本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種室內(nèi)定位方法及室內(nèi)定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

獲取目標(biāo)的位置信息在很多領(lǐng)域都具有非常重要的意義，因此定位技術(shù)越來(lái)越得到人們的關(guān)注與研究。近年來(lái),隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與智能終端的發(fā)展,對(duì)基于室內(nèi)位置的服務(wù)需求日益增加。

GPS等GNSS系統(tǒng)雖然已經(jīng)能夠較好地解決室外定位問(wèn)題,然而在室內(nèi)以及其他遮蔽環(huán)境下衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量急速下降。地面蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)的信號(hào)質(zhì)量和強(qiáng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于衛(wèi)星在室內(nèi)的信號(hào)質(zhì)量和強(qiáng)度,但由于信號(hào)帶寬限制,移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的定位精度至今較差,定位精度停留在幾十米至幾百米量級(jí),不能滿足室內(nèi)定位的要求。根據(jù)對(duì)室內(nèi)定位的要求不同,可以采用不同的定位技術(shù)。

室內(nèi)定位相關(guān)算法可分為基于指紋匹配以及基于信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量?jī)煞N方式，現(xiàn)有算法大多是基于信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量的方式，例如三點(diǎn)定位、TOA、DOA、LANDMARC等。

三點(diǎn)定位算法，又稱三邊測(cè)量定位算法是一種十分常用的定位算法。其基本原理為：已知三點(diǎn)位置(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，已知未知點(diǎn)(x0,y0)到三點(diǎn)距離d1，d2，d3。以d1，d2，d3為半徑作三個(gè)圓，根據(jù)畢達(dá)哥拉斯定理，得出交點(diǎn)即未知點(diǎn)的位置。

TOA(信號(hào)到達(dá)時(shí)間定位算法)是指使用發(fā)射機(jī)向目標(biāo)物體發(fā)射信號(hào)，獲取其從發(fā)射到返回的時(shí)間，由于信號(hào)的速度是確定的，依據(jù)得到的時(shí)間便可計(jì)算得出距離，然后借用三點(diǎn)定位算法進(jìn)行定位。

TDOA(信號(hào)到達(dá)時(shí)間差算法)是指改進(jìn)了原先通過(guò)絕對(duì)時(shí)間計(jì)算實(shí)際位置的方式，由通過(guò)檢測(cè)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)閱讀器的時(shí)間差，即距離差，來(lái)判斷具體標(biāo)簽位置。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)三個(gè)不同的閱讀器便可得到兩個(gè)TDOA，一個(gè)TDOA可以確定一條以兩閱讀器為焦點(diǎn)的雙曲線，標(biāo)簽的位置即為兩條雙曲線的交點(diǎn)上。

LANDMARC算法首先獲知目標(biāo)位置處的信號(hào)值，然后在各個(gè)不同的測(cè)試點(diǎn)布下讀寫器測(cè)得信號(hào)值，得出與目標(biāo)位置處信號(hào)值的差值，在此差值的倒數(shù)作為權(quán)重，結(jié)合每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的坐標(biāo)，得出目標(biāo)位置的具體坐標(biāo)。

LANDMARC算法引進(jìn)了參考標(biāo)簽這一概念，增加了定位系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，限制了其使用范圍，并且而基于TOA/TDOA算法的定位系統(tǒng)在定位時(shí)，需要讀寫器將接收到的信號(hào)強(qiáng)度值依據(jù)路徑損耗模型轉(zhuǎn)化成距離信息，帶入到TOA/TDOA求解模型中進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果，這種模式耗時(shí)長(zhǎng)，誤差較大，時(shí)效性不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的室內(nèi)定位方法及室內(nèi)定位系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種室內(nèi)定位方法，包括：

S1，獲取多個(gè)信號(hào)接收端中的每一個(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值；

S2，根據(jù)每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端接收的目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，計(jì)算該兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)發(fā)射端的距離比值，遍歷所有的信號(hào)接收端，得到多組兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的距離比值；

S3,根據(jù)每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端的位置坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的距離比值，繪制出目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的運(yùn)動(dòng)軌跡，遍歷所有的距離比值，得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡；S4，根據(jù)所述目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，利用模糊地圖策略求解得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置坐標(biāo)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括：

