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1、(10)申请公布号 CN 102821463 A (43)申请公布日 2012.12.12 CN 102821463 A *CN102821463A* (21)申请号 201210286571.7 (22)申请日 2012.08.13 H04W 64/00(2009.01) (71)申请人 西北工业大学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路 127 号 (72)发明人 张维 李文涛 田琦楠 王嘉 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心 61204 代理人 陈星 (54) 发明名称 一种基于信号强度的室内无线局域网移动用 户定位方法 (57) 摘要 本发明提出了一种基于信号强度的室内无线。
2、 局域网移动用户定位方法， 首先将待定位的室内 场景划分为 M 个标准网络， 以每个网格的几何中 心作为一个校正点 ； 在待定位的室内场景内有 N 个无线接入点的信号 ； 其次建立校正点的静态指 标和动态指标 ； 最后将待定位元件接收 RSS 值与 校正点的静态指标和动态指标进行对比， 当存在 唯一一个校正点， 使待定位元件接收 RSS 值与校 正点的静态指标和动态指标匹配时， 表示待定位 元件位于该校正点的标准网格内。本发明对于信 号非视距传播、 多径衰减明显和噪声较强的室内 复杂环境下对移动用户有较高的定位精确度和准 确度， 主要原因是不同 AP 间的相对 RSS 比单一 AP 的绝对 R。
3、SS 在动态环境中可靠性更高。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 1 页 1/2 页 2 1. 一种基于信号强度的室内无线局域网移动用户定位方法， 其特征在于 ： 包括以下步 骤 ： 步骤 1 ： 将待定位的室内场景划分为 M 个标准网络， 以每个网格的几何中心作为一个校 正点 ； 在待定位的室内场景内有 N 个无线接入点的信号 ； 步骤 2 ： 对 M 个校正点分别建立静态指标， 静态指标包括 ： 静态指标 1 ： 若校正点与第 x 个无线接入点的直线。
4、距离明显远于校正点与第 y 个无线 接入点的直线距离， 则该校正点存在指标 RSSx RSSy， 其中 RSSx和 RSSy分别对应第 x 个无 线接入点和第 y 个无线接入点的 RSS 观测值， x,y 1,2,N ； 若校正点与所有 N 个无线 接入点的直线距离无明显远近区别， 则默认匹配该指标 ； 静态指标 2 ： 当第 x 个无线接入点处在校正点的网格内时， 则该校正点存在指标 ： 第 x 个无线接入点的 RSS 观测值不小于其他无线接入点的 RSS 观测值 ； 若校正点的网格内没有 无线接入点时， 则默认匹配该指标 ； 步骤 3 ： 动态测量 M 个校正点接收的 N 个无线接入点的 。
5、RSS 值 ； 对于任一校正点， 得到 maxRSSx、 minRSSx、 averageRSSx以及 RSSDi,j， 其中 maxRSSx表示校正点处动态接收到的第 x 个无线接入点的RSS观测值最大值， minRSSx表示校正点处动态接收到的第x个无线接入点 的 RSS 观测值最小值， averageRSSx表示校正点处动态接收到的第 x 个无线接入点的 RSS 观 测值平均值， RSSDi,j表示校正点处动态接收到的第 i 个无线接入点的 RSS 观测值减去第 j 个无线接入点的 RSS 观测值后所得差值， i,j 1,2,N ； 则 M 个校正点各自的动态指标包括 ： 动态指标 1 。
6、： minRSSx RSSx maxRSSx； 动态指标2 ： 共有个不同的RSSDi,j， i,j1,2,N， 其中每个RSSDi,j共有三种可能 情况 ： RSSDi,j 0、 RSSDi,j 0 和 RSSDi,j 0， 表示组合计算 ； 步骤 4 ： 测量待定位元件接收的 N 个无线接入点的 RSS 值 ： RSS1,RSS2,RSSN， 并计算 待定位元件对应的个不同的 RSSDi,j， 将待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j与步 骤 2 及步骤 3 中各个校正点的指标按照静态指标 1、 静态指标 2、 动态指标 1 和动态指标 2 的次序依次进行对比， 当发。
