專利名稱：基于信號(hào)統(tǒng)計(jì)的室內(nèi)定位指紋分組方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于信號(hào)統(tǒng)計(jì)的室內(nèi)定位指紋分組方法
背景技術(shù)：
基于位置的服務(wù)(Location-based service,簡(jiǎn)稱LBS)在移動(dòng)計(jì)算和無(wú)線通信中是一種非常重要的應(yīng)用。LBS不僅僅在商業(yè)中有巨大的應(yīng)用價(jià)值，而且對(duì)于公共安全、交通運(yùn)輸和緊急救護(hù)也是非要重要的。比較知名的定位系統(tǒng)有美國(guó)的GPS、中國(guó)的北斗、歐盟的伽利略和俄羅斯的格洛帕斯。這些定位系統(tǒng)在室外定位結(jié)果都非常好，但是在室內(nèi)這些定位系統(tǒng)都失去了他們的用武之地，因?yàn)槲⑷醯亩ㄎ恍盘?hào)無(wú)法穿越墻壁。在這種背景下，人們開發(fā)出很多室內(nèi)定位系統(tǒng)，主要有基于紅外的、基于超聲波的和基于無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的。由于基于WLAN的定位系統(tǒng)是利用已經(jīng)存在的WLAN網(wǎng)絡(luò)，因此這種系統(tǒng)成本低廉，而且近些年來(lái)，WLAN的鋪設(shè)越來(lái)越廣，越來(lái)越密，基于WLAN的定位系統(tǒng)應(yīng)用區(qū)域越來(lái)越大。WLAN定位系統(tǒng)大致可以分為兩類，基于傳播模型和基于位置指紋的。由于室內(nèi)環(huán)境比較復(fù)雜，而且無(wú)線電信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)發(fā)生衍射、反射、散射和多徑傳輸，造成傳播模型的一些參數(shù)難以確定，造成基于傳播模型的定位系統(tǒng)定位精度普遍較差。基于位置指紋的定位系統(tǒng)主要分為兩個(gè)階段訓(xùn)練階段和定位階段。訓(xùn)練階段，選取一些參考點(diǎn)進(jìn)行多次采樣，記錄下各個(gè)接入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度信息，存儲(chǔ)到指紋庫(kù)中。在定位階段，常見(jiàn)的定位方法有NNSS (信號(hào)空間最近鄰方法)，移動(dòng)終端獲取一條各個(gè)接入點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度信息，通過(guò)與指紋庫(kù)中的各個(gè)參考點(diǎn)的指紋進(jìn)行比對(duì)，找出相似度最高的參考點(diǎn)作為移動(dòng)終端的位置。這種方法簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于比較大的定位場(chǎng)景，參考點(diǎn)的數(shù)量會(huì)相當(dāng)龐大，因此在單次定位中需要比對(duì)的指紋量也相當(dāng)龐大，此時(shí)要完成實(shí)時(shí)性要求很高的定位是相當(dāng)困難的，特別是并行定位請(qǐng)求量很大的情況下更是難以實(shí)現(xiàn)，而且比對(duì)量太大也會(huì)增加服務(wù)器的負(fù)擔(dān)和能能耗。因此減小實(shí)時(shí)定位時(shí)的指紋比對(duì)量是很有必要的。國(guó)外有很多學(xué)者發(fā)明了多種分組方法，有分組方法以參考點(diǎn)中最大的q個(gè)接入點(diǎn)為分組指標(biāo)，將有相同的最大的q個(gè)接入點(diǎn)分為一組。這種分組方法沒(méi)有考慮到信號(hào)的波動(dòng)，定位時(shí)待定位點(diǎn)很容易發(fā)生分錯(cuò)組。還有分組方法利用KNN(K均值方法)方法將有著相似信號(hào)強(qiáng)度信息的參考點(diǎn)分為一個(gè)組，所有參考點(diǎn)的指紋取平均值，把均值做為整個(gè)分組的信號(hào)強(qiáng)度值，定位時(shí)先將待定位點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度信息與每個(gè)組的信號(hào)強(qiáng)度值比較，找出相似度最大的，然后再在組內(nèi)找相似度最大的參考點(diǎn)。以上兩種方法都沒(méi)有考慮到訓(xùn)練階段和定位階段終端的天線增益不同的情形，因而定位精度很有可能因?yàn)樘炀€增益不同而下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于信號(hào)統(tǒng)計(jì)的室內(nèi)定位指紋分組方法，其工作簡(jiǎn)單，分組后每個(gè)小組的的指紋數(shù)大大減小，而且不易出現(xiàn)誤分組的情況，能有效的減小定位時(shí)所要比對(duì)的指紋數(shù)量，提高定位精度，減少定位服務(wù)器的工作負(fù)擔(dān)，降低能耗，提高定位速度。