信號(hào)強(qiáng)度獲取模塊，用于獲取多個(gè)信號(hào)接收端中的每一個(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值；

距離比值計(jì)算模塊，用于根據(jù)每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端接收的目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，計(jì)算該兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)發(fā)射端的距離比值，遍歷所有的信號(hào)接收端，得到多組兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的距離比值；

軌跡繪制模塊，用于根據(jù)每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端的位置坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的距離比值，繪制出目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的運(yùn)動(dòng)軌跡，遍歷所有的距離比值，得到所述目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡；目標(biāo)位置求解模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，利用模糊地圖策略求解得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置坐標(biāo)。

本發(fā)明的有益效果為：基于差分定位理論，利用同環(huán)境無(wú)線信號(hào)小尺度多徑效應(yīng)衰減近似相等的原理，通過(guò)任意兩個(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值即可計(jì)算出兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端之間的距離比值，便可繪制出目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的軌跡圖，相比現(xiàn)有的LANDMARC算法，無(wú)需根據(jù)將接收到的信號(hào)強(qiáng)度值依據(jù)路徑損耗模型轉(zhuǎn)化成距離信息，算法簡(jiǎn)便，并結(jié)合平面幾何原理與模糊地圖方法，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)線信號(hào)室內(nèi)傳播過(guò)程中多徑效應(yīng)等干擾因素的消減，提高室內(nèi)定位的精度，本方法適應(yīng)不同的室內(nèi)定位技術(shù)，具有良好的兼容性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的室內(nèi)定位方法流程圖；

圖2為多信號(hào)接收端示意圖；

圖3為一次指數(shù)平滑數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果圖；

圖4為兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的距離比值示意圖；

圖5為目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；

圖6為多個(gè)阿波羅尼斯圓軌跡定位示意圖；

圖7為將整個(gè)定位區(qū)域劃分為多個(gè)單位面積示意圖；

圖8為生成的模糊地圖示意圖；

圖9為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)框圖；

圖10為室內(nèi)定位系統(tǒng)的整個(gè)框圖；

圖11為室內(nèi)定位系統(tǒng)中目標(biāo)位置求解模塊內(nèi)部框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

參見(jiàn)圖1，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的室內(nèi)定位方法，包括：S1，獲取多個(gè)信號(hào)接收端中的每一個(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值；S2，根據(jù)每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端接收的目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，計(jì)算該兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)發(fā)射端的距離比值，遍歷所有的信號(hào)接收端，得到多組兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的距離比值；S3,根據(jù)每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端的位置坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的距離比值，繪制出目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而得到所述目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡；S4，根據(jù)所述目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，利用模糊地圖策略求解得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置坐標(biāo)。

本實(shí)施例的步驟S1首先可為目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端配置多個(gè)信號(hào)接收端，可參見(jiàn)圖2，并獲取每一個(gè)信號(hào)接收端接收到的目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值。然后步驟S2根據(jù)多個(gè)信號(hào)接收端中的每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，計(jì)算該兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)發(fā)射端的距離比值。下面對(duì)如何根據(jù)兩個(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，計(jì)算該兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)發(fā)射端的距離比值進(jìn)行具體描述。

假設(shè)有兩個(gè)信號(hào)接收端，分別為第一信號(hào)接收端R1和第二信號(hào)接收端R2，第一信號(hào)接收端R1與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端T1之間的距離為d1，第二信號(hào)接收端R2與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端T1之間的距離為d2，第一信號(hào)接收端R1與第二信號(hào)接收端R2之間的距離為d。根據(jù)室內(nèi)無(wú)線信號(hào)衰減模型可得：

Pr(d₁)＝Pr(d₀)-10nlog 10(d₁/d₀)-X_σ1； (5-1)

Pr(d₂)＝Pr(d₀)-10nlog 10(d₂/d₀)-X_σ2； (5-2)

其中，上述公式(5-1)和公式(5-2)中d0為假設(shè)的初始信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端之間的初始距離，Pr(d₀)為初始信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，Pr(d₁)為第一信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，Pr(d₂)為第二信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，X_σ1為第一信號(hào)接收端相比初始信號(hào)接收端接收的信號(hào)衰減值，X_σ2為第二信號(hào)接收端相比初始信號(hào)接收端接收的信號(hào)衰減值，n為環(huán)境噪聲參數(shù)。

