一種Wi-Fi指紋輔助的室內(nèi)移動(dòng)終端慣性導(dǎo)航方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及室內(nèi)導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其適用于移動(dòng)終端傳感器的室內(nèi)導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，室內(nèi)環(huán)境中定位與導(dǎo)航的需求日益增大，但是受復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境、定位精度等 條件的限制，基于衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)（GPS)在室內(nèi)、樓宇間等地方無法發(fā)揮其優(yōu)勢，因此 需要采用其他技術(shù)來完成室內(nèi)定位導(dǎo)航功能。
[0003] 室內(nèi)定位技術(shù)主要包括Wi-Fi、射頻識別（RFID)、超聲波、Zigbee、藍(lán)牙、紅外線、 基于運(yùn)動(dòng)傳感器的慣性導(dǎo)航等技術(shù)。考慮到成本及實(shí)施復(fù)雜度問題，Wi-Fi定位與慣性導(dǎo) 航技術(shù)具有較大優(yōu)勢。
[0004] Wi-Fi熱點(diǎn)分布廣泛，如地下停車場、倉庫、圖書館、大型商場、機(jī)場大廳等環(huán)境中。 這得Wi-Fi定位技術(shù)的應(yīng)用可以節(jié)約大量成本，擁有巨大優(yōu)勢。其中基于指紋的定位方法 由于相對簡單、成本低，而被廣泛應(yīng)用。但是Wi-Fi信號容易受到干擾，信號強(qiáng)度容易產(chǎn)生 跳變，并且信號存在盲區(qū)，這會(huì)導(dǎo)致定位出現(xiàn)偏差，因此，只利用WiFi技術(shù)進(jìn)行定位無法滿 足人們的需求。
[0005] 智能移動(dòng)終端普遍配有陀螺儀、加速度傳感器、電子羅盤等運(yùn)動(dòng)傳感器，這使得基 于移動(dòng)終端傳感器的慣性導(dǎo)航技術(shù)具有較好的推廣性。利用移動(dòng)智能終端自帶傳感器進(jìn)行 導(dǎo)航具有不易受環(huán)境影響、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢。但是，由于電子羅盤易受環(huán)境干擾，會(huì)導(dǎo)致航 向角度出現(xiàn)偏差，且步態(tài)判斷誤差和步長估計(jì)誤差會(huì)導(dǎo)致行走距離誤差。這些因素造成的 累積誤差會(huì)導(dǎo)致慣性導(dǎo)航系統(tǒng)無法長時(shí)間精準(zhǔn)工作。利用其他定位技術(shù)來輔助消除慣性導(dǎo) 航累計(jì)誤差成為了解決問題的關(guān)鍵。
[0006] 目前，室內(nèi)定位導(dǎo)航技術(shù)中，大多采用基于移動(dòng)終端傳感器的慣性導(dǎo)航技術(shù)，但是 由于慣性導(dǎo)航容易產(chǎn)生累積誤差，無法長時(shí)間精準(zhǔn)工作。因此，本發(fā)明提出Wi-Fi指紋輔助 的室內(nèi)移動(dòng)終端慣性導(dǎo)航方法，周期地校正慣性導(dǎo)航位置，能夠有效消除傳感器慣性導(dǎo)航 累積誤差問題，提高了系統(tǒng)精度與魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是由于慣性導(dǎo)航技術(shù)易產(chǎn)生累積誤差，用于提高室內(nèi)定 位導(dǎo)航精度。
[0008] 本發(fā)明的基本原理為：慣性導(dǎo)航技術(shù)中會(huì)產(chǎn)生累積誤差，根據(jù)Wi-Fi指紋定位技 術(shù)歐式距離與移動(dòng)終端慣性導(dǎo)航距離的大小，確定加權(quán)系數(shù)，定時(shí)對慣性導(dǎo)航位置進(jìn)行加 權(quán)校正，從而提高定位精度。
[0009] 本發(fā)明提供的聯(lián)合定位方法如圖1，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0010] 步驟1 :確定整個(gè)定位區(qū)域內(nèi)的所有采樣點(diǎn)N ;
[0011] 步驟2 :利用移動(dòng)終端在第n個(gè)采樣點(diǎn)處采集得到k個(gè)Wi-Fi無線接入點(diǎn)AP的信 號強(qiáng)度值，即RSSIdRSSI2, ? ? ?，RSSIk，n= 1，2,…，N;