7、现有指标不匹配时， 即停止对比 ； 当存在唯一一个校正点， 使得 待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j与该校正点的所有指标匹配时， 表示待定位元 件位于该校正点的标准网格内 ； 当待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j与多个校正点的所有指标都匹配， 或待 定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j不与任何一个校正点的所有指标匹配时， 则计算 待定位元件与每个校正点的 Euclid 距离 ： 则待定位元件位于 min(d) 对应的校正点的标准网格内。 2. 一种基于信号强度的室内无线局域网移动用户定位方法， 其特征在于 ： 包括以下步。
8、 骤 ： 步骤 1 ： 将待定位的室内场景划分为 M 个标准网络， 以每个网格的几何中心作为一个校 正点 ； 在待定位的室内场景内有 N 个无线接入点的信号 ； 权 利 要 求 书 CN 102821463 A 2 2/2 页 3 步骤 2 ： 动态测量 M 个校正点接收的 N 个无线接入点的 RSS 值 ； 对于任一校正点， 得到 maxRSSx、 minRSSx、 averageRSSx以及 RSSDi,j， 其中 maxRSSx表示校正点处动态接收到的第 x 个无线接入点的RSS观测值最大值， minRSSx表示校正点处动态接收到的第x个无线接入点 的 RSS 观测值最小值， avera。
9、geRSSx表示校正点处动态接收到的第 x 个无线接入点的 RSS 观 测值平均值， RSSDi,j表示校正点处动态接收到的第 i 个无线接入点的 RSS 观测值减去第 j 个无线接入点的 RSS 观测值后所得差值， x,i,j 1,2,N ； 则 M 个校正点各自的动态指标包括 ： 动态指标 1 ： minRSSx RSSx maxRSSx； 动态指标2 ： 共有个不同的RSSDi,j， i,j1,2,N， 其中每个RSSDi,j共有三种可能 情况 ： RSSDi,j 0、 RSSDi,j 0 和 RSSDi,j 0， 表示组合计算 ； 步骤 3 ： 测量待定位元件接收的 N 个无线接入点的。
10、 RSS 值 ： RSS1,RSS2,RSSN， 并计算 待定位元件对应的个不同的 RSSDi,j， 将待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j与步 骤 2 中各个校正点的指标按照动态指标 1、 动态指标 2 的次序依次进行对比， 当发现有指标 不匹配时， 即停止对比 ； 当存在唯一一个校正点， 使得待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j与该校正点的所有指标匹配时， 表示待定位元件位于该校正点的标准网格内 ； 当待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j与多个校正点的所有指标都匹配， 或待 定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 。
11、RSSDi,j不与任何一个校正点的所有指标匹配时， 则计算 待定位元件与每个校正点的 Euclid 距离 ： 则待定位元件位于 min(d) 对应的校正点的标准网格内。 权 利 要 求 书 CN 102821463 A 3 1/8 页 4 一种基于信号强度的室内无线局域网移动用户定位方法 技术领域 0001 本发明涉及一种室内无线局域网定位的方法， 属于无线定位领域， 具体为一种基 于信号强度的室内无线局域网移动用户定位方法。 背景技术 0002 由于 WI-FI 在市区的高覆盖率， 所以基于 WI-FI 的定位系统得到了广泛的发展。 普遍存在而且持续增加的 WI-FI 信号 “云” 已经覆盖。
12、市区， 而且有交叉重叠部分。另一方面 PDA、 笔记本和智能手机等移动设备中也都内置了无线网卡， 这使得使用 WI-FI 信号室内定 位成为可能， 虽然这些应用并不在最初的计划中。 与其他室内定位系统 （例如红外线室内定 位系统、 超声波室内定位系统、 射频识别室内定位系统） 相比， WI-FI 定位系统一般不需要添 加新的硬件， 系统部署简单， 维护成本低， 可扩展性较高。 0003 WLAN 最主要的一种工作模式是访问点模式， 利用无线接入点 （Access Point,AP） 承担无线网络覆盖和通信任务。AP 以一定的频率连续向外广播烟火信号， 标识自己的存在 和网络的基本信息， 以便 。