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí) 現(xiàn)的—種基于信號(hào)統(tǒng)計(jì)的室內(nèi)定位指紋分組方法，包括以下步驟(I)在定位場(chǎng)景中選取N個(gè)參考點(diǎn)，獲取定位場(chǎng)景中接入點(diǎn)的數(shù)量為m ；(2)在參考點(diǎn)進(jìn)行T次信號(hào)強(qiáng)度采樣，記錄下每次采樣接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度信息，第η個(gè)參考點(diǎn)的第t次采樣信息記為Sfl = (S1n', S1ir2-,其中t = 1,2, ... , T ;(3)每個(gè)參考點(diǎn)將T次采樣的信號(hào)強(qiáng)度信息中有相同最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度信息分為一個(gè)小組，并記錄每個(gè)小組的信號(hào)強(qiáng)度信息的個(gè)數(shù)，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)小組的信號(hào)強(qiáng)度信息的個(gè)數(shù)記為/:，每個(gè)參考點(diǎn)最多有m個(gè)這樣的小組；(4)判斷個(gè)數(shù)A是否大于或等于頻次閾值α，如果是，則將該小組的信號(hào)強(qiáng)度信息取平均值作為第η個(gè)參考點(diǎn)的一組指紋，否則丟棄該小組的信號(hào)強(qiáng)度信息，這樣每個(gè)參考點(diǎn)至多可以擁有m組指紋，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)指紋記為
(O = (5 ,1 (J) (01 …，·5 /)/,( ) i f n);(5)為指紋設(shè)置m個(gè)粗分組，記為C1, C2, , Cm，對(duì)于第η個(gè)參考點(diǎn)的所有指紋，指紋中第i個(gè)接入點(diǎn)最強(qiáng)對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)和此指紋將會(huì)被分到粗分組Ci中，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)指紋中信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)是U0，因此參考點(diǎn)η會(huì)分到粗分組Ci中，指紋⑴也將會(huì)保存于粗分組Ci中；(6)選取每個(gè)粗分組中的參考點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指紋中最強(qiáng)的接入點(diǎn)為參考接入點(diǎn)，對(duì)指紋進(jìn)行差分，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)指紋中信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)\納，其他接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度與An(X).作差，得到的差分指紋記為
SJt) =…尤(7)設(shè)置個(gè)細(xì)分組，記為 C12，C13, , C(m_1)m ；(8)找出差分指紋中最強(qiáng)、次強(qiáng)的差分信號(hào)，假定第η個(gè)參考點(diǎn)的差分指紋X(i) = (ti(h 1)，茍2(《，2), ‘..'d m),夂)中最強(qiáng)、次強(qiáng)的兩個(gè)差分信號(hào)為</(*, i) >翅/U)，則參考點(diǎn)η將會(huì)被分到細(xì)分組Qj中；(9)判斷O·，J) —t)是否小于或等于相似度閾值β，若是，則參考點(diǎn)η
還會(huì)被分到細(xì)分組Ci,,中，否則參考點(diǎn)η不會(huì)被分到細(xì)分組Ci,,中；(10)對(duì)所有的參考點(diǎn)的所有指紋，重復(fù)上述步驟(5)至(9)。本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果I、在一個(gè)參考點(diǎn)，以最大接入點(diǎn)為分組依據(jù)，將多次采集到的采樣信息分為多個(gè)小組，設(shè)置出現(xiàn)頻次閾值，不僅考慮到一個(gè)參考點(diǎn)在不同定位時(shí)間會(huì)出現(xiàn)不同的指紋，而且剔除了偶然出現(xiàn)的指紋，不僅減小了定位時(shí)誤分組的可能性，而且一定程度上減小了指紋數(shù)量。2、細(xì)分組時(shí)設(shè)置一個(gè)相似度閾值，減小了因?yàn)樾盘?hào)波動(dòng)造成的誤分組的可能性。3、細(xì)分組內(nèi)指紋數(shù)量相對(duì)于整個(gè)定位區(qū)域的指紋量有量級(jí)上的減小，因而定位速度變快，計(jì)算負(fù)擔(dān)下降，能耗降低。4、分組中最后指紋為信號(hào)差分指紋，比一般直接采用信號(hào)強(qiáng)度作為指紋的分組方法，有效的抑制了因?yàn)榻K端增益的不同使得定位精度變差。


圖I是本發(fā)明基于信號(hào)統(tǒng)計(jì)的室內(nèi)定位指紋分組方法流程圖。圖2是參考點(diǎn)T次采樣后信號(hào)強(qiáng)度信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖。
