基于多无线接入点交叉覆盖率的移动用户定位方法

摘要

本发明提出了一种基于多无线接入点交叉覆盖率的移动用户定位方法，首先将待定位的场景分为M个标准网格，取每个标准网格中心为校正点，并检测所有能够被检测的无线接入点；其次生成每个校正点和待定位移动用户的二进制无线接入点覆盖向量；再次对待定位移动用户与所有校正点进行测距，得到临近校正点；最后通过临近校正点优化公式得到待定位移动用户的坐标。本发明对于实际定位中很难找到被所有校正点都观测到的公共AP的问题，利用每个校正点分别可检测到多个不同数量的AP的特性，实现对室内复杂环境下对移动用户精确定位，而且不用线下在每个校正点耗费大量采集RSS的人力和时间。

说明书

技术领域

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 于多无线接入点交叉覆盖率的移动用户定位方法。

背景技术

由于现代办公楼中（学校、医院和写字楼等）一般都安装有无线局域网，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WLAN客户端进行扫描识 别。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。

传统的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。但是这两种方法都需要采集RSS，但是在复杂室内环境下，RSS时变性很强，严 重影响了定位精度。虽然位置指纹定位法通过采集所需定位区域内校正点位置的来自 多个AP的RSS作为指纹信息，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。利用多AP的信号特性融合定位可以抵消掉某些AP的RSS时 变性强的不稳定的问题。但是不但需要大量的线下学习时间和人力，而且更严重的问 题是，每个校正点分别可检测到多个不同数量的AP，实际定位中很难找到被所有校正 点都观测到的公共AP，这也是位置指纹定位法一个没有很好解决的问题。

现在最常见的方法是：无论在线下和线上两个阶段，对于检测不到AP的RSS人 为赋值，通常为一个比线下阶段检测到的最小的RSS还略小的一个值，表明在此校正 点处检测不到这个AP。但是在匹配阶段，很容易受到指纹数据库中小的RSS影响， 恶化定位精度。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于多无线接入点交叉覆盖率的 移动用户定位方法，针对实际定位中很难找到被所有校正点都观测到的公共AP的问 题，采用一种不同于传统RSS匹配法的新方法，利用多AP交叉覆盖原理实现对移动 用户的位置估计，在室内复杂环境下实现对移动用户的精确定位。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种基于多无线接入点交叉覆盖率的移动用户定位方法，其特征在于：包括 以下步骤：

步骤1：将待定位的场景分为M个标准网格，取每个标准网格中心为校正点，并 确定每个校正点的坐标P_i，i＝1,2,…,M；在所有校正点进行无线接入点检测，得到能 够被检测到的无线接入点集合l＝{AP_j|1≤j≤L}，其中L表示能够被检测到的无线接入 点个数；

步骤2：生成每个校正点的二进制无线接入点覆盖向量：

其中第i个校正点的二进制无线接入点覆盖向量为其中

所述连续覆盖表示校正点在连续测试中有不低于90%的测试能够检测到无线接入点；

步骤3：生成待定位移动用户的二进制无线接入点覆盖向量： C_online=[c¹,c²,…,c^j,…,c^L],其中

步骤4：对待定位移动用户与所有校正点进行测距，得到

其中d(C_i,C_online)表示第i个校正点与待定位移动用户的测距值；确定所有校正点的权重 λ_i(α)：

${\lambda }_i\left(\alpha \right)=\left(\begin{array}{cc}1& d(C_i,C_{\mathrm{online}})\le \mathrm{\alpha L}\\ 0& d(C_i,C_{\mathrm{online}})>\mathrm{\alpha L}\end{array}\right)$

其中α为小于1的正小数，得到M′个权重为1的临近校正点；

步骤5：按照公式

$\hat{P}=\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\frac{{(d(C_i,C_{\mathrm{online}})+ϵ)}^{-1}}{\underset{k=1}{\overset{M^{\prime }}{\Sigma }}{(d({C_k}^{\prime },C_{\mathrm{online}})+ϵ)}^{-1}}{\lambda }_i\left(\alpha \right)P_i$

确定待定位移动用户的坐标其中C_k′为第k个临近校正点的二进制无线接入点覆盖 向量，d(C_k′,C_online)为第k个临近校正点与待定位移动用户的测距值，ε为范围0.1≤ε≤ 0.3。

