本發(fā)明涉及室內(nèi)定位領(lǐng)域，具體涉及基于wi-fi信號指紋定位方法。

背景技術(shù)：

隨著室內(nèi)位置服務(wù)(ilbs)的發(fā)展，室內(nèi)定位技術(shù)越發(fā)關(guān)鍵，其中基于wi-fi信號的室內(nèi)定位技術(shù)是普遍的解決方案之一，其優(yōu)點在于wi-fi基礎(chǔ)設(shè)施，以及wi-fi設(shè)備(如：智能手機)的廣泛存在，因此不需要額外設(shè)備的投入。然而由于室內(nèi)環(huán)境通常比較復(fù)雜，無線信號容易受到多徑，遮擋等影響，m.youssef等人(thehoruswlanlocationdeterminationsystem,inproc.acmmobisys,2005,pp.205-218.)提出了基于一種基于信號指紋定位的方法，具體來說是在定位區(qū)域參考點處記錄來自不同路由器發(fā)射的信號強度(rss)，組成特征向量，并對其建立位置指紋地圖，當(dāng)用戶進(jìn)入定位區(qū)域，根據(jù)采集的rss可估算出位置。近期，吉林大學(xué)(cn201510963236.x)公開了基于核函數(shù)主特征(kpca)提取的wi-fi室內(nèi)加權(quán)k近鄰定位算法，該方法利用kpca的方法從rss特征向量中提取了魯棒特征用于定位。然而隨著移動計算領(lǐng)域的發(fā)展，設(shè)備的芯片和材質(zhì)的多樣，導(dǎo)致rss值隨著設(shè)備變化而變化，因此對以rss作為位置特征的指紋定位算法造成了誤差。為了解決該問題，a.mahtabhossain等人(ssd:arobustrflocationfingerprintaddressingmobiledevices’heterogeneity,"ieeetrans.mobilecomput.,vol.12,no.1,pp.65-77,jan.2013.)利用了差值信息，用于提升針對異構(gòu)設(shè)備的魯棒性，然而該方法要求假設(shè)信號源彼此獨立，也沒有考慮雙頻wi-fi信號。yuanchaoshu等人(gradient-basedfingerprintingforindoorlocalizationandtracking,ieeetransactionsonindustrialelectronics,vol.63,no.4,pp.2424-2433,april.2016.)利用信號的梯度信息進(jìn)行為指紋，但要求使用者的運動信息，同時也沒有考慮到雙頻wi-fi信息。fredrikkarlsson等人(sensorfusedindoorpositioningusingdualbandwifisignalmeasurements,in2015europeancontrolconference(ecc),2015,pp.1669-1672.)利用了雙頻wi-fi信號，但僅僅是合并在一起，沒有考慮信號的冗余性，另外沒有考慮設(shè)備的異構(gòu)性。

綜上，上述現(xiàn)有的方法沒有考慮雙頻wi-fi信號以及設(shè)備多樣化的問題，而隨著ieee802.11協(xié)議的完善，越來越多的設(shè)備支持雙頻wi-fi信號，同時因為以智能手機為代表的移動智能設(shè)備的爆發(fā)，一種充分利用雙頻wi-fi信號，且兼容異構(gòu)設(shè)備的wi-fi定位算法是十分必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)沒有充分利用雙頻wi-fi信號和異構(gòu)設(shè)備對定位精度的影響的問題，提供一種充分利用雙頻wi-fi信號，且兼容異構(gòu)設(shè)備的wi-fi定位算法。有效的解決異構(gòu)設(shè)備在雙頻wi-fi環(huán)境下定位精度差，魯棒性低的問題。

本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種在雙頻wi-fi環(huán)境下兼容異構(gòu)設(shè)備的室內(nèi)定位方法，定位區(qū)域存在任意個雙頻wi-fi路由器，首先我們離線采集位置數(shù)據(jù)和wi-fi信號信息，之后將采集到的2.4ghz和5ghz信號強度值(rss)分別做差值處理，獲得了不同頻段下與設(shè)備增益無關(guān)的差值信息，之后利用核主成分分析(kpca)方法對不同頻段的差值信息進(jìn)行特征融合，生成了魯棒的位置特征，其中，kpca方法是一種是對pca算法的非線性擴展，該方法適用于處理含有噪聲的非線性wi-fi差值數(shù)據(jù)。根據(jù)該位置特征和對應(yīng)的位置數(shù)據(jù)建立指紋數(shù)據(jù)庫。在線定位時，根據(jù)wi-fi測量值和特征提取方法提取出位置特征，最后根據(jù)在線的位置特征計算與指紋數(shù)據(jù)庫中的每個特征的相似度，選擇最相似的k個特征和其對應(yīng)的位置數(shù)據(jù)，對選擇出的k個位置數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)計算，可估計出用戶的位置。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果：