圖3 —個(gè)定位場(chǎng)景中粗分組示意圖。圖4粗分組后一個(gè)參考點(diǎn)信號(hào)指紋圖。圖5 —個(gè)粗分組內(nèi)參考點(diǎn)的指紋細(xì)分組示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的基于信號(hào)統(tǒng)計(jì)的室內(nèi)定位指紋分組方法包括以下步驟(I)在定位場(chǎng)景中選取N個(gè)參考點(diǎn)，參考點(diǎn)盡量不要選擇在人很少經(jīng)過(guò)的位置，比如說(shuō)墻角或靠近墻面的位置，定義定位場(chǎng)景中有m個(gè)接入點(diǎn)；(2)在每個(gè)參考考點(diǎn)進(jìn)行T次信號(hào)強(qiáng)度采樣，記錄下每次采樣的信號(hào)強(qiáng)度信息，第η個(gè)參考點(diǎn)的第t次采樣信息記為= (4l* sn2· ...U圖2顯示了第η個(gè)參考點(diǎn)中T次采樣的信號(hào)強(qiáng)度信息，如果參考點(diǎn)的一次采樣信號(hào)中無(wú)法檢測(cè)到某個(gè)接入點(diǎn)，則此次信號(hào)強(qiáng)度信息中，以-IOOdBm作為此接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度；(3)將T次采樣的信號(hào)強(qiáng)度信息中有相同最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)的采樣信息分為一個(gè)小組，并記錄每個(gè)小組的信號(hào)強(qiáng)度信息的個(gè)數(shù)，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)小組信號(hào)強(qiáng)度信息的個(gè)數(shù)記為/,I，每個(gè)參考點(diǎn)這樣的小組最多有m個(gè)；(4)設(shè)置一個(gè)頻次閾值α，對(duì)于參考點(diǎn)，如果Ji > a，則將這個(gè)小組的信號(hào)強(qiáng)度信息取平均值作為此參考點(diǎn)的一組指紋，反之則丟棄這個(gè)小組的的信號(hào)強(qiáng)度信息，這樣每個(gè)參考點(diǎn)至多可以擁有m個(gè)指紋，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)指紋記為
S (l) = (snl(i),sn2(i).(5)設(shè)置m個(gè)粗分組，記為C1, C2, , Cm，對(duì)于所有的參考點(diǎn)，將指紋中有著相同最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)的參考點(diǎn)分到同一個(gè)粗分組中，第η個(gè)參考點(diǎn)的一條指紋Sn(I) = {3η1(ι).3 >2( ,…卩隱⑴:/I)中信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)是瓦》0:)，因此參考點(diǎn)η的這條指紋會(huì)分到粗分組Ci中，指紋及,K)也將會(huì)保存于粗分組Ci中。圖3給出了一個(gè)粗分組的示意圖，圖3顯示了有5個(gè)接入點(diǎn)的定位場(chǎng)景，采樣次數(shù)T = 200，根據(jù)每個(gè)參考點(diǎn)最強(qiáng)的接入點(diǎn)將所有參考點(diǎn)分為5個(gè)粗分組，圖中有的參考點(diǎn)會(huì)被分到多個(gè)粗分組中，因?yàn)門次采樣中，可能由于信號(hào)的波動(dòng)，一個(gè)參考點(diǎn)不同采樣時(shí)間上最強(qiáng)的接入點(diǎn)不相同，而且出現(xiàn)的頻次大于頻次的閾值α，這里不同粗分組中相同的參考點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指紋不同。圖4給出了一個(gè)參考點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指紋的實(shí)例，這里如果規(guī)定，T = 200，α = 20，則這個(gè)參考點(diǎn)的第一條指紋會(huì)被分到粗分組C1，第二條指紋會(huì)被分到粗分組C2中；(6)選取每個(gè)粗分組中的參考點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指紋中最強(qiáng)的接入點(diǎn)為參考接入點(diǎn)對(duì)指紋進(jìn)行差分，第η個(gè)指紋點(diǎn)的一條指紋Sn(i) = (s i(；i), s 2( )-…Jnm(i); f;,),參考接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度為瓦,/(O，其他接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度與瓦》(句作差，得到的差分指紋記為
權(quán)利要求
1.一種基于信號(hào)統(tǒng)計(jì)的室內(nèi)定位指紋分組方法，其特征在于，包含以下步驟 (1)在定位場(chǎng)景中選取N個(gè)參考點(diǎn)，獲取所述定位場(chǎng)景中接入點(diǎn)的數(shù)量為m; (2)在所述參考點(diǎn)進(jìn)行T次信號(hào)強(qiáng)度采樣，記錄下每次采樣接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度信息，第η個(gè)參考點(diǎn)的第t次采樣信息記為S& 二(S。