[發明專利]面向WiFi/PDR室內融合定位的自適應卡爾曼濾波方法

有效

• 申請號: 201710290974.1
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107426687B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 周牧;耿小龍;田增山;衛亞聰;唐云霞;余箭飛;楊露
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/33;G01C21/20;G01S5/02;G01S5/14
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 譚小琴

本發明公開了一種面向WiFi/PDR室內融合定位的自適應卡爾曼濾波方法，首先用戶手持終端設備在目標區域內，接收來自每個AP的RSSI，在對數正態分布的路徑損耗模型下，利用加權最小二乘法得到用戶的位置，同時通過PDR算法中的估算模型得到用戶位置，然后利用自適應卡爾曼濾波將基于傳播模型的定位信息與PDR的定位信息進行多次融合，得到用戶的最佳位置，其中，自適應卡爾曼濾波體現在反饋機制上，即將每次融合定位結果對加權最小二乘法中的路徑損耗指數等參數進行動態修正，最終使得傳播模型更符合室內環境。本發明解決了在室內環境下單一WiFi定位精度低和PDR存在累積誤差的問題，還能夠實時跟蹤傳播模型的路徑損耗指數，增強了定位性能的穩定性。

技術領域

本發明屬于室內定位技術，具體涉及一種面向WiFi/PDR室內融合定位的自適應卡爾曼濾波方法。

背景技術

隨著移動通信的飛速發展，基于位置的服務LBS(Location Based Service)受到越來越多的關注，而在室內場所(如商場、機場及地下停車場等)，現有的室外定位系統，如全球定位系統GPS(Global Positioning System)，由于受到建筑物等設施的遮蔽，難以在室內實現精確定位。與此同時，由于無線局域網WLAN(Wireless Local Area Network)的大規模部署及WLAN高速無線接入的廣泛普及，利用現有的WLAN基礎設施對室內用戶進行定位越來越受到人們的重視，其中，基于接收信號強度RSSI(Received Signal StrengthIndication)的室內WLAN定位技術更是受到廣泛而深入的研究。與此同時，智能手機也越來越受到人們的青睞，它們除了可以提供更好的軟件功能之外，還包含很多先進的硬件設施，如WiFi模塊、藍牙模塊和各種慣性傳感器等，研究人員可以直接使用這些硬件設施開發出室內定位系統。

基于RSSI的定位基本方法一般分為位置指紋法和傳播模型法。位置指紋法包含離線階段和在線階段，在在線階段，用戶利用新采集的RSSI值，結合離線階段構建的位置指紋數據庫及相應的搜索匹配算法，實現對用戶的定位，但是當環境一旦改變，指紋數據庫則應當更新，而更新過程需要消耗大量的人力和物力。對于傳播模型法，則不需要構建指紋數據庫，利用RSSI測量值來確定AP(Access Point，無線訪問節點)與用戶之間的距離，再通過構造雙曲線函數，確定用戶的位置。但傳播模型法存在的主要問題是需要一個準確的信道模型，由于環境的動態性，很難得到實時信道模型中的準確參數，也就很難得到AP與用戶之間的準確距離，使得定位結果可能有嚴重偏差。另外，基于移動端慣性傳感器的PDR(Pedestrian Dead Reckoning，行人航位推算)算法具有短時間內定位精度高，但定位誤差隨時間積累逐漸增大，而利用WiFi定位時，單點定位誤差大但沒有誤差積累，為了解決上述問題且實時跟蹤傳播模型的路徑損耗指數，本發明提出了一種面向WiFi/PDR室內融合定位的自適應卡爾曼濾波方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種面向WiFi/PDR室內融合定位的自適應卡爾曼濾波方法，它能有效解決在室內環境下WiFi單點定位精度低和PDR存在累積誤差的問題，同時，該方法能實時跟蹤傳播模型的路徑損耗指數，增強定位性能的穩定性。

本發明所述的面向WiFi/PDR室內融合定位的自適應卡爾曼濾波方法，包括以下步驟：

步驟一、在目標區域內，給定用戶的初始位置X′_0|0；

步驟二、用戶接收第i個AP的信號強度i＝1,…,m，m為AP的個數；

步驟三、根據對數正態分布的路徑損耗模型其中，A表示在參考距離d₀處所接收到的信號強度；η表示路徑損耗指數；N₀表示環境噪聲，服從均值為0，方差σ²的高斯分布，計算用戶和每個AP之間的距離，其中，d_i表示用戶和AP_i之間的距離，AP_i表示第i個AP；