基于信號傳播的室內(nèi)定位追蹤方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于信號傳播特征的室內(nèi)定位追蹤方法及系統(tǒng)。該方法包括：預(yù)存儲步驟，將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部署的訪問接入點(diǎn)的位置信息預(yù)先存儲至移動終端中；判斷步驟，根據(jù)用戶移動過程中RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢，判斷出當(dāng)前時刻用戶的移動情況；確定步驟，根據(jù)移動終端上采集的方向數(shù)據(jù)，確定用戶的移動方向；計算步驟，計算用戶與所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的距離，并基于當(dāng)前時刻用戶的移動情況與移動方向，定位用戶的當(dāng)前位置，并對其位置進(jìn)行追蹤。本發(fā)明通過處理用戶移動過程中信號強(qiáng)度變化信息來定位追蹤用戶的位置，提高了定位精度，降低了定位復(fù)雜度，可快速部署于通用的移動設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之上。
【專利說明】基于信號傳播的室內(nèi)定位追蹤方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)定位【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種室內(nèi)用戶位置的定位追蹤方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為位置感知類應(yīng)用的關(guān)鍵支撐技術(shù)，室內(nèi)無線定位一直以來具有重要的研究意義且積累了較多的研究工作。尤其是近年來移動設(shè)備數(shù)量的快速增長，以及將用戶位置作為情境感知重要信息的移動應(yīng)用和服務(wù)的迅速發(fā)展，對室內(nèi)定位技術(shù)的設(shè)備無依賴性、快速部署性和系統(tǒng)高效性提出了新的要求。由于無線信號強(qiáng)度具有若干較為顯著的可用于設(shè)備位置估計的特征，在相關(guān)的研究工作中終端接收的信號強(qiáng)度指示(Received SignalStrength Indicator, RSSI)成為了最普遍采用的一種信號測量指標(biāo)。
[0003]利用信號強(qiáng)度來進(jìn)行位置估計的方法可大致分為兩類。第一類方法通過理論或者經(jīng)驗(yàn)的路徑損耗模型將信號衰減轉(zhuǎn)換為距離，并利用三角幾何特性來計算用戶位置。然而由于建筑結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性和無線信號在室內(nèi)傳播的多路徑效應(yīng)，室內(nèi)不同位置通常具有差異較大的信號衰減特性，路徑損耗模型通常并不能準(zhǔn)確地刻畫真實(shí)環(huán)境中的信號衰減情況，此類方法的定位精度也因此面臨不同程度的退化。
[0004]第二類方法引入了現(xiàn)場勘測的系統(tǒng)訓(xùn)練階段，即對目標(biāo)空間進(jìn)行均勻采樣并建立采樣點(diǎn)的信號指紋數(shù)據(jù)庫。在服務(wù)階段中系統(tǒng)將未知位置處采集的信號指紋與數(shù)據(jù)庫中采樣點(diǎn)信號指紋進(jìn)行匹配，返回指紋最接近的采樣點(diǎn)位置作為定位結(jié)果。此類方法雖然在一定程度上消除了室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)異質(zhì)性對定位算法性能的影響，但訓(xùn)練階段中建立信號指紋數(shù)據(jù)庫所需的對目標(biāo)定位區(qū)域的現(xiàn)場勘測引入了大量的人力和時間成本，降低了此類方法在實(shí)際大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景中的可操作性，且信號指紋的匹配過程通常會引入較大的計算開銷，是影響系統(tǒng)效率的一個重要因素。
[0005]此外，因?yàn)橐陨蟽深惙椒ǖ亩ㄎ荒Ｐ途⒃陟o止?fàn)顟B(tài)下對信號進(jìn)行測量的基礎(chǔ)上，用戶移動所造成的信號測量結(jié)果的變化也將使其定位精度進(jìn)一步下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種基于信號傳播的室內(nèi)定位追蹤方法，該方法具有高精度、高通用性以及低復(fù)雜度。此外，還提供了一種基于信號傳播的室內(nèi)定位追S示系統(tǒng)。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種室內(nèi)用戶位置的定位追蹤方法，包括:預(yù)存儲步驟，將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部署的訪問接入點(diǎn)的位置信息預(yù)先存儲至移動終端中；判斷步驟，在用戶移動過程中，所述移動終端周期性采集所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的RSSI數(shù)據(jù)序列，根據(jù)RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢，判斷出當(dāng)前時刻用戶相對于所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況；確定步驟，根據(jù)所述移動終端上實(shí)時采集的方向數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前時刻該用戶相對于所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動方向；計算步驟，計算用戶與所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)之間的距離，并基于當(dāng)前時刻的移動情況和當(dāng)前時刻的移動方向，定位用戶的當(dāng)前位置，并對用戶位置進(jìn)行追蹤。
[0008]在一個實(shí)施例中，進(jìn)一步通過以下步驟來判斷出當(dāng)前時刻用戶與其所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況:對連續(xù)采集的RSSI數(shù)據(jù)實(shí)時進(jìn)行處理，檢測出RSSI數(shù)據(jù)序列的波峰和波谷；根據(jù)距離當(dāng)前時刻最近一次峰谷檢測所檢測出的結(jié)果、以及從該結(jié)果對應(yīng)的時刻到當(dāng)前時刻所采集到的RSSI數(shù)據(jù)來判斷當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢，其中，若當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢是上升，則判斷出當(dāng)前時刻用戶與其所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況是正在接近，若當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢是下降，則判斷出當(dāng)前時刻用戶與其所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況是正在遠(yuǎn)離。