13、WLAN 客户端进行扫描识别。WLAN 客户端通过扫描不同 AP 发送的 烟火信号获取基本的无线网络信号信息 （比如信号 RSS 值） ， 进而估计移动用户的位置。 0004 基于 RSS 的 WLAN 定位有两种常见方法， 一种是信号强度分析法， 另一种是位置指 纹法。前者利用 RSS 与距离 （移动用户与 AP 的距离） 的关系， 建立信号的传播模型对目标进 行定位。其定位精度主要依赖于建立的信道衰减模型是否符合当前的复杂布局和结构。不 过由于墙壁等障碍物造成的信号衰减和多径效应以及环境的变化都会使此种方法定位精 度严重恶化。位置指纹定位法通过采集所需定位区域内校正点位置的 RSS 作为指。
14、纹信息， 与其对应的校正点位置生成位置指纹数据库， 然后利用移动用户测定的实时 RSS， 采用匹配 算法来确定与数据库中哪一组数据相匹配从而得出用户的实际位置。 0005 常见的与 RSS 相关的指纹信息有两种 ： 第一种是基于每个校正点接收不同 AP 的 RSS 平均值建立指纹库， 由于在室内存在多径衰落、 绕射等现象， 在同一个接收点 RSS 的起 伏多很大， 所以仅仅根据 RSS 平均值的位置指纹往往定位精度不高 ； 为了获取更高的定位 精度， 第二种方法概率定位法最近得到了关注， 此方法的指纹形式是一定时间内信号强度 的概率分布， 如直方图。但是 RSS 的分布是非高斯分布， 同时分布。
15、受到环境变动、 天线接收 方向改变等因素的影响。 因此， 为了得到较高的定位精度， 需要线下阶段在校正点处多次测 试 RSS 值， 而且需要多个校正点， 这无疑大大增加线下阶段的工作量和线上阶段的算法计 算量。 发明内容 0006 要解决的技术问题 0007 为解决现有技术存在的问题， 本发明提出了一种基于信号强度的室内无线局域网 移动用户定位方法。针对室内复杂环境中信号非视距传播而且 RSS 时变性强的问题， 建立 若干校正点的指标， 通过指标匹配实现室内无线局域网移动用户定位。 说 明 书 CN 102821463 A 4 2/8 页 5 0008 技术方案 0009 本发明的技术方案为 。
16、： 0010 所述一种基于信号强度的室内无线局域网移动用户定位方法， 其特征在于 ： 包括 以下步骤 ： 0011 步骤 1 ： 将待定位的室内场景划分为 M 个标准网络， 以每个网格的几何中心作为一 个校正点 ； 在待定位的室内场景内有 N 个无线接入点的信号 ； 0012 步骤 2 ： 对 M 个校正点分别建立静态指标， 静态指标包括 ： 0013 静态指标 1 ： 若校正点与第 x 个无线接入点的直线距离明显远于校正点与第 y 个 无线接入点的直线距离， 则该校正点存在指标 RSSx RSSy， 其中 RSSx和 RSSy分别对应第 x 个无线接入点和第 y 个无线接入点的 RSS 观测。
17、值， x,y 1,2,N ； 若校正点与所有 N 个 无线接入点的直线距离无明显远近区别， 则默认匹配该指标 ； 0014 静态指标 2 ： 当第 x 个无线接入点处在校正点的网格内时， 则该校正点存在指标 ： 第 x 个无线接入点的 RSS 观测值不小于其他无线接入点的 RSS 观测值 ； 若校正点的网格内 没有无线接入点时， 则默认匹配该指标 ； 0015 步骤 3 ： 动态测量 M 个校正点接收的 N 个无线接入点的 RSS 值 ； 对于任一校正点， 得到 max RSSx、 min RSSx、 averageRSSx以及 RSSDi,j， 其中 maxRSSx表示校正点处动态接收到 的。
18、第 x 个无线接入点的 RSS 观测值最大值， minRSSx表示校正点处动态接收到的第 x 个无线 接入点的RSS观测值最小值， averageRSSx表示校正点处动态接收到的第x个无线接入点的 RSS 观测值平均值， RSSDi,j表示校正点处动态接收到的第 i 个无线接入点的 RSS 观测值减 去第 j 个无线接入点的 RSS 观测值后所得差值， i,j 1,2,N ； 0016 则 M 个校正点各自的动态指标包括 ： 0017 动态指标 1 ： minRSSx RSSx maxRSSx； 0018 动态指标2 ： 共有个不同的RSSDi,j， i,j1,2,N， 其中每个RSSDi,j。
19、共有三种 可能情况 ： RSSDi,j 0、 RSSDi,j 0 和 RSSDi， j 0， 表示组合计算 ； 0019 步骤 4 ： 测量待定位元件接收的 N 个无线接入点的 RSS 值 ： RSS1,RSS2,RSSN， 并 计算待定位元件对应的个不同的 RSSDi,j， 将待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi， j 与步骤 2 及步骤 3 中各个校正点的指标按照静态指标 1、 静态指标 2、 动态指标 1 和动态指 标 2 的次序依次进行对比， 当发现有指标不匹配时， 即停止对比 ； 当存在唯一一个校正点， 使得待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi。
