[发明专利]一种基于多层指纹匹配的室内定位方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种基于多层指纹匹配的室内定位方法。具体说就是结合WiFi指纹和路径-损耗模型，同时考虑参考节点的规则选取与随机选取的定位方法。建立四层指纹地图，分别是规则指纹地图、随机指纹地图、规则指纹距离地图、随机指纹距离地图。利用四层地图对目标进行综合定位。属于WiFi室内定位及无线传输与导航领域。

背景技术

随着人类社会的发展，人们对于自身位置信息的需求日益增加。全球导航卫星系统(GNSS)进行室外定位拥有很高的精确度。但由于其信号不能穿透建筑物进行传输，导致其在室内环境中并不能进行有效的定位。为了满足人们对任意时间，任意位置的定位需求，室内定位技术已经成为国内外专家和学者的重点研究方向。

为了解决高密集建筑群区和室内定位难题，国内外专家提出了一系列技术方案。如超宽带技术，超声波技术，他们均需要较大的基础设施投入，成本较大；射频识别技术中射频信号不能用来通信，难以与其他系统整合；红外技术和蓝牙技术的系统缺乏良好的稳定性。随着智能终端的发展和WLAN设施的日益完善，从技术成熟和大规模应用的角度看，WiFi室内定位技术逐渐成为一种广泛主流的，并且具有无限潜力的技术。

WiFi技术容易受到室内多径环境的限制，本发明提出了一种利用多层指纹进行匹配的室内定位方法，提高了利用WiFi进行室内定位的精确度，降低了室内复杂环境对定位结果的影响。

发明内容

本发明的目的在于:提供一种基于多层指纹匹配的室内定位方法，依照规则参考点和随机参考点的接收信号强度以及实际位置和基于路径-损耗模型的距离构建指纹数据库，采用多层指纹的策略以解决室内多径环境的影响，提高室内定位精度。

本发明的技术方案：

基于室内环境使用的WiFi定位技术，本发明提出了一种四层指纹匹配室内定位方法。该方法利用参考节点规则选取和随机选取的不同，以接收信号强度和距离为基准，设计了四层指纹地图。在得到了目标位置的信号接收强度值以后，利用此强度值可以在规则指纹和随机指纹地图上进行定位。在利用路径-衰减模型将信号强度值转换为距离后，又可以在规则指纹距离地图和随机指纹距离地图上进行定位。综合对四层指纹匹配的结果，实现目标位置的定位。

本发明提供了一种基于多层指纹匹配的室内定位方法，主要包括四层指纹地图，其分别为：

(1)规则指纹地图：其中参考节点按照每隔一定距离取一点的规则选取，该指纹地图主要存储参考点的接收信号强度信息。地图上两个点间的距离关系为它们的WiFi接收信号强度值。

(2)随机指纹地图：其中参考节点由程序随机选取，该指纹地图主要存储参考点的接收信号强度信息。地图上两个点间的距离关系为它们的WiFi接收信号强度值。

(3)规则指纹距离地图：根据距离-损耗模型公式，将规则指纹地图中存储的参考点的接收信号强度信息，转换为距离信息，构成规则指纹距离地图。

(4)随机指纹距离地图：根据距离-损耗模型公式，将规则指纹地图中存储的参考点的接收信号强度信息，转换为距离信息，构成规则指纹距离地图。

本发明一种基于多层指纹匹配的室内定位方法，它包括以下几个步骤：

步骤一：根据室内环境，构建四层指纹地图；

其中，对于指纹地图，存储每个参考节点接收到的来自各个信号接入点(AP)的信号接收强度值以及每个参考节点与AP之间的实际距离。对第i个信号接入点，收到的接收信号强度值存储为向量：

RSS_i＝(RSS_i1,RSS_i2,…RSS_ij,…,RSS_in)

其中，RSS_i为第i个参考点的位置的接收信号强度向量。RSS_ij为第i个参考节点接收到来自第j个AP的信号接收强度。将规则选取的参考节点和随机选取的参考节点的位置信息和对应的距离信息合在一起，共同组成包含规则指纹和随机指纹的指纹数据库。

对于距离地图，根据路径-损耗模型，将指纹地图中的接收信号强度矢量转化为距离矢量，即距离地图中存储每个参考节点与各个AP之间距离。

其中，路径-损耗模型方程为：