為避免多徑效應(yīng)帶來(lái)的信號(hào)衰減誤差，根據(jù)公式(5-1)與(5-2)，利用一階參數(shù)差分可得：

當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)接收端R1與第二信號(hào)接收端R2之間的距離d接近0時(shí)，第一信號(hào)接收端R1和第二信號(hào)接收端R2可認(rèn)為處于同一環(huán)境條件區(qū)域內(nèi)，即環(huán)境噪聲參數(shù)n相同，受到的多徑效應(yīng)干擾因素在小尺度條件下近似相等，因此，該項(xiàng)X_σ2-X_σ1可相互抵消，由公式(5-3)可得：

根據(jù)公式(5-4)可得到第一信號(hào)接收端R1和第二接收端R2分別距離目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端T1之間的距離比值：

由公式(5-5)可知，當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)接收端R1和第二信號(hào)接收端R2接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端T1發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值的差值為定值時(shí)，第一信號(hào)接收端R1和第二信號(hào)接收端R2與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端T1之間的距離比值即為定值。

下面對(duì)采用一階差分方法來(lái)降低空間中多徑效應(yīng)與環(huán)境噪聲對(duì)無(wú)線信號(hào)的影響的原理進(jìn)行介紹。

基于信號(hào)測(cè)距定位的實(shí)質(zhì)是依據(jù)信號(hào)能量隨距離成指數(shù)衰減的特性反映出接收端與發(fā)射端之間的距離信息，已知室內(nèi)環(huán)境中對(duì)無(wú)線信號(hào)產(chǎn)生的反射、衍射與干擾是產(chǎn)生多徑效應(yīng)的主要原因，在此選用路徑損耗模型分析各類干擾引起的功率偏差對(duì)產(chǎn)生誤差影響。定義信號(hào)強(qiáng)度參考衰減為δ：

δ＝Pr(d1)-Pr(d2)； (5-6)

根據(jù)公式(5-3)，得到距離d2與參考衰減δ的關(guān)系表達(dá)式：

求解距離d2關(guān)于δ的導(dǎo)數(shù)：

設(shè)在n個(gè)不同位置接收到的信號(hào)強(qiáng)度參考衰減向量為：

δ_i′＝(δ_i¹+δ_σ¹,δ_i²+δ_σ²,…,δ_iⁿ+δ_σⁿ)； (5-9)

每一信號(hào)參考衰減向量對(duì)應(yīng)距離向量為：

d_i′＝(d_i¹+d_σ¹,d_i²+d_σ²,…,d_iⁿ+d_σⁿ)； (5-10)

其中d_σ＝(d_σ¹,d_σ²,…d_σⁿ)為環(huán)境噪聲向量誤差δ_σ＝(δ_σ¹,δ_σ²,…δ_σⁿ)引起的距離向量誤差。由于環(huán)境噪聲較為平穩(wěn)，因此各位置δ_σ近似相等。由公式(5-8)可得：

分析公式(5-11)可知，距離向量誤差產(chǎn)生的原因與信號(hào)功率衰減成指數(shù)關(guān)聯(lián)，為降低距離向量誤差的產(chǎn)生，應(yīng)避免直接對(duì)距離與信號(hào)功率強(qiáng)度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此本實(shí)施例根據(jù)相同空間位置環(huán)境因素基本相同這一特點(diǎn)，采用一階差分方法，降低空間中多徑效應(yīng)與環(huán)境噪聲對(duì)無(wú)線信號(hào)的影響。

通過(guò)上述方法計(jì)算得到兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端之間的距離比值，對(duì)于本實(shí)施例中在室內(nèi)配置的多個(gè)信號(hào)接收端，收集每一個(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，可根據(jù)任意兩個(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，可計(jì)算出任意兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端之間的距離比值。本實(shí)施例中，分別計(jì)算多個(gè)信號(hào)接收端中的相鄰兩信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端之間的距離比值，遍歷所有的信號(hào)接收端，得到多個(gè)距離比值。

