內(nèi)定位算法相比，本發(fā)明提供的室內(nèi)定位方法具 有W下優(yōu)點(diǎn)：
[008引1、在創(chuàng)建虛擬信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫DBVT過程中，采用局部高斯過程計(jì)算虛擬參考點(diǎn)的 信號(hào)強(qiáng)度，可W在僅采集少量參考點(diǎn)的情況下完成整個(gè)空間大量虛擬參考點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度訓(xùn) 練數(shù)據(jù)生成，不用進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)采集，降低了數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建和維護(hù)成本；
[0089] 2、由于創(chuàng)建虛擬信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫DBVT僅需少量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化需要更 新信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫，僅需要更新少量參考點(diǎn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)維護(hù)成本大幅降低；
[0090] 3、本發(fā)明采用的距離計(jì)算算法，可減少不可靠的虛擬參考點(diǎn)對(duì)定位結(jié)果的影響， 提高可靠性高的虛擬參考點(diǎn)對(duì)定位結(jié)果的影響，從而提高在較少參考點(diǎn)情況下的室內(nèi)定位 精度；
[0091] 4、采用本發(fā)明提供的定位方法，能提高虛擬數(shù)據(jù)庫覆蓋范圍，使其大于訓(xùn)練參考 點(diǎn)覆蓋范圍，使其可定位范圍比常規(guī)室內(nèi)定位方法的要大。
[0092] 本文中接入點(diǎn)是信號(hào)源，參考點(diǎn)是空間中的某一個(gè)點(diǎn)，定位前，工作人員事先在參 考點(diǎn)測量不同的接入點(diǎn)處接收的信號(hào)強(qiáng)度，將參考點(diǎn)的坐標(biāo)與測量到的信號(hào)強(qiáng)度存入虛擬 指紋數(shù)據(jù)庫，所得虛擬指紋數(shù)據(jù)庫可為訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫。公式(9)中的P可根據(jù)使用環(huán)境的不同 進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0093] 在訓(xùn)練階段，根據(jù)室內(nèi)布局特點(diǎn)，隨機(jī)采集少量信號(hào)，參考點(diǎn)分布可W根據(jù)實(shí)際需 要調(diào)整，經(jīng)?；顒?dòng)的區(qū)域可W多采集，其他區(qū)域可W少采集，將位置和與之對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度 組合為信號(hào)指紋，將信號(hào)指紋存入數(shù)據(jù)庫構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫。根據(jù)所需定位區(qū)域范圍，生成大 量均勻分布的，覆蓋整個(gè)定位區(qū)域的虛擬參考點(diǎn)，采用局部高斯過程估計(jì)所有虛擬參考點(diǎn) 信號(hào)強(qiáng)度，構(gòu)建虛擬數(shù)據(jù)庫。在定位階段，基于虛擬數(shù)據(jù)庫，采用改進(jìn)KWr^N算法估計(jì)用戶位 置。
[0094] 具體算例：
[0095] 1)首先隨機(jī)采集室內(nèi)信號(hào)指紋，構(gòu)建參考點(diǎn)指紋數(shù)據(jù)庫DBtT,根據(jù)參考點(diǎn)指紋訓(xùn)練 數(shù)據(jù)庫通過隨機(jī)行走構(gòu)建虛擬參考點(diǎn)，虛擬參考點(diǎn)的分布如圖2所示。
[0096] 通過運(yùn)個(gè)步驟，構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫DBtT,數(shù)據(jù)庫中包含圖2中所有參考點(diǎn)坐標(biāo)W及信 號(hào)強(qiáng)度RSS值；
[0097] 2)基于參考點(diǎn)指紋訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫DBtT,采用局部高斯過程生成虛擬指紋數(shù)據(jù)庫DB-, 具體是使用下式計(jì)算所有虛擬參考點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度：
[009引 批"=片(K+口. ?。? 民SS CIO)
[0099] 計(jì)算所有虛擬參考點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度后，構(gòu)成虛擬指紋數(shù)據(jù)庫DB-,信號(hào)強(qiáng)度分布如圖3 所示。
[0100] 步驟3:基于本文提出的IKWr^N算法和虛擬指紋數(shù)據(jù)庫DBVT對(duì)用戶進(jìn)行定位；
