[发明专利]一种无线信号指纹匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线室内定位技术领域，尤其涉及一种应用于室内精确定位的无线信号指纹匹配方法。

背景技术

智能手机的广泛普及和无线设备的大规模推广催生了大量关于无线室内定位的研究。目前大多数的室内定位方法利用环境中已有的无线接入点（Access Point，AP）（如WiFi、GSM、ZigBee等无线技术的接入点）来实现定位。由于接收信号强度（Received Signal Strength，RSS）的易获得性，其成为最常用的物理特征。对于各个AP的接收信号强度通常可以直接从无线网络设备上读取。采用无线信号作为位置特征的方法成为最广泛使用的室内定位方法，又称基于指纹的室内定位或指纹定位。

无线指纹定位方法通常分为两阶段：训练和运行。在训练阶段,需要对定位环境进行现场勘测。在这个过程中，工程师通过在感兴趣区域中的各个位置记录RSS指纹来建立一个指纹数据库。即将指纹和与其相关的位置一起记录在数据库中。在运行阶段,当用户发送一个位置查询的请求时，定位算法利用该用户目前的RSS指纹检索指纹数据库并返回最佳匹配的记录，将该记录对应的位置作为用户的位置估计。

指纹匹配算法直接关乎定位精度。由于无线信号在复杂的室内环境下传播受到多径、折射、反射等影响，再加上环境的动态性，无线信号指纹存在时间上不稳定、空间上不唯一的问题。具体而言，主要表现为：

1）同空间位置可能检测到相似的指纹。换言之，同一条用户指纹可能与空间中相隔很远的两个位置上的指纹均具有较高的相似性，从而给用户指纹的位置估计带来不确定性。

2）AP的不稳定性，接收信号强度在短时间内呈现小幅度的波动，在长时间内呈现大幅度的变化。而且不同AP所表现的出来的稳定性各不相同。

现有的信号指纹匹配技术中都没有考虑上述因素，往往造成错误匹配或者匹配精度较低等问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种无线信号指纹匹配方法，解决现有技术中匹配准确度和精度不高的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种无线信号指纹匹配方法，包括如下步骤：

S1、在指纹数据库中选定一条指纹记录F_k；

S2、确定用户指纹F_u与F_k的各个公共表征AP；

S3、计算各个所述公共表征AP的表征能力系数；

S4、根据上述各个公共表征AP的接收信号强度差和所述表征能力系数，计算F_u与F_k的匹配距离；

S5、更新k值，重复上述步骤，直至得到用户指纹F_u与指纹数据库中的所有指纹记录的匹配距离；

S6、找出与用户指纹F_u的欧式距离最小且相邻指纹与用户指纹F_u的匹配距离满足一定阈值的指纹作为用户指纹F_u的目标指纹，对应的位置为用户位置；

所述各个公共表征AP的接收信号强度差标记为ΔF=[x_i,i＝1,2,...,Q]，其中Q为公共表征AP的个数。

优选地，步骤S3之后还包括步骤：

S3B、对所述F_u与F_k对应公共表征AP的接收信号强度差进行规约。

具体地，所述S3B的具体实现步骤为：

S3B1、根据最小二乘中值定理，对所述ΔF生成回归估计值；

S3B2、判断各个公共表征AP的接收信号强度差是否异常值；

S3B3、用步骤S3B1得到的回归估计值替代对应的异常的公共表征AP的接收信号强度差。

具体地，所述步骤S3B2判断各个公共表征AP的接收信号强度差是否异常值具体为：

判断每一个公共表征AP的接收信号强度差x_i（i∈{1,2,...,Q}）对应的估计残差是否超过设定的阈值，若超过该阈值则判定x_i为异常值；否则判定为非异常值。

具体地，所述步骤S3B2判断各个公共表征AP的接收信号强度差是否异常值具体为：

根据x_i（i∈{1,2,...,Q}）的抗性诊断指标判断接收信号强度差x_i是否为异常值。x_i的抗性诊断指标RD_i具体为：