需要說(shuō)明的是，考慮到成本因素與實(shí)際部署難度，本實(shí)施例利用移動(dòng)單個(gè)信號(hào)接收端的方式獲得多個(gè)信號(hào)接收端，即本實(shí)施例只用到一個(gè)信號(hào)接收端，通過(guò)移動(dòng)將該信號(hào)接收端移動(dòng)到不同的信號(hào)，并獲取該信號(hào)接收端在不同位置處接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，這樣降低了信號(hào)接收端的部署密度的算法成本。具體的，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，控制信號(hào)接收端進(jìn)行定向移動(dòng)，信號(hào)接收端位移為：

已知信號(hào)接收端的初始位置與移動(dòng)速度可求得不同時(shí)刻信號(hào)接收端的位移，進(jìn)而確定不同時(shí)刻信號(hào)接收端的空間位置，根據(jù)不同時(shí)刻移動(dòng)位置可得信號(hào)接收端矩陣如下：

利用移動(dòng)信號(hào)接收端矩陣采集目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射的無(wú)線信號(hào)的功率強(qiáng)度，可以獲取信號(hào)接收端在不同位置接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的信號(hào)功率強(qiáng)度，在保證數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的前提下有效的降低硬件部署成本，提高設(shè)備的利用率。移動(dòng)矩陣中的虛擬信號(hào)接收端由單一信號(hào)接收端移動(dòng)得到，其位置計(jì)算公式如下：

定義四元組數(shù)據(jù)格式，對(duì)所有的信號(hào)接收端的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行格式歸一化，如下所示生成包括時(shí)間、強(qiáng)度值、ID、位置四項(xiàng)內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)：

Data＝<TimeStamp,RSSI,ID,Position>。

針對(duì)同一位置信號(hào)接收端時(shí)域中存在的無(wú)線信號(hào)噪聲與誤差，利用設(shè)計(jì)的一次指數(shù)平滑方法對(duì)每一個(gè)信號(hào)接收端接收到的信號(hào)的強(qiáng)度值進(jìn)行平滑處理，降低時(shí)域誤差，計(jì)算公式如(5-15)。

其中，利用一次平滑方法對(duì)信號(hào)強(qiáng)度值進(jìn)行平滑處理，主要是為了對(duì)時(shí)域上無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度采集誤差進(jìn)行消減，下面對(duì)時(shí)域上無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度采集誤差消減方法原理進(jìn)行一下介紹。

由于無(wú)線信號(hào)發(fā)送端與無(wú)線信號(hào)接收端硬件工作穩(wěn)定性的差異，導(dǎo)致無(wú)線信號(hào)接收端不同時(shí)間在同一位置接收信號(hào)強(qiáng)度存在一定的波動(dòng)與變化，為降低無(wú)線信號(hào)隨時(shí)間波動(dòng)對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性的影響，采用一次平滑方法對(duì)采集的信號(hào)強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行處理，假設(shè)信號(hào)接收端在距離無(wú)線信號(hào)發(fā)射端為d的位置接收信號(hào)。

在時(shí)間T內(nèi)采集n個(gè)信號(hào)，對(duì)應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度為：

x_i＝{x₁，x₂,…x_n}； (5-16)

根據(jù)一次指數(shù)平滑算法原理可得：

s_i＝ax_i+(1-a)s_i-1； (5-17)

其中a為平滑系數(shù)，s_i為信號(hào)強(qiáng)度累計(jì)值，分析一次指數(shù)平滑公式可得，平滑系數(shù)a就決定了當(dāng)前觀測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度值占最終結(jié)果的權(quán)重，因此根據(jù)室內(nèi)無(wú)線信號(hào)的傳播方式，為避免信號(hào)強(qiáng)度的波動(dòng)與誤差產(chǎn)生，平滑系數(shù)應(yīng)選取較小范圍，根據(jù)相關(guān)結(jié)論，當(dāng)數(shù)據(jù)有波動(dòng)，但長(zhǎng)期趨勢(shì)變化不大時(shí)，平滑系數(shù)值范圍常在0.1～0.4之間取值。根據(jù)無(wú)線信號(hào)傳播特點(diǎn)，本實(shí)施例設(shè)定一次平滑系數(shù)值為0.25。根據(jù)一次平滑原理可知所有先前的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量值都對(duì)當(dāng)前平滑值產(chǎn)生了影響，但其作用在遞減，因此經(jīng)過(guò)一次指數(shù)平滑處理后的信號(hào)強(qiáng)度參數(shù)即考慮了數(shù)據(jù)的前向完整性同時(shí)也兼顧了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，擁有無(wú)限記憶且權(quán)值呈指數(shù)級(jí)遞減，利用一次指數(shù)可以很好的降低時(shí)序上無(wú)線信號(hào)的波動(dòng)程度，降低信號(hào)的誤差，進(jìn)行一次指數(shù)平滑處理后的信號(hào)強(qiáng)度值的效果如圖3所示。