[0101] 假設(shè)用戶在時(shí)刻t巧慢的RSS向量為RSSt，RSSt={RSSt,j，j = l，2,…，a}。可W計(jì)算 該信號(hào)與虛擬數(shù)據(jù)庫中任意虛擬參考點(diǎn)n的距離：
[0102] 武。=4'r+《r (5)
[0103] 選擇其中距離最小的m個(gè)，采用加權(quán)平均算法計(jì)算用戶位置：
[0104] (；呆，粟)=(S'，Z(8) /-?=0 /=U
[0105]其中兩是歸一化后的權(quán)重：
[0107] 從而得到用戶t時(shí)刻最終位置巧，旁,）。
[0108] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的范圍不限制于W上討論的示例，有可能對(duì)其進(jìn)行 若干改變和修改，而不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。盡管己經(jīng)在附圖和說明 書中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但運(yùn)樣的說明和描述僅是說明或示意性的，而非限制性的。 本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例。
[0109] 通過對(duì)附圖，說明書和權(quán)利要求書的研究，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員可W 理解和實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的變形。在權(quán)利要求書中，術(shù)語"包括"不排除其他步驟或元素， 而不定冠詞"一個(gè)"或"一種"不排除多個(gè)。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中引用的某些措施的 事實(shí)不意味著運(yùn)些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求書中的任何參考標(biāo)記不構(gòu)成對(duì) 本發(fā)明的范圍的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于稀疏信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫的室內(nèi)定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟S100:采集所有參考點(diǎn)的信息指紋，構(gòu)建含有所述信號(hào)指紋的參考點(diǎn)指紋訓(xùn)練數(shù) 據(jù)庫DBtr; 步驟S200:生成大量均勻分布、覆蓋整個(gè)待定位區(qū)域的虛擬參考點(diǎn)，構(gòu)建由所述虛擬參 考點(diǎn)構(gòu)成的虛擬數(shù)據(jù)庫ro' 步驟S300:基于局部高斯過程估計(jì)所述虛擬數(shù)據(jù)庫PDM中所述虛擬參考點(diǎn)所能接收到 的無線熱點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度，并構(gòu)建虛擬指紋數(shù)據(jù)庫DB' 步驟S400:基于所述虛擬指紋數(shù)據(jù)庫通過IKWNN算法，對(duì)所述虛擬參考點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行位 置估計(jì)； 步驟S400包括以下步驟： 步驟S410:在任意待確定位置的未知點(diǎn)測量到一組無線熱點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算所測量到 的信號(hào)強(qiáng)度與虛擬指紋數(shù)據(jù)庫中任意虛擬參考點(diǎn)η的信號(hào)強(qiáng)度之間的距離dt,n，按照公式 (5)計(jì)算：其中，為任意待確定位置的未知點(diǎn)處的一組無線熱點(diǎn)信號(hào)與虛擬指紋數(shù)據(jù)庫中任 意虛擬參考點(diǎn)η之間的信號(hào)距離，C為任意待確定位置的未知點(diǎn)處的一組無線熱點(diǎn)信號(hào) 與虛擬指紋數(shù)據(jù)庫中任意虛擬參考點(diǎn)η之間的坐標(biāo)方差距離;假設(shè)用戶在時(shí)刻t，某點(diǎn)處測 量得到的RSS向量為RSSt，RSSt={RSSt,i，i = l，2,…，a}，其中RSSt,i表示t時(shí)刻接收到第i個(gè) 熱點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度值；其中，iWS::,1是虛擬參考點(diǎn)n對(duì)應(yīng)于接入點(diǎn)i的無線熱點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度，q為可調(diào)參數(shù)， 表示用戶t時(shí)刻在虛擬參考?η測量至1丨的笛i個(gè)子線執(zhí)?信號(hào)強(qiáng)庶， ?=ι其中，ση>1是信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)方差，采用公式(3)計(jì)算，q為可調(diào)參數(shù)； 步驟S420:根據(jù)公式(5)~(7)計(jì)算任意未知點(diǎn)測量到一組信號(hào)強(qiáng)度與虛擬指紋數(shù)據(jù)庫 中所有虛擬參考點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度之間的距離。