20、,j与该校正点的所有指标匹配时， 表示待定 位元件位于该校正点的标准网格内 ； 0020 当待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j与多个校正点的所有指标都匹配， 或待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j不与任何一个校正点的所有指标匹配时， 则 计算待定位元件与每个校正点的 Euclid 距离 ： 0021 0022 则待定位元件位于 min(d) 对应的校正点的标准网格内。 0023 所述一种基于信号强度的室内无线局域网移动用户定位方法， 其特征在于 ： 包括 以下步骤 ： 0024 步骤 1 ： 将待定位的室内场景划分为 M 个标准网络， 以每个网。
21、格的几何中心作为一 说 明 书 CN 102821463 A 5 3/8 页 6 个校正点 ； 在待定位的室内场景内有 N 个无线接入点的信号 ； 0025 步骤2 ： 动态测量M个校正点接收的N个无线接入点的RSS值 ； 对于任一校正点， 得 到 maxRSSx、 minRSSx、 averageRSSx以及 RSSDi,j， 其中 maxRSSx表示校正点处动态接收到的第 x 个无线接入点的 RSS 观测值最大值， minRSSx表示校正点处动态接收到的第 x 个无线接入 点的 RSS 观测值最小值， averageRSSx表示校正点处动态接收到的第 x 个无线接入点的 RSS 观测值平均。
22、值， RSSDi,j表示校正点处动态接收到的第 i 个无线接入点的 RSS 观测值减去第 j 个无线接入点的 RSS 观测值后所得差值， x,i,j 1,2,N ； 0026 则 M 个校正点各自的动态指标包括 ： 0027 动态指标 1 ： minRSSx RSSx maxRSSx； 0028 动态指标2 ： 共有个不同的RSSDi,j， i,j1,2,N， 其中每个RSSDi,j共有三种 可能情况 ： RSSDi,j 0、 RSSDi,j 0 和 RSSDi,j 0， 表示组合计算 ； 0029 步骤 3 ： 测量待定位元件接收的 N 个无线接入点的 RSS 值 ： RSS1,RSS2,R。
23、SSN， 并 计算待定位元件对应的个不同的 RSSDi,j， 将待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j 与步骤 2 中各个校正点的指标按照动态指标 1、 动态指标 2 的次序依次进行对比， 当发现有 指标不匹配时， 即停止对比 ； 当存在唯一一个校正点， 使得待定位元件的RSS1,RSS2,RSSN 和 RSSDi,j与该校正点的所有指标匹配时， 表示待定位元件位于该校正点的标准网格内 ； 0030 当待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j与多个校正点的所有指标都匹配， 或待定位元件的 RSS1,RSS2,RSSN和 RSSDi,j不与任何一个校正点。
24、的所有指标匹配时， 则 计算待定位元件与每个校正点的 Euclid 距离 ： 0031 0032 则待定位元件位于 min(d) 对应的校正点的标准网格内。 0033 有益效果 0034 本发明对于信号非视距传播、 多径衰减明显和噪声较强的室内复杂环境下对移动 用户有较高的定位精确度和准确度， 主要原因是不同AP间的相对RSS比单一AP的绝对RSS 在动态环境中可靠性更高。在同一实验环境下， 使用 RSS 均值作为位置指纹的定位可以在 50% 概率下实现定位误差 1.7m 之内， 90% 概率下实现定位误差 3.2m 之内而本发明方法可以 在 50% 概率下实现定位误差在 1.2m 之内， 在。
25、 90% 概率下实现定位误差在 2.9m 之内。 附图说明 0035 图 1 ： 实施例中的定位场景示意图。 具体实施方式 0036 下面结合具体实施例描述本发明 ： 0037 本实施例中的定位区域为室内 16m8m 的区域。 0038 本实施例采用的基于信号强度的室内无线局域网移动用户定位方法， 包括以下步 骤 ： 0039 步骤 1 ： 针对室内 16m8m 的定位区域， 将待定位的室内场景划分为 16 个标准网 络， 每个标准网格长4米， 宽2米， 以每个网格的几何中心作为一个校正点。 在待定位的室内 说 明 书 CN 102821463 A 6 4/8 页 7 场景内有 4 个无线接入。