根據(jù)一次指數(shù)平滑處理后的信號(hào)強(qiáng)度值，利用移動(dòng)虛擬信號(hào)接收端矩陣計(jì)算相鄰位置的兩個(gè)信號(hào)接收端接收的目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)參數(shù)強(qiáng)度差值，根據(jù)上述公式(5-5)計(jì)算距離比值，進(jìn)而根據(jù)兩個(gè)信號(hào)接收端距離比值生成阿波羅尼斯圓軌跡。通過(guò)計(jì)算所有信號(hào)接收端中相鄰兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的距離比值，得到多個(gè)距離比值。

步驟S2得到多組距離比值后，根據(jù)每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端的位置坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的距離比值，繪制出目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的運(yùn)動(dòng)軌跡，遍歷所有的距離比值，得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，所述運(yùn)動(dòng)軌跡滿足阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡。繪制目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的運(yùn)動(dòng)軌跡具體為：參見(jiàn)圖4，為距離比值示意圖，在平面上給定相異兩點(diǎn)A和B，A和B即為兩個(gè)信號(hào)接收端的位置，設(shè)AB中垂線為y軸，A點(diǎn)的坐標(biāo)為(-t，0)，B點(diǎn)的坐標(biāo)為(t，0)，目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端P點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)與AB在同一平面上且滿足PA/PB＝λ，其中，λ即為距離比值。根據(jù)平面歐式距離公式可得：

當(dāng)λ≠1時(shí)，化簡(jiǎn)公式可得：

即P點(diǎn)的軌跡滿足阿波羅尼斯圓的軌跡方程，r為阿波羅圓軌跡的半徑，如圖5所示。其中圓軌跡的圓心為坐標(biāo)為半徑根據(jù)軌跡方程，設(shè)M、N分別為線段AB按定比λ分割的內(nèi)分點(diǎn)和外分點(diǎn)，則MN為圓軌跡的直徑，

根據(jù)多組距離比值，可以得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡方程，如圖6所示，通常的做法是聯(lián)立目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)阿波羅尼斯圓軌跡方程，得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置坐標(biāo)，可參見(jiàn)聯(lián)立公式(5-20)。

在通常情況下通過(guò)求取多個(gè)阿波羅尼斯圓軌跡的交點(diǎn)與公共區(qū)域可獲取目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置坐標(biāo)，由于求解多個(gè)圓聯(lián)立方程的過(guò)程計(jì)算復(fù)雜度較高，實(shí)際應(yīng)用中部署困難，為降低計(jì)算復(fù)雜度，提高算法效率，本實(shí)施例的步驟S4中采用蒙特卡洛方法模擬，利用模糊地圖策略求得目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置坐標(biāo)。其中，步驟S4的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：按照相等大小將定位區(qū)域劃分為多個(gè)單位面積，比如，本實(shí)施例中按照10cm*10cm大小將整個(gè)定位區(qū)域平均劃分為多個(gè)單位面積，可參見(jiàn)圖7，其中，定位區(qū)域可以根據(jù)多個(gè)阿波羅尼斯圓軌跡來(lái)確定，即整個(gè)定位區(qū)域包含所有的阿波羅尼斯圓軌跡。