[0012] 步驟3 :把每個(gè)RSSI與其對應(yīng)的MAC地址ID -起組成采樣點(diǎn)的位置指紋矩陣FP， 其中第n個(gè)采樣點(diǎn)的位置指紋記為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Wi-Fi指紋輔助的室內(nèi)移動(dòng)終端慣性導(dǎo)航方法，其特征在于：包括以下實(shí)施步 驟： 步驟1 :確定整個(gè)定位區(qū)域內(nèi)的所有采樣點(diǎn)N ; 步驟2 :利用移動(dòng)終端在第η個(gè)采樣點(diǎn)處采集得到k個(gè)Wi-Fi無線接入點(diǎn)AP的信號強(qiáng) 度值，即 RSSI1, RSSI2, · · ·，RSSIk，η = 1，2,…，N ; 步驟3 :把每個(gè)RSSI與其對應(yīng)的MAC地址ID -起組成采樣點(diǎn)的位置指紋矩陣FP，其 中第η個(gè)采樣點(diǎn)的位置指紋記為
IDi即為RSSI i對應(yīng)的MAC地 址； 步驟4 :記下第η個(gè)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)FPn (X，y)并將該采樣點(diǎn)的坐標(biāo)FPn(X，y)和位置指紋 ??"添加到指紋數(shù)據(jù)庫中； 步驟5 :重復(fù)執(zhí)行步驟2?4,直到遍歷采樣區(qū)域內(nèi)的所有采樣點(diǎn)，為采樣區(qū)域建立完整 的位置指紋數(shù)據(jù)庫； 步驟6 :移動(dòng)終端導(dǎo)航工作時(shí)，設(shè)定行人起始位置（Χ(ι，％)和位置校正時(shí)間周期W，且計(jì) 時(shí)器開始計(jì)時(shí)； 步驟7 :行人行走時(shí)，移動(dòng)終端慣性傳感器實(shí)時(shí)計(jì)算行人位置坐標(biāo)，若行走時(shí)間達(dá)到位 置校正時(shí)間周期W之后，慣性傳感器計(jì)算出行人當(dāng)前位置坐標(biāo)（xd，yd)和行走距離L ; 步驟8 :移動(dòng)終端開始掃描Wi-Fi無線接入點(diǎn)AP，得到k個(gè)AP的RSSI值，按照步驟3 獲取當(dāng)前位置的指紋，即得到當(dāng)前位置處的RSSI序列以及每個(gè)RSSI對應(yīng)的MAC地址； 步驟9 :把當(dāng)前位置的位置指紋的MC地址序列與指紋庫中所有采樣點(diǎn)的位置指紋的 MAC地址序列進(jìn)行對比，計(jì)算指紋歐式距離d ; 步驟10 :對歐式距離d進(jìn)行升序排序，選出前k個(gè)對應(yīng)的指紋并平均其平面位置坐標(biāo)， 獲得Wi-Fi指紋定位所得行人當(dāng)前坐標(biāo)為（xw, yw)，其中
步驟11 :設(shè)定歐氏距離的最小閾值為Tmin，最大閾值為Tmax。選取本次掃描得到的最小 歐式距離dmin進(jìn)行判斷，若d min小于或等于T min，執(zhí)行步驟13 ;若dmin大于或等于T _，執(zhí)行步 驟8 ;若dmin大于T min并且小于T max，則執(zhí)行步驟12 ; 步驟12 :計(jì)算加權(quán)系
b = l/dmin_Tmin和w = a+b。把當(dāng)前所得慣性 傳感器導(dǎo)航坐標(biāo)（xd, yd)與Wi-Fi定位坐標(biāo)（xw, yw)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算出行人位置坐標(biāo)（xt, yt)， 其中 Xt= l/w(a*xw+b*xd)，yt= l/w(a*yw+b*yd)，執(zhí)行步驟 14; 步驟13 :把Wi-Fi定位坐標(biāo)（xw, yw)設(shè)定為用戶終端當(dāng)前坐標(biāo)； 步驟14 :計(jì)時(shí)器清零，并重新開始計(jì)時(shí)，返回步驟7,直到定位結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Wi-Fi指紋輔助的室內(nèi)移動(dòng)終端慣性導(dǎo)航方法，其特征 在于：實(shí)施場地布置有5個(gè)無線接入點(diǎn)AP， 利用Wi-Fi指紋輔助的室內(nèi)移動(dòng)終端慣性導(dǎo)航方法流程，包括以下步驟， (1) 在房間平面圖內(nèi)建立直角坐標(biāo)系，將第一個(gè)采樣點(diǎn)作為原點(diǎn)，并記為參考點(diǎn) FP1 (0, 0)，然后每隔2米標(biāo)記一個(gè)采樣點(diǎn)，整個(gè)平面圖內(nèi)共48個(gè)采樣點(diǎn)，即48個(gè)參考點(diǎn)； (2) 終端在參考點(diǎn)FP1 (0, 0)位置，掃描到5個(gè)無線接入點(diǎn)APl?AP5,檢測到APl?AP5 的信號強(qiáng)度值RSSI，分別為：-66, -73, -100, -90, -80,單位dBm ; (3) 將步驟⑵得到的5個(gè)信號強(qiáng)度RSSI值及其對應(yīng)的MAC地址ID1UD2UD3UD^ ID5 表示成參考點(diǎn)1的位置指紋：