[0009]在一個實(shí)施例中，若距離當(dāng)前時刻最近一次峰谷檢測所檢測出的是波谷，則將該波谷對應(yīng)的時刻作為起始時刻，查找從該起始時刻到當(dāng)前時刻所采集的RSSI數(shù)據(jù)中第一個大于或等于當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)，其中，若存在所述采樣點(diǎn)，且該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的差值大于或等于第一設(shè)定閾值，則查找該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻之間RSSI最大值，并且將該RSSI最大值對應(yīng)的采樣點(diǎn)作為波峰，當(dāng)前時刻的RSSI序列的變化趨勢為下降；若不存在所述采樣點(diǎn)或該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的差值小于第一設(shè)定閾值，則當(dāng)前時刻的RSSI序列的變化趨勢為上升。
[0010]在一個實(shí)施例中，若距離當(dāng)前時刻最近一次峰谷檢測所檢測出的是波峰，則將該波峰對應(yīng)的時刻作為起始時刻，查找從該起始時刻到當(dāng)前時刻所采集的RSSI數(shù)據(jù)中第一個小于或等于當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)，其中，若存在所述采樣點(diǎn)，且該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的差值大于或等于第二設(shè)定閾值，則查找該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻之間RSSI最小值，并且將該RSSI最小值對應(yīng)的采樣點(diǎn)作為波谷，當(dāng)前時刻的RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢為上升；若不 存在所述采樣點(diǎn)或該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的差值小于第二設(shè)定閾值，則當(dāng)前時刻的RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢為下降。
[0011]在一個實(shí)施例中，在所述確定步驟中，通過以下表達(dá)式來確定當(dāng)前時刻用戶相對于所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動方向:
[0012]0(t) = (cosa(l),sin a(t))
[0013]其中，a (t)是咖)在以北向?yàn)镺度，東西方向分別為90度和-90度的極坐標(biāo)系中
的角度，O)⑴計算為從Vbase到當(dāng)前時刻t之間從移動終端傳感器采集的設(shè)備朝向方向向
量的歸一化均值，其中Vbase是起始時刻tb_和t_ Λ J中的最大值，定義時間長度閾值A(chǔ)ot以關(guān)注最近一段時間內(nèi)用戶的移動方向。
[0014]在一個實(shí)施例中，在所述計算步驟中，使用通過以下表達(dá)式來計算用戶相對于所述移動終端所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的距離d(t):
[0015]d (t) =f (rssi (t))
[0016]其中，rssi (t)表示當(dāng)前時刻t的RSSI數(shù)值，轉(zhuǎn)換函數(shù)f表示將RSSI轉(zhuǎn)換為距離的經(jīng)驗(yàn)信號傳播模型，所述轉(zhuǎn)換函數(shù)f為一個三段的線性方程。
[0017]在一個實(shí)施例中，在所述計算步驟中，將用戶的當(dāng)前位置記作Z⑴=，其所關(guān)聯(lián)訪問接入點(diǎn)的位置已知為
【權(quán)利要求】
1.一種基于信號傳播特征的室內(nèi)定位追蹤方法，包括: 預(yù)存儲步驟，將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部署的訪問接入點(diǎn)的位置信息預(yù)先存儲至移動終端中； 判斷步驟，在用戶移動過程中，所述移動終端周期性采集所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的RSSI數(shù)據(jù)序列，根據(jù)RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢，判斷出當(dāng)前時刻用戶相對于所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況； 確定步驟，根據(jù)所述移動終端上實(shí)時采集的方向數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前時刻該用戶相對于所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動方向； 計算步驟，計算用戶與所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)之間的距離，并基于當(dāng)前時刻的移動情況和當(dāng)前時刻的移動方向，定位用戶的當(dāng)前位置，并對用戶位置進(jìn)行追蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位追蹤方法，其特征在于，進(jìn)一步通過以下步驟來判斷出當(dāng)前時刻用戶與其所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況: 對連續(xù)采集的RSSI數(shù)據(jù)實(shí)時進(jìn)行處理，檢測出RSSI數(shù)據(jù)序列的波峰和波谷； 根據(jù)距離當(dāng)前時刻最近一次峰谷檢測所檢測出的結(jié)果、以及從該結(jié)果對應(yīng)的時刻到當(dāng)前時刻所采集到的RSSI數(shù)據(jù)來判斷當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢， 其中，若當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢是上升，則判斷出當(dāng)前時刻用戶與其所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況是正在接近，若當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢是下降，則判斷出當(dāng)前時刻用戶與 其所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況是正在遠(yuǎn)離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的定位追蹤方法，其特征在于， 若距離當(dāng)前時刻最近一次峰谷檢測所檢測出的是波谷，則將該波谷對應(yīng)的時刻作為起始時刻，查找從該起始時刻到當(dāng)前時刻所采集的RSSI數(shù)據(jù)中第一個大于或等于當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)， 其中，若存在所述采樣點(diǎn)，且該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的差值大于或等于第一設(shè)定閾值，則查找該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻之間RSSI最大值，并且將該RSSI最大值對應(yīng)的采樣點(diǎn)作為波峰，當(dāng)前時刻的RSSI序列的變化趨勢為下降； 若不存在所述采樣點(diǎn)或該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的差值小于第一設(shè)定閾值，則當(dāng)前時刻的RSSI序列的變化趨勢為上升。