對(duì)整個(gè)定位區(qū)域進(jìn)行了劃分之后，記錄每一個(gè)單位面積被包含的阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)量，當(dāng)單位面積被預(yù)設(shè)數(shù)量的阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡包含時(shí)，對(duì)該單位面積進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)整個(gè)定位區(qū)域標(biāo)記的單位面積，生成模糊地圖，以及根據(jù)信號(hào)接收端的每一個(gè)移動(dòng)周期，生成多張模糊地圖。具體生成模糊地圖的過(guò)程，首先判斷每一個(gè)單位面積是否在阿波羅尼斯圓軌跡之內(nèi)，可通過(guò)如下公式判定單位面積是否被阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡包含：

其中，(X_i，Y_i)為單位面積的中心坐標(biāo)，(X_oi，Y_oi)為阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心坐標(biāo)，R_i為阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑。

通過(guò)上述公式可知，當(dāng)單位面積的中心坐標(biāo)到阿波羅尼斯圓軌跡的中心坐標(biāo)之間的距離小于阿波羅尼斯圓軌跡的半徑時(shí)，認(rèn)為該單位面積被阿波羅尼斯圓軌跡包含。當(dāng)某一個(gè)單位面積同時(shí)被預(yù)定數(shù)量的阿波羅尼斯圓軌跡包含時(shí)，對(duì)該單位面積進(jìn)行標(biāo)記，比如，本實(shí)施例中的預(yù)定數(shù)量設(shè)定為3，即當(dāng)某一個(gè)單位面積同時(shí)被3個(gè)或3個(gè)以上的阿波羅尼斯圓軌跡包含，則將該單位面積標(biāo)記為1，否則，將單位面積標(biāo)記為0，這樣單位面積標(biāo)記為1的位置就形成了一張模糊地圖。隨著信號(hào)接收端的移動(dòng)，可以形成多張這樣的模糊地圖。

得到了多張模糊地圖后，對(duì)多張模糊地圖求取交集，即每一張模糊地圖上都標(biāo)記為1的單位面積位置，如圖8所示，就可以得到候選單位面積坐標(biāo)，即目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端最可能出現(xiàn)在這些位置。

然后按照預(yù)定方式計(jì)算每一個(gè)候選單位面積的權(quán)值，并根據(jù)每一個(gè)候選單位面積的坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的權(quán)值，計(jì)算得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置坐標(biāo)。計(jì)算每一個(gè)候選單位面積的權(quán)值的具體方法為，為每一個(gè)候選單位面積設(shè)定第一權(quán)值W_1i和第二權(quán)值W_2i，其中：

式中，Sk(Ti)表示單位面積Ti在信號(hào)接收端第K次移動(dòng)過(guò)程中被包含的阿波羅圓運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)量，i為候選單位面積數(shù)量；

式中，n_a表示整個(gè)定位區(qū)域內(nèi)選出的候選單位面積數(shù)量，n_ci表示與候選單位面積Ti連接在一起的候選單位面積的個(gè)數(shù)。

其中，第一權(quán)值W_1i表示單位面積被阿波羅圓軌跡包含的密度，即單位面積被越多的阿波羅圓軌跡包含，則密度越大，目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端存在于該位置的可能性也會(huì)越大。第二權(quán)值W_2i表示候選單位面積與其它的候選單位面積連接的密度，即當(dāng)與某一個(gè)候選單位面積相連接的其它候選單位面積越多，則該單位面積所在位置為目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置的可能性也會(huì)越大，因此，該候選單位面積的權(quán)值越大。

計(jì)算了每一個(gè)候選單位面積的兩種類型的權(quán)值后，計(jì)算每一個(gè)候選單位面積的總權(quán)值W_i＝W_1i×W_2i；根據(jù)每一個(gè)候選單位面積的中心坐標(biāo)(X_i，Y_i)以及每一個(gè)候選單位面積的總權(quán)值W_i，計(jì)算目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的最終位置坐標(biāo)其中，na表示整個(gè)定位區(qū)域內(nèi)選出的候選單位面積數(shù)量，至此定位到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的精確位置坐標(biāo)。

最后，還根據(jù)室內(nèi)環(huán)境對(duì)傳統(tǒng)的定位方法以及本實(shí)施例提供的定位方法進(jìn)行了定位精度測(cè)試，基于RFID設(shè)備的平均定位精度為0.46m，最大定位誤差為0.65m，最小定位誤差為0.15m，定位誤差方差為0.13；基于藍(lán)牙設(shè)備的平均定位精度為0.51m，最大定位誤差為0.72m，最小定位誤差為0.15m，定位誤差方差為0.12。通過(guò)測(cè)試表明，采用本實(shí)施例的定位算法具有較高的定位精度和定位穩(wěn)定性。