選擇所得距離結(jié)果中最小的m個(gè)參考點(diǎn)，采 用加權(quán)平均計(jì)算接入點(diǎn)處的用戶位置：其中，CC, 為所選擇的m個(gè)參考點(diǎn)中第j個(gè)參考點(diǎn)的坐標(biāo)，為歸 一化后m個(gè)參考點(diǎn)的權(quán)重：其中，P為可調(diào)參數(shù)，表示任意未知點(diǎn)測量到的無線熱點(diǎn)信號(hào)與所選擇的m個(gè)參考點(diǎn) 中第j個(gè)參考點(diǎn)的距離，采用公式(5)進(jìn)行計(jì)算；C表示在任意未知點(diǎn)處測量得到的無線熱 點(diǎn)信號(hào)與所選擇的m個(gè)參考點(diǎn)中第i個(gè)參考點(diǎn)的距離，采用公式(5)進(jìn)行計(jì)算。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述 步驟S300包括以下步驟： 步驟S310:用戶在任意已知位置的虛擬參考點(diǎn)點(diǎn)c*處收到的任意熱點(diǎn)m的信號(hào)強(qiáng)度 rss*,m取值概率p(rss*,m| c*，P)服從正態(tài)分布pCm' k )，根據(jù)公式⑵ 和(3)估計(jì)得到任意虛擬參考點(diǎn)c*能接收到的無線熱點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)方差 σ...;其中，RSS=(rssi,m…rssk,m)，rssi,m表示距離最小的k個(gè)臨近參考點(diǎn)中的第一個(gè)參考 點(diǎn)所接收到的第m個(gè)熱點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度，I為單位對(duì)角矩陣;k*是kXl向量，表示c*與TS*之間的相 關(guān)性，表示為k*[i]=k(c*，i)，其中此處的i表示第i個(gè)最近鄰居，k(c*，i)采用公式(4)進(jìn)行 計(jì)算；為信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)方差，σ;\ 1、σ丨由hyper-parameter方法基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫估計(jì)得 至1J;以P= {(ci，fi) | i = l，2，···，n}表示訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫中所有的參考點(diǎn)，其中ci = (xi，yi)表示第 i個(gè)參考點(diǎn)的坐標(biāo);fi = {(idi,m，rssi,m) |m=l，2,···&}，表示第i個(gè)參考點(diǎn)處的無線熱點(diǎn)信號(hào) 強(qiáng)度;rSSl,m表示在第i個(gè)參考點(diǎn)處收到的第m個(gè)無線熱點(diǎn)信號(hào)源id^的信號(hào)強(qiáng)度，單位是 dBm; a表示所有參考點(diǎn)可收到的所有熱點(diǎn)數(shù)量； K是與c*距離最小的k個(gè)臨近參考點(diǎn)之間的相關(guān)性，表示為 信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)方差表示為：其中，1^*,1*)=1^((^，(^)，1〇1：表示點(diǎn)(3*與1^個(gè)臨近參考點(diǎn)之間的相關(guān)性，參照公式(4)得 到，I為單位對(duì)角矩陣； 步驟S320:將點(diǎn)c*坐標(biāo)和與之對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度相組合，構(gòu)成信號(hào)指紋，存入虛擬信號(hào)指 紋數(shù)據(jù)庫DBvl:中。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于稀疏信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述 虛擬參考點(diǎn)的提取方法包括以下步驟：以所述參考點(diǎn)為端點(diǎn)，每間隔距離D取第i個(gè)虛擬參 考點(diǎn)，之后再以第i個(gè)虛擬參考點(diǎn)為端點(diǎn)，取與之間隔距離D的第i+Ι個(gè)虛擬參考點(diǎn)，如此重 復(fù)多次，得到多個(gè)所述虛擬參考點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于稀疏信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫的室內(nèi)定位方法，通過引入局部高斯過程，并對(duì)現(xiàn)有的KWNN算法進(jìn)行改進(jìn)，提高了基于少量參考點(diǎn)的室內(nèi)定位方法的定位精度。
【IPC分類】H04W64/00, G06F17/30, H04W4/04
【公開號(hào)】CN105636201
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610143618
【發(fā)明人】王維平, 常強(qiáng), 李群, 侯洪濤, 石澤森, 陳偉
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月14日