26、点的信号， 具体的网格划分和无线接入点分布情况如图 1 所示。网 格划分的密度往往也决定了测量的精度。 0040 步骤 2 ： 对 16 个校正点分别建立静态指标， 静态指标包括 ： 0041 静态指标 1 ： 若校正点与第 x 个无线接入点的直线距离明显远于校正点与第 y 个 无线接入点的直线距离， 则该校正点存在指标 RSSx RSSy， 其中 RSSx和 RSSy分别对应第 x 个无线接入点和第 y 个无线接入点的 RSS 观测值， x,y 1,2,3,4 ； 若校正点与所有 4 个无 线接入点的直线距离无明显远近区别， 则默认自动匹配该指标 ； 0042 静态指标 2 ： 当第 x 个。
27、无线接入点处在校正点的网格内时， 则该校正点存在指标 ： 第 x 个无线接入点的 RSS 观测值不小于其他无线接入点的 RSS 观测值 ； 若校正点的网格内 没有无线接入点时， 则默认自动匹配该指标。 0043 静态指标为测量前在线下阶段通过明显的距离判断来建立的各个校正点的指标， 能够在测量定位判断时降低动态判断的次数， 提高判断效率。显然， 当不采用静态指标， 直 接采用动态指标也可以达到发明效果。 0044 本实施例中， 创建的 16 个校正点的静态指标为 ： 0045 说 明 书 CN 102821463 A 7 5/8 页 8 0046 0047 其中， 静态指标 1 中的 “/” 。
28、表示校正点与所有 4 个无线接入点的直线距离无明显 远近区别， 静态指标 2 中的 “/” 表示校正点的网格内没有无线接入点。 0048 步骤 3 ： 动态测量 16 个校正点接收的 4 个无线接入点的 RSS 值 ； 对于任一校正点， 动态多次测量 RSS 值， 得到 maxRSSx、 minRSSx、 averageRSSx以及 RSSDi， j， 其中 maxRSSx表示 校正点处动态接收到的第x个无线接入点的RSS观测值最大值， minRSSx表示校正点处动态 接收到的第x个无线接入点的RSS观测值最小值， averageRSSx表示校正点处动态接收到的 说 明 书 CN 102821。
29、463 A 8 6/8 页 9 第 x 个无线接入点的 RSS 观测值平均值， RSSDi,j表示校正点处动态接收到的第 i 个无线接 入点的 RSS 观测值减去第 j 个无线接入点的 RSS 观测值后所得差值， i,j 1,2,3,4 ； 0049 则 16 个校正点各自的动态指标包括 ： 0050 动态指标 1 ： minRSSx RSSx maxRSSx； 0051 动态指标 2 ： 共有个不同的 RSSDi,j， i,j 1,2,N， 其中每个 RSSDi,j共有三种 可能情况 ： RSSDi,j 0、 RSSDi,j 0 和 RSSDi,j 0， 表示组合计算 0052 本实施例中，。
30、 16 个校正点的动态指标， 以及 averageRSSx为 ： 0053 说 明 书 CN 102821463 A 9 7/8 页 10 0054 说 明 书 CN 102821463 A 10 8/8 页 11 0055 0056 步骤4 ： 测量待定位元件接收的4个无线接入点的RSS值 ： RSS1,RSS2,RSS3,RSS4， 并 计算待定位元件对应的 4 个不同的 RSSDi,j。如图 1 中， 在五角形处线上获得 RSS 观测值分 别为RSS1-62,RSS2-42,RSS3-70,RSS4-50， 将待定位元件的RSS1,RSS2,RSS3,RSS4 和计算得到的 RSSDi,。
31、j与步骤 2 及步骤 3 中各个校正点的指标进行对比， 对比结果为 ：（F 表 示不匹配， T 表示匹配） 0057 0058 结果表明， 只有校正点位置 7 使得待定位元件的 RSS1,RSS2,RSS3,RSS4和计算得到 的 RSSDi,j与该校正点的所有指标匹配。说明待定位元件位于校正点位置 7 的网格内。 0059 当待定位元件的RSS1,RSS2,RSS3,RSS4和RSSDi,j与多个校正点的所有指标都匹配， 或待定位元件的RSS1,RSS2,RSS3， RSS4和RSSDi,j不与任何一个校正点的所有指标匹配时， 则 计算待定位元件与每个校正点的 Euclid 距离 ： 0060 0061 则待定位元件位于 min(d) 对应的校正点的标准网格内。 说 明 书 CN 102821463 A 11 1/1 页 12 图 1 说 明 书 附 图 CN 102821463 A 12 。