(4) 終端將參考點(diǎn)1的地理坐標(biāo)FP1O), 0)和對應(yīng)的位置指紋FP^存到指紋數(shù)據(jù)庫中， 完成參考點(diǎn)1的指紋采樣； (5) 對采樣區(qū)域內(nèi)48個(gè)采樣點(diǎn)重復(fù)執(zhí)行步驟（2)?（4)，建立采樣區(qū)域的指紋數(shù)據(jù)庫， 將指紋數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器中； (6) 打開終端，設(shè)定測試人位置坐標(biāo)為（0,2)，位置校正周期為30秒，開啟計(jì)時(shí)器； (7) 實(shí)驗(yàn)人員開始向前行走，當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員行走30秒后，行走距離為28米，慣性導(dǎo)航推算 位置坐標(biāo)為（26. 2, 2.6); (8) 終端自動(dòng)掃描無線接入點(diǎn)APl?AP5,記下掃描到的五個(gè)AP的RSSI值， 即-71，-75, -105, -95, -82,以及對應(yīng)的 MAC 地址[ID1，ID2, ID3, ID4, ID5]，得到當(dāng)前位置 處的指紋：
(9) 終端自動(dòng)下載服務(wù)器中指紋庫，將位置A的位置指紋FP^ MAC地址序列[ID1， ID2, ID3, ID4, ID5]與服務(wù)器指紋庫中48個(gè)采樣點(diǎn)的位置指紋中的MAC地址序列進(jìn)行指紋 匹配，得到歐式距離為序列為[145, 130, 138, 155, 170, ···，160]; (10) 選取最小三個(gè)歐式距離：130,138,145的指紋，將對應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行平均得到Wi-Fi 定位坐標(biāo)（31，2. 5); (11) 設(shè)定歐式距離最小閾值Tmin為120,最大閾值Tmax為150,本次掃描所得最小歐式 距尚(11^11為130，由于彳兩足1'1^11〈(1 1^11〈1'_，繼續(xù)向下執(zhí)/(??； (12) 計(jì)算加權(quán)系數(shù)a = 1/14, b = 1/10, w = 0. 17,對兩種定位位置進(jìn)行加權(quán)得到實(shí)驗(yàn) 人員最終坐標(biāo)為（29. 2, 2. 52); (13) 計(jì)時(shí)器清零，并重新開始計(jì)時(shí)，重復(fù)執(zhí)行步驟7?12,直到結(jié)束； 由上述實(shí)施步驟得到當(dāng)行人行走時(shí)間達(dá)到校正周期后，實(shí)際坐標(biāo)為（28. 5, 2)，Wi-Fi 指紋定位所得坐標(biāo)為（31，2. 5)，傳感器慣性導(dǎo)航所得坐標(biāo)為（26. 2, 2. 6)，本發(fā)明所提方法 校正后得到的坐標(biāo)為（29. 2, 2. 52)，由此可知本發(fā)明能夠有效提高定位精度。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種Wi-Fi指紋輔助的室內(nèi)移動(dòng)終端慣性導(dǎo)航方法，利用Wi-Fi指紋定位技術(shù)得到的歐氏距離與移動(dòng)終端慣性導(dǎo)航距離的值計(jì)算出加權(quán)系數(shù)，周期性地把Wi-Fi指紋定位得到的行人位置與移動(dòng)終端慣性導(dǎo)航所得位置進(jìn)行加權(quán)，由此計(jì)算得到移動(dòng)終端的最終位置。與現(xiàn)有單純基于移動(dòng)終端慣性傳感器的室內(nèi)導(dǎo)航方法相比，本發(fā)明提出的方法能夠消除慣性傳感器導(dǎo)航的累積誤差，有效地提高室內(nèi)導(dǎo)航精度。
【IPC分類】G01C21-16
【公開號】CN104535064
【申請?zhí)枴緾N201410838518
【發(fā)明人】黎海濤, 王奇, 齊雙
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月29日