一種基于Wi-Fi的室內(nèi)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于空間定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Wi-Fi的室內(nèi)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間定位技術(shù)不僅應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，也越來越多的應(yīng) 用在民用領(lǐng)域。尤其是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的今天，基于位置的服務(wù)已經(jīng)成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng) 用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0003] 目前常用的空間定位系統(tǒng)有全球定位系統(tǒng)(Global PositioMiMg System,GPS)和 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)。這兩種定位系統(tǒng)可在無遮擋環(huán)境下滿足室外定位的要求，可是當(dāng)在室 內(nèi)環(huán)境或建筑物密集的街道中，由于衛(wèi)星信號(hào)被建筑物等阻隔，定位精度低，難以達(dá)到室內(nèi) 定位的要求。隨著IEEE802.il技術(shù)的成熟，Wi-Fi的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍。雖然Wi-Fi并不是為 定位而設(shè)計(jì)，但Wi-Fi的接入點(diǎn)(Access PoiMt，AP)定期發(fā)送的信號(hào)中所含的接收信號(hào)強(qiáng)度 (Received SigMal StreMgth，RSS)信息為定位提供了可能性，將其應(yīng)用于定位場(chǎng)合受到了 學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。
[0004] 但是，由于室內(nèi)環(huán)境下障礙物比較多，Wi-Fi信號(hào)很多時(shí)候無法通過L0S(LiMe of Sight)路徑到達(dá)，而只能通過MLOS(M〇M LiMe of Sight)路徑傳播，從而使電磁信號(hào)經(jīng)歷了 由障礙物引起的附加傳播損耗，使得基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received SigMal StreMgth 頂dicatioM，RSSI)的測(cè)距不準(zhǔn)確，因此ML0S路徑傳播對(duì)定位精度影響很大，如何識(shí)別和消 除ML0S傳播造成的影響，成為提尚室內(nèi)定位精度的一個(gè)關(guān)鍵因素。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，研究人員已經(jīng)提出了幾種鑒別和抑制ML0S誤差的方法，其中，鑒別方 法主要包括:Wy 1 ie識(shí)別算法、殘差分析判決法、假設(shè)檢驗(yàn)判決法等;抑制算法主要有殘差加 權(quán)(Rwgh)算法、加權(quán)最小二乘(WLS)算法、帶約束條件的最優(yōu)化求解算法等。但這些方法都 需要ML0S誤差的統(tǒng)計(jì)特性或歷史信息，而在實(shí)際應(yīng)用中獲得這些統(tǒng)計(jì)特性或歷史信息的難 度很大，不利于定位精度的提高，同時(shí)增加了定位技術(shù)的開發(fā)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種基于Wi-Fi的室內(nèi)定位方法，通過計(jì)算幾何面積 來進(jìn)行測(cè)距優(yōu)化，有效消除了NL0S因素對(duì)室內(nèi)定位造成的影響，提高了定位精度。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于Wi-Fi的室內(nèi)定位方法，所述方法包括以 下步驟：
[0008] 步驟1，計(jì)算待定點(diǎn)到Wi-Fi第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)測(cè)量距離和第i+1個(gè) 測(cè)量距離，得到待定點(diǎn)的第i個(gè)偏移位置；
[0009] 步驟2,計(jì)算待定點(diǎn)真實(shí)位置與Wi-Fi室內(nèi)所有相鄰節(jié)點(diǎn)所組成的三角形面積之和 得到第一總面積，同時(shí)計(jì)算待定點(diǎn)所有偏移位置與Wi-Fi室內(nèi)所有相鄰節(jié)點(diǎn)所組成的三角 形面積之和得到第二總面積，計(jì)算所述第二總面積與所述第一總面積的差記為偏移總面 積；
[0010] 步驟3,根據(jù)信號(hào)衰減值與所述偏移總面積建立計(jì)算待定點(diǎn)真實(shí)位置、第i個(gè)偏移 位置與第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的四邊形面積的第一方程；
[0011] 步驟4,根據(jù)所述第i個(gè)測(cè)量距離、第i+1個(gè)測(cè)量距離、第i個(gè)節(jié)點(diǎn)到第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)的 距離及海倫公式，計(jì)算待定點(diǎn)的第i個(gè)偏移位置與Wi-Fi第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的 三角形面積記為第i個(gè)測(cè)量面積；
[0012] 步驟5,設(shè)定待定點(diǎn)與Wi-Fi第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)真實(shí)距離和第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)的第i+1個(gè) 真實(shí)距離、第i個(gè)節(jié)點(diǎn)到第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離及海倫公式，計(jì)算待定點(diǎn)真實(shí)位置與Wi-Fi第i 個(gè)節(jié)點(diǎn)和第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的三角形面積記為第i個(gè)真實(shí)面積；