有益效果

本发明对于实际定位中很难找到被所有校正点都观测到的公共AP的问题，利用 每个校正点分别可检测到多个不同数量的AP的特性，实现对室内复杂环境下对移动 用户精确定位。实施例显示，在同一实验环境下，传统位置指纹法的定位最大误差为 5.3m之内，耗时2.03s，而本发明方法定位最大误差为4.5m，耗时1.23s，而且不用线 下在每个校正点耗费大量采集RSS的人力和时间。

附图说明

图1：实施例中半栋学生教学楼（3层）AP布置简图。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例的定位场景参照附图1，为半栋学生教学楼（3层）。

本实施例中应用的基于多无线接入点交叉覆盖率的移动用户定位方法，包括以下 步骤：

步骤1：将待定位的场景分为M个标准网格，取每个标准网格中心为校正点，并 确定每个校正点的坐标P_i，i＝1,2,…,M；在所有校正点进行无线接入点检测，得到能 够被检测到的无线接入点集合l＝{AP_j|1≤j≤L}，其中L表示能够被检测到的无线接入 点个数。

本实施例中将待定位的场景按房间布局划分为24个小区域，每个小区域为一个标 准网格，如图1所示。以区域17的校正点坐标为(0,0,0)，则确定的24个校正点坐标 为：

  校正点   校正点坐标   校正点   校正点坐标   校正点   校正点坐标   1   (0,0,8)   9   (0,0,4)   17   (0,0,0)   2   (10,0,8)   10   (10,0,4)   18   (10,0,0)   3   (20,0,8)   11   (20,0,4)   19   (20,0,0)   4   (30,0,8)   12   (30,0,4)   20   (30,0,0)   5   (40,0,8)   13   (40,0,4)   21   (40,0,0)   6   (50,0,8)   14   (50,0,4)   22   (50,0,0)   7   (60,0,8)   15   (60,0,4)   23   (60,0,0)   8   (70,0,8)   16   (70,0,4)   24   (70,0,0)

在所有校正点进行无线接入点检测后，一共检测到8个无线接入点，记为 l＝{AP_j|1≤j≤8}。如图1中的AP₁至AP₈。

步骤2：生成每个校正点的二进制无线接入点覆盖向量：

其中第i个校正点的二进制无线接入点覆盖向量为其中

所述连续覆盖表示校正点在连续测试中有不低于90%的测试能够检测到无线接入点。

本实施例中，从早8点到晚6点之间每小时每个校正点对各无线接入点分别测试 10次是否可连接，即每个校正点一共测试100次，连接次数不小于90次的为连续覆 盖，其二进制无线接入点覆盖向量对应元素赋“1”，否则赋“0”。得到本实施例中各 校正点的二进制无线接入点覆盖向量：

步骤3：生成待定位移动用户的二进制无线接入点覆盖向量： C_online＝[c¹,c²,…,c^j,…,c^L]，其中

本实施例中待定位移动用户的二进制无线接入点覆盖向量为C_online=[0,0,0,0,0,1,1,0]。

步骤4：对待定位移动用户与所有校正点进行测距，得到

其中d(C_i,C_online)表示第i个校正点与待定位移动用户的测距值；确定所有校正点的权重 λ_i(α)：

${\lambda }_i\left(\alpha \right)=\left(\begin{array}{cc}1& d(C_i,C_{\mathrm{online}})\le \mathrm{\alpha L}\\ 0& d(C_i,C_{\mathrm{online}})>\mathrm{\alpha L}\end{array}\right)$

其中α为小于1的正小数，得到M′个权重为1的临近校正点。

本实施例中取α=0.3，待定位移动用户与所有校正点的测距结果和权重值为：

步骤5：按照公式

$\hat{P}=\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\frac{{(d(C_i,C_{\mathrm{online}})+ϵ)}^{-1}}{\underset{k=1}{\overset{M^{\prime }}{\Sigma }}{(d({C_k}^{\prime },C_{\mathrm{online}})+ϵ)}^{-1}}{\lambda }_i\left(\alpha \right)P_i$

确定待定位移动用户的坐标其中C_k′为第k个临近校正点的二进制无线接入点覆盖 向量，d(C_k′,C_online)为第k个临近校正点与待定位移动用户的测距值，ε为范围0.1≤ε≤ 0.3。

本实施例中，共有5个临近校正点，设置ε=0.1，得到在区域20 内。