，S1n2,…其中t = 1,2, ... , T ; (3)每個(gè)參考點(diǎn)將T次采樣的信號(hào)強(qiáng)度信息中有相同最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度信息分為一個(gè)小組，并記錄每個(gè)小組的信號(hào)強(qiáng)度信息的個(gè)數(shù)，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)小組的信號(hào)強(qiáng)度信息的個(gè)數(shù)記為/ ，每個(gè)參考點(diǎn)最多有m個(gè)這樣的小組； (4)判斷個(gè)數(shù)/, 是否大于或等于頻次閾值α，如果是，則將該小組的信號(hào)強(qiáng)度信息取平均值作為所述第η個(gè)參考點(diǎn)的一組指紋，否則丟棄該小組的信號(hào)強(qiáng)度信息，這樣每個(gè)參考點(diǎn)至多可以擁有m組指紋，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)指紋記為 (5)為所述指紋設(shè)置m個(gè)粗分組，記為C1,C2, ...，Cffl,對(duì)于第η個(gè)參考點(diǎn)的所有指紋，指紋中第i個(gè)接入點(diǎn)最強(qiáng)對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)和此指紋將會(huì)被分到粗分組Ci中，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)指紋中信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)是‘(O，因此參考點(diǎn)η會(huì)分到粗分組Ci中，指紋瓦⑴也將會(huì)保存于粗分組Ci中； (6)選取每個(gè)粗分組中的參考點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指紋中最強(qiáng)的接入點(diǎn)為參考接入點(diǎn)，對(duì)指紋進(jìn)行差分，第η個(gè)參考點(diǎn)的第i個(gè)指紋中信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)^趟，其他接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度與 :)作差，得到的差分指紋記為'Stit) = CsfllItA), si2(t, 2).…尤(v.m)，/;,);(7)設(shè)置m* (m-Ι)個(gè)細(xì)分組，記為 C12，C13, , C(m_1)m ； (8)找出所述差分指紋中最強(qiáng)、次強(qiáng)的差分信號(hào)，假定第η個(gè)參考點(diǎn)的差分指紋st('i)=拭2), .,.,SfliJt, to), /,;)中最強(qiáng)、次強(qiáng)的兩個(gè)差分信號(hào)為<,·( ·, O > O:，J·),則參考點(diǎn)η將會(huì)被分到細(xì)分組Clij中； (9)判斷是否小于或等于相似度閾值β，若是，則參考點(diǎn)η還會(huì)被分到細(xì)分組Cu中，否則參考點(diǎn)η不會(huì)被分到細(xì)分組Cu中； (10)對(duì)所有的參考點(diǎn)的所有指紋，重復(fù)上述步驟(5)至(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的室內(nèi)定位指紋分組方法，其特征在于，所述頻次閾值的取值為O. IT到O. 25Τ之間，所述相似度閾值β取值為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)e。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于信號(hào)統(tǒng)計(jì)的室內(nèi)定位指紋分組方法，包括在定位場(chǎng)景中選取N個(gè)參考點(diǎn)，獲取所述定位場(chǎng)景中接入點(diǎn)的數(shù)量為m，在所述參考點(diǎn)進(jìn)行T次信號(hào)強(qiáng)度采樣，記錄下每次采樣接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度信息，每個(gè)參考點(diǎn)將T次采樣的信號(hào)強(qiáng)度信息中有相同最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度信息分為一個(gè)小組，并記錄每個(gè)小組的信號(hào)強(qiáng)度信息的個(gè)數(shù)，判斷個(gè)數(shù)是否大于或等于頻次閾值α，如果是，則將該小組的信號(hào)強(qiáng)度信息取平均值作為所述第n個(gè)參考點(diǎn)的一組指紋，為所述指紋設(shè)置m個(gè)粗分組，選取每個(gè)粗分組中的參考點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指紋中最強(qiáng)的接入點(diǎn)為參考接入點(diǎn)，對(duì)指紋進(jìn)行差分。本發(fā)明工作簡(jiǎn)單，有效的減小了定位時(shí)需要比對(duì)指紋的數(shù)量，從而降低了成本。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102638888SQ20121007241
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者劉曄, 曹佐, 王邦, 莫益軍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)