參見(jiàn)圖9，為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括信號(hào)強(qiáng)度獲取模塊21、距離比值計(jì)算模塊22、軌跡繪制模塊23和目標(biāo)位置求解模塊24。

信號(hào)強(qiáng)度獲取模塊21，用于獲取多個(gè)信號(hào)接收端中的每一個(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值；

距離比值計(jì)算模塊22，用于根據(jù)每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端接收的目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值，計(jì)算該兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)發(fā)射端的距離比值，遍歷所有的信號(hào)接收端，得到多組兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的距離比值；

運(yùn)動(dòng)軌跡繪制模塊23，用于根據(jù)每?jī)蓚€(gè)信號(hào)接收端的位置坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的距離比值，繪制出目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而得到所述目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，所述運(yùn)動(dòng)軌跡滿足阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡；

目標(biāo)位置求解模塊24，用于根據(jù)所述目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的多個(gè)阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡，利用模糊地圖策略求解得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置坐標(biāo)。

其中，參見(jiàn)圖10，本實(shí)施例提供的室內(nèi)定位系統(tǒng)還包括配置模塊20，用于通過(guò)移動(dòng)單個(gè)信號(hào)接收端為目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端配置多個(gè)虛擬信號(hào)接收端；

所述信號(hào)強(qiáng)度獲取模塊21，具體用于：

獲取每一個(gè)虛擬信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值。

參見(jiàn)圖11，目標(biāo)位置求解模塊24具體包括劃分單元241、標(biāo)記單元242、模糊地圖生成單元243、交集求取單元244和位置坐標(biāo)計(jì)算單元245。

劃分單元241，用于按照相等大小將定位區(qū)域劃分為多個(gè)單位面積；

標(biāo)記單元242，用于記錄每一個(gè)單位面積被包含的阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)量，當(dāng)單位面積被預(yù)設(shè)數(shù)量的阿波羅尼斯圓運(yùn)動(dòng)軌跡包含時(shí)，對(duì)該單位面積進(jìn)行標(biāo)記；

模糊地圖生成單元243，用于根據(jù)整個(gè)定位區(qū)域標(biāo)記的單位面積，生成模糊地圖，進(jìn)而根據(jù)信號(hào)接收端的每一個(gè)移動(dòng)周期，生成多張模糊地圖；

交集求取單元244，用于對(duì)所述多張模糊地圖求取交集，得到候選單位面積坐標(biāo)；

位置坐標(biāo)計(jì)算單元245，用于按照預(yù)定方式計(jì)算每一個(gè)候選單位面積的權(quán)值，并根據(jù)每一個(gè)候選單位面積的坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的權(quán)值，計(jì)算得到目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的位置坐標(biāo)。

本發(fā)明提供的一種室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)，基于差分定位理論，利用同環(huán)境無(wú)線信號(hào)小尺度多徑效應(yīng)衰減近似相等的原理，通過(guò)任意兩個(gè)信號(hào)接收端接收目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度值即可計(jì)算出兩個(gè)信號(hào)接收端與目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端之間的距離比值，便可繪制出目標(biāo)信號(hào)發(fā)射端的軌跡圖，相比現(xiàn)有的LANDMARC算法，無(wú)需根據(jù)將接收到的信號(hào)強(qiáng)度值依據(jù)路徑損耗模型轉(zhuǎn)化成距離信息，算法簡(jiǎn)便，并結(jié)合平面幾何原理與模糊地圖方法，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)線信號(hào)室內(nèi)傳播過(guò)程中多徑效應(yīng)等干擾因素的消減，提高室內(nèi)定位的精度，本方法適應(yīng)不同的室內(nèi)定位技術(shù)，具有良好的兼容性；利用單一的信號(hào)接收端移動(dòng)得到多個(gè)虛擬信號(hào)接收端，降低了硬件部署的密度，減小部署成本，便于算法的實(shí)際應(yīng)用。

最后，本申請(qǐng)的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。