第一，本發(fā)明中充分利用了雙頻wi-fi信號，由于不同波長的電磁波在室內(nèi)環(huán)境中衰減特性不同，因此相對于傳統(tǒng)的2.4ghz信號，雙頻信息能夠提供更多的位置特征，從而提高定位精度。

第二，本發(fā)明中利用wi-fi的差值信息進(jìn)行定位，有助于提高面對異構(gòu)設(shè)備情況下，定位系統(tǒng)的魯棒性。

第三，本發(fā)明中利用核主成分分析(kpca)方法，從不同頻段的差值信息中提取關(guān)鍵的信息，實現(xiàn)了特征融合和降維的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的定位方法結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是實施例中實驗場景；

圖3是實施例中異構(gòu)手機在相同位置采樣rss值的概率分布；

圖4是實施例中異構(gòu)手機和不同特征的定位比較。

具體實施方式

實施例

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更清楚明確的界定。

如圖2所示是典型的室內(nèi)場景，包括7個雙頻路由器，本發(fā)明實施例將在該場景檢驗方法的有效性，為了更好的說明設(shè)備異構(gòu)問題，我們利用四部支持雙頻的不同的手機進(jìn)行實驗，如圖3所示，四部手機在相同地點測試信號強度(rss)值的概率分布，可見rss的值對異構(gòu)設(shè)備十分敏感。本定位系統(tǒng)將分為離線階段和在線階段兩個步驟，其定位方法的結(jié)構(gòu)框圖如附圖1所示。

(1)離線階段：將實驗場景的地圖離散化為多個柵格，編寫基于android平臺的應(yīng)用程序，使用智能手機在各個柵格采集不同路由器的信號，并記錄位置數(shù)據(jù)和信號強度數(shù)據(jù)。將檢測到的2.4ghz頻段下的信號強度數(shù)據(jù)，相互做差，得到2.4ghz的差值信息，同理可得5ghz的差值信息，事實上，通常無線信號的信號強度距離損耗模型為：

其中pap:無線接入點(ap)功率，gap:ap增益，gmn:移動終端增益，λap:電磁波波長，l:系統(tǒng)損耗因子，和ap有關(guān)，β路徑損耗因子，x(0,σ²)為高斯噪聲。當(dāng)不同信號源的信號強度彼此做差有：

可見，信號強度的差值信息與移動終端增益無關(guān)。因此該特征與設(shè)備增益無關(guān)。由于2.4ghz和5ghz信號具有一定的冗余性，以及相互做差運算帶來的特征維度增加，因此利用核主成分分析(kpca)的方法對2.4ghz和5ghz信號進(jìn)行融合并降維，生成魯棒的位置特征，kpca方法是一種是對pca算法的非線性擴展，適用于處理含有噪聲的數(shù)據(jù)，具體參見：("kpcapluslda:acompletekernelfisherdiscriminantframeworkforfeatureextractionandrecognition,"ieeetransactionsonpatternanalysisandmachineintelligence,vol.27,no.2,pp.230-244,february2005.)。最后結(jié)合位置信息和該位置特征建立位置指紋庫。

(2)在線階段：使用不同的智能手機采集雙頻wi-fi信號，并對rss值進(jìn)行差值處理和基于kpca的特征提取，這里kpca需要的參數(shù)由離線階段可得。最后利用傳統(tǒng)的近鄰法計算出k個指紋最相似位置，加權(quán)得出估計位置。

定位結(jié)果如圖4所示，不同的位置特征對定位精度的影響，(離線采集手機為honor8，在線測試手機為honor8、honor6、honor6plus、nubiaz11)分別對比了2.4ghz信號強度、5ghz信號強度、2.4ghz+5ghz信號強度、ssd特征以及所提出的魯棒特征?？梢娨环矫嫱瑫r使用雙頻信號信息能夠提高定位精度，另一方面利用kpca方法從差值信息中提取的特征具有較高的魯棒性。

綜上,本發(fā)明提供一種充分利用雙頻wi-fi信號，且兼容異構(gòu)設(shè)備的wi-fi定位方法。有效的解決異構(gòu)設(shè)備在雙頻wi-fi環(huán)境下定位精度差，魯棒性低的問題。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。