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的定位追蹤方法，其特征在于， 若距離當(dāng)前時刻最近一次峰谷檢測所檢測出的是波峰，則將該波峰對應(yīng)的時刻作為起始時刻，查找從該起始時刻到當(dāng)前時刻所采集的RSSI數(shù)據(jù)中第一個小于或等于當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)， 其中，若存在所述采樣點(diǎn)，且該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的差值大于或等于第二設(shè)定閾值，則查找該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻之間RSSI最小值，并且將該RSSI最小值對應(yīng)的采樣點(diǎn)作為波谷，當(dāng)前時刻的RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢為上升； 若不存在所述采樣點(diǎn)或該采樣點(diǎn)與當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)的差值小于第二設(shè)定閾值，則當(dāng)前時刻的RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢為下降。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定位追蹤方法，其特征在于，在所述確定步驟中，通過以下表達(dá)式來確定當(dāng)前時刻用戶相對于所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動方向:
0(t) = (cosa(l),sin ^(Zl))其中，a (t)是δα)在以北向?yàn)镺度，東西方向分別為90度和-90度的極坐標(biāo)系中的角度，計算為從到當(dāng)前時刻t之間從移動終端傳感器采集的設(shè)備朝向方向向量的歸一化均值，其中是起始時刻tb_和t-Aj中的最大值，定義時間長度閾值A(chǔ)J以關(guān)注最近一段時間內(nèi)用戶的移動方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的定位追蹤方法，其特征在于，在所述計算步驟中，使用通過以下表達(dá)式來計算用戶相對于所述移動終端所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的距離d(t):
d (t) =f (rssi (t)) 其中，rssi(t)表示當(dāng)前時刻t的RSSI數(shù)值，轉(zhuǎn)換函數(shù)f表示將RSSI轉(zhuǎn)換為距離的經(jīng)驗(yàn)信號傳播模型，所述轉(zhuǎn)換函數(shù)f為一個三段的線性方程。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定位追蹤方法，其特征在于，在所述計算步驟中，將用戶的當(dāng)前位置記作?ο=(-ν(Ο^ΚΟ),其所關(guān)聯(lián)訪問接入點(diǎn)的位置已知為—(.(、⑴士小小按照仏卜^^⑴+^⑴^⑴計算得到用戶的當(dāng)前位置’按照直角坐標(biāo)的方式展開為:
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的定位追蹤方法，其特征在于， 在檢測出RSSI序列的波谷時，同時檢測距離該波谷最近一段時間內(nèi)用戶移動方向，若波谷附近用戶的移動方向未發(fā)生改變，則忽略該波谷。
9.一種基于信號傳播特征的室內(nèi)定位追蹤系統(tǒng)，包括: 預(yù)存儲模塊，其用于存儲目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部署的訪問接入點(diǎn)的位置信息； 判斷模塊，其根據(jù)在用戶移動過程中周期性采集所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢，判斷出當(dāng)前時刻用戶與其所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況； 確定模塊，其根據(jù)實(shí)時采集的方向數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前時刻該用戶相對于所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動方向； 計算模塊，其用于計算用戶與所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)之間的距離，并基于當(dāng)前時刻的移動情況和當(dāng)前時刻的移動方向，定位用戶的當(dāng)前位置，并對用戶位置進(jìn)行追蹤。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的定位追蹤系統(tǒng)，其特征在于，在所述判斷模塊中，進(jìn)一步包括: 峰谷檢測單元，其用于對連續(xù)采集的RSSI數(shù)據(jù)實(shí)時進(jìn)行處理，檢測出RSSI數(shù)據(jù)序列的波峰和波谷； RSSI變化趨勢判斷單元，其根據(jù)距離當(dāng)前時刻最近一次峰谷檢測所檢測出的結(jié)果、以及從該結(jié)果對應(yīng)的時刻到當(dāng)前時刻所采集到的RSSI數(shù)據(jù)來判斷當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢， 其中，若當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢是上升，則判斷出當(dāng)前時刻用戶與其所關(guān)聯(lián)的訪問接入點(diǎn)的移動情況是正在接近，若當(dāng)前時刻RSSI數(shù)據(jù)序列的變化趨勢是下降，則判斷出當(dāng)前時刻用戶與其所關(guān)聯(lián) 的訪問接入點(diǎn)的移動情況是正在遠(yuǎn)離。
【文檔編號】H04W64/00GK103763680SQ201410032582
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】李賀武, 張文濤, 范云濤, 李風(fēng)華, 吳茜 申請人:清華大學(xué)