[發明專利]一種基于UWB技術的離線WiFi指紋庫快速構建及定位方法

在審

• 申請號: 202011001609.2
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112153620A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 揭會林;劉凱;張浩;金飛宇;劉家萊
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H04W4/80
• 分類號: H04W4/80;H04W64/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于UWB技術的離線WiFi指紋庫快速構建及定位方法，其特征在于，包括：

步驟1、離線準備時，在待定位區域布置UWB基站和WiFi無線接入點；

步驟2、采集人員在待定位區域內走動，按照固定頻率收集數據，該數據包含UWB測距信息d、從WiFi無線接入點獲取的RSSI數據向量r，其中，r＝{rss₁,...,rss_i,t}；

步驟3、對來自不同設備的RSSI數據向量r與UWB測距信息d進行異源數據融合，形成初始的WiFi指紋數據f，其中，每條指紋數據f＝{rss₁,rss₂,...,rss_i,x,y,t}；

步驟4、對上述的初始WiFi指紋數據進行自動優化，形成最終的離線指紋庫，最終的WiFi指紋數據F＝{rss′₁,rss′₂,...,rss′_i,x′,y′}；

步驟5、定位時，對在線掃描的RSSI數據向量進行在線雙域限制定位，匹配離線指紋庫中的指紋數據，得到最終的定位結果(x,y)。

2.根據權利要求1所述的一種基于UWB技術的離線WiFi指紋庫快速構建及定位方法，其特征是：在步驟2中,采集人員同時攜帶包含WiFi無線網卡的移動設備以及UWB標簽，移動設備從WiFi無線接入點處獲得RSSI數據向量，同時，UWB標簽與基站進行UWB通信測得兩者間的距離。

3.根據權利要求1所述的一種基于UWB技術的離線WiFi指紋庫快速構建及定位方法，所述步驟3中的異源數據融合，其特征是，使用三邊近似定位方法得到UWB標簽的坐標c后，其中,c＝{x,y,t_c}，基于時間戳匹配的方法，對采集到的每條RSSI值，匹配與其對應的坐標數據。將每條RSSI數據向量r中的t轉換成數值后，與每條坐標數據c_j對應的時間戳數值t_cj計算距離值，如下：

D_j＝|t_i-t_cj|(j＝1,2,...,m)

其中，D_j為第j條坐標數據對應的t_cj與第i條RSSI數據向量中t_i的距離值，m為坐標數據的總數量，于是從m個距離值中選取最小值，得到該最小距離值對應的時間戳t_c，使該條坐標數據與該條RSSI數據向量共同組成一條指紋數據f。

4.根據權利要求1所述的一種基于UWB技術的離線WiFi指紋庫快速構建及定位方法，所述步驟4中的指紋自動優化，其特征是，分別在物理域以及信號域中設置不同的條件，將相似度高的初始指紋數據聚類成簇，進而得到優化的指紋數據F。首先判斷初始的指紋數據f是否滿足物理域中設置的條件，即與物理域區間參數比較，當該指紋數據f與當前簇的相似度較高時，該指紋數據f成為該簇的一部分；當得到該指紋數據f與當前簇的相似度較低時，該簇作為優化的指紋數據F加入到離線指紋庫中；在滿足物理域中的條件后，進一步判斷該指紋數據f是否滿足信號域中設置的條件，即與信號閾值比較，當該指紋數據f與當前簇的相似度較高時，該指紋數據f成為該簇的一部分；當得到該指紋數據f與當前簇的相似度較低時，該簇作為優化的指紋數據F加入到離線指紋庫中。

5.根據權利要求1中所述的一種基于UWB技術的離線WiFi指紋庫快速構建及定位方法，所述步驟5中的在線雙域限制定位，其特征是：選取離線指紋庫中與在線掃描到的RSSI數據向量距離值小于閾值的指紋數據，對其使用Mean shift算法進行聚類，Mean shift算法通過下列公式迭代更新：

其中K(x_i-x)為核函數，N_x為x的鄰域，m(x_i)-x_i的值即為均值漂移。

聚類完后，由簇內指紋數據數量最多的簇得到最終的定位結果。