[0013]步驟6,將第i個(gè)測(cè)量面積與第i個(gè)真實(shí)面積作差，得到由待定點(diǎn)真實(shí)位置、第i個(gè)偏 移位置與第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的四邊形面積的第二方程；
[0014]步驟7,將所述第一方程與所述第二方程進(jìn)行聯(lián)立，得到真實(shí)距離的第i求解方程； [0015]步驟8,對(duì)Wi-Fi所有節(jié)點(diǎn)重復(fù)步驟2至步驟7,得到待定點(diǎn)到所有節(jié)點(diǎn)的真實(shí)距離 的求解方程，建立求解方程組；
[0016]步驟9,對(duì)所述方程組進(jìn)行求解，得到所述待定點(diǎn)真實(shí)距離的解；
[0017]步驟10,將所述真實(shí)距離的解代入三邊質(zhì)心定位算法中對(duì)待定點(diǎn)進(jìn)行定位。
[0018] 上述方案中，設(shè)定Wi-Fi在室內(nèi)有3個(gè)節(jié)點(diǎn)AP^AP3,待定點(diǎn)為0，PLi是Wi-Fi節(jié)點(diǎn) APi到待定點(diǎn)0的信號(hào)衰減值，待定點(diǎn)0到各Wi-Fi節(jié)點(diǎn)APi的真實(shí)距離為dSi，Wi-Fi節(jié)點(diǎn)APi到 APj的距離為dij;
[0019] 步驟2進(jìn)一步包括：
[0020]依次計(jì)算0與所有相鄰節(jié)點(diǎn)所組成的三個(gè)三角形的面積512、523、531，其中，S 12為0與 第1個(gè)節(jié)點(diǎn)和第2個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的三角形的面積，S23為0與第2個(gè)節(jié)點(diǎn)和第3個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的 三角形的面積，S 31為0與第3個(gè)節(jié)點(diǎn)和第1個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的三角形的面積;計(jì)算S = S12+S23+ S31 ;
[0021]設(shè)定待定點(diǎn)的偏移位置為(/，依次計(jì)算與所有相鄰節(jié)點(diǎn)所組成的三個(gè)三角形的 面積5/12、5/23、5/31，其中，5/12為0 /與第1個(gè)節(jié)點(diǎn)和第2個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的三角形的面積，5/23 為〇'與第2個(gè)節(jié)點(diǎn)和第3個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的三角形的面積，S'31為0'與第3個(gè)節(jié)點(diǎn)和第1個(gè)節(jié)點(diǎn) 所組成的三角形的面積;計(jì)算S = S' 12+S'23+S'31;
[0022] 計(jì)算偏移總面積AS = S/_S。
[0023] 上述方案中，所述步驟3進(jìn)一步包括：矣
[0024]所述第一方程具體為
[0026]上述方案中，計(jì)算待定點(diǎn)0到Wi-Fi節(jié)點(diǎn)APi的測(cè)量距離dSi '；其中，i = 1，2，3;相應(yīng) 的，
[0027]所述第1個(gè)至第3個(gè)測(cè)量面積為：

[0030]所述第1個(gè)至第3個(gè)真實(shí)面積為
[0033] 所述第二方程為：
[0034] ASi2 = S/i2-Si2
[0035] A S23 = S/ 23_S23
[0036] ASi3 = S/ 31-S31
[0037] 上述方案中，將所述第一方程與所述第二方程聯(lián)立，求解得到(^:的表達(dá)式，其中 自變量為 dSi'、dij、PLi;
[0038]將dSi作為dSi'的優(yōu)化值，代入三邊質(zhì)心定位算法中對(duì)待定點(diǎn)0進(jìn)行定位。
[0039]從以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)施例的一種基于Wi-Fi的室內(nèi)定位方法，首先通 過待定點(diǎn)的偏移位置計(jì)算出真實(shí)位置、偏移位置及所有相鄰節(jié)點(diǎn)所組成的四邊形的面積并 記為偏移總面積，在此位置信息基礎(chǔ)上，再結(jié)合信號(hào)強(qiáng)度變化，通常為信號(hào)衰減值，建立計(jì) 算待定點(diǎn)真實(shí)位置、偏移位置與第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第i + 1個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的四邊形面積的第一方 程;另一方面，根據(jù)路徑損耗模型計(jì)算待定點(diǎn)到具體的兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離，如第i個(gè) 節(jié)點(diǎn)和第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)測(cè)量面積及設(shè)定的真實(shí)面積得到第i個(gè)測(cè)量面積、第i個(gè)真實(shí)面 積，進(jìn)一步得到計(jì)算待定點(diǎn)真實(shí)位置、偏移位置與第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的四邊 形面積的第二方程，將所述第一方程與所述第二方程進(jìn)行聯(lián)立，得到真實(shí)距離的第i求解方 程;對(duì)Wi-Fi所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行方程的聯(lián)立，得到待定點(diǎn)到所有節(jié)點(diǎn)的真實(shí)距離的求解方程，建 立求解方程組;對(duì)所述方程組進(jìn)行求解，得到所述待定點(diǎn)真實(shí)距離的解。其實(shí)真實(shí)距離的解 是測(cè)量值的優(yōu)化值，然后將優(yōu)化值代入三邊質(zhì)心定位算法中進(jìn)行定位。本實(shí)施例以二維空 間中Wi-Fi節(jié)點(diǎn)的位置信息和信號(hào)強(qiáng)度為基礎(chǔ)，基于路徑損耗模型和海倫三角形面積法，通 過簡單的計(jì)算多個(gè)三角形的面積，對(duì)測(cè)量距離進(jìn)行優(yōu)化，有效的提高了定位精度，巧妙的消 除了 NL0S對(duì)室內(nèi)定位的影響，解決了原有消除NL0S影響需要獲得NL0S統(tǒng)計(jì)特性或歷史信息 的問題。
【附圖說明】
[0040]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，