(jìn)行圖像查詢匹配，花費(fèi)時間較長，對于應(yīng)急條件，同樣可能失效。

基于指紋的定位技術(shù)，主要原理是提前搜集感興趣區(qū)域的各種信號特征，建立位置與信號特征數(shù)據(jù)庫。定位的時候，節(jié)點(diǎn)測量當(dāng)前位置的信號強(qiáng)度，通過與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配得到當(dāng)前位置。這種定位技術(shù)無需復(fù)雜的運(yùn)算，定位精度較高，因此對于一般室內(nèi)環(huán)境是一種有效的定位方法。但是室內(nèi)環(huán)境變化對信號傳播影響非常大，因此實(shí)際定位精度不高。

基于慣性傳感器的室內(nèi)定位主要是指PDR(行人航跡規(guī)劃)，其原理是利用陀螺儀、加速計、磁羅盤等，通過對行人步伐和運(yùn)動方向的探測實(shí)現(xiàn)定位。這種定位技術(shù)不需要基礎(chǔ)設(shè)施就能夠?qū)崿F(xiàn)相對定位。短期定位精度較高，但是在長時間運(yùn)行后，積累誤差較顯著。

總的來說，這些技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，沒有一種技術(shù)可以適應(yīng)不同的環(huán)境以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的定位需求。

目前使用較為普遍的室內(nèi)定位技術(shù)是無線信號指紋定位和基于慣導(dǎo)的定位，包括谷歌地圖、WifiSLAM、國內(nèi)的“智慧圖”在內(nèi)的主流室內(nèi)定位產(chǎn)品都是采用了信號指紋定位技術(shù)，很多武器系統(tǒng)采用慣導(dǎo)定位技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容