[发明专利]一种用于室内定位的异构指纹数据库设计方法

摘要

一种用于室内定位的异构指纹数据库设计方法，属于室内定位技术领域。本发明是为了适合目前存在的多种体制的通信系统以及集成了多种传感器的移动终端而提出的。本发明利用户终端在先验位置接收到室内WiFi节点发射的信号的强度值、NodeB发射的信号的强度值、ENodeB发射的信号的强度值、室内FemtoCell发射的信号强度值以及气压传感器采集的气压值构建多自由度的指纹数据库，并利用构建的指纹数据库完成室内三维定位。异构指纹数据库包含以下信息，分别是：位置信息L_Position、WiFi指纹信息R_WiFi、NodeB指纹信息R_NodeB、ENodeB指纹信息R_ENodeB、FemtoCell指纹信息R_FemtoCell、大气压强指纹信息P_Atmospheric。

主权项

一种用于室内定位的异构指纹数据库设计方法，设室内环境同时可接收到N_WiFi个WiFi节点发射的信号、N_NodeB个NodeB发射的信号、N_ENodeB个ENodeB发射的信号以及N_FemtoCell个FemtoCell发射的信号，并且地表大气压强值为P₀；同时假设构建指纹数据库时使用的终端同时包含WiFi射频模块、3G模块、4G模块以及气压传感器；其特征在于：所述异构指纹数据库设计方法的实现过程为：步骤1：待定位区域参考点的确定：假设在待定位区域存在N个参考点，首先要对这些参考点的三维坐标信息进行测量，对于第i个参考点测量得到的坐标信息为(x_i,y_i,z_i)；步骤2：参考点位置处的指纹数据采集：分别在参考点处测量终端接收到的WiFi信号的强度r^WiFi、NodeB的信号的强度r^NodeB、ENodeB的信号的强度r^ENodeB、FemtoCell的信号的强度r^FemtoCell和大气压强值P，每种指纹数据测量一定次数。从第1个参考点开始，重复步骤2a至2e，直至第N个参考点结束；步骤2a：在第i个参考点处，测量N_WiFi个WiFi节点发射的信号强度信息，共测量K_WiFi次，然后对每个WiFi节点的信号强度取平均值，最终得到此处的WiFi信号强度指纹信息：$r_i^{\mathrm{WiFi}}={[r_1^{\mathrm{WiFi}},\·\·\·,r_j^{\mathrm{WiFi}},\·\·\·,r_{N_{\mathrm{WiFi}}}^{\mathrm{WiFi}}]}^T---\left(1\right)$$r_j^{\mathrm{WiFi}}=\frac{1}{K_{\mathrm{WiFi}}}\underset{k=1}{\overset{K_{\mathrm{WiFi}}}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{j,k}^{\mathrm{WiFi}}---\left(2\right)$其中，为第k次测得的第j个WiFi节点的信号强度；步骤2b：在第i个参考点处，测量N_NodeB个NodeB节点发射的信号强度信息，共测量K_NodeB次，然后对每个NodeB节点的信号强度取平均值，最终得到此处的NodeB信号强度指纹信息：$r_i^{\mathrm{NodeB}}={[r_1^{\mathrm{NodeB}},\·\·\·,r_j^{\mathrm{NodeB}},\·\·\·,r_{N_{\mathrm{NodeB}}}^{\mathrm{NodeB}}]}^T---\left(3\right)$$r_j^{\mathrm{NodeB}}=\frac{1}{K_{\mathrm{NodeB}}}\underset{k=1}{\overset{K_{\mathrm{NodeB}}}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{j,k}^{\mathrm{NodeB}}---\left(4\right)$其中，为第k次测得的第j个NodeB节点的信号强度；步骤2c：在第i个参考点处，测量N_ENodeB个ENodeB节点发射的信号强度信息，共测量K_ENodeB次，然后对每个ENodeB节点的信号强度取平均值，最终得到此处的ENodeB信号强度指纹信息：$r_i^{\mathrm{ENodeB}}={[r_1^{\mathrm{ENodeB}},\·\·\·,r_j^{\mathrm{ENodeB}},\·\·\·,r_{N_{\mathrm{ENodeB}}}^{\mathrm{ENodeB}}]}^T---\left(5\right)$$r_j^{\mathrm{ENodeB}}=\frac{1}{K_{\mathrm{ENodeB}}}\underset{k=1}{\overset{K_{\mathrm{ENodeB}}}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{j,k}^{\mathrm{ENodeB}}---\left(6\right)$其中，为第k次测得的第j个ENodeB节点的信号强度；步骤2d：在第i个参考点处，测量N_FemtoCell个FemtoCell节点发射的信号强度信息，共测量K_FemtoCell次，然后对每个FemtoCell节点的信号强度取平均值，最终得到此处的FemtoCell信号强度指纹信息：$r_i^{\mathrm{FemtoCell}}={[r_1^{\mathrm{FemtoCell}},\·\·\·,r_j^{\mathrm{FemtoCell}},\·\·\·,r_{N_{\mathrm{FemtoCell}}}^{\mathrm{FemtoCell}}]}^T---\left(7\right)$$r_j^{\mathrm{FemtoCell}}=\frac{1}{K_{\mathrm{FemtoCell}}}\underset{k=1}{\overset{K_{\mathrm{FemtoCell}}}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{j,k}^{\mathrm{FemtoCell}}---\left(8\right)$其中，为第k次测得的第j个FemtoCell节点的信号强度；步骤2e：在第i个参考点处，测量大气压强信息，共测量K_Atmospheric次，然后对所有大气压强取平均值，然后利用平均值减去地面大气压强值P₀，最终得到此处的大气压强指纹信息：$P_i^{\mathrm{Atmospheric}}=\frac{1}{K_{\mathrm{Atmospheric}}}\underset{k=1}{\overset{K_{\mathrm{Atmospheric}}}{\mathrm{\Σ}}}{p}_k^{\mathrm{Atmospheric}}-P_0---\left(9\right)$其中，为第k次测得的大气压强值；步骤3：利用步骤2a至2e测得的指纹信息以及参考点位置信息构建异构指纹数据库，异构指纹数据库包含6种成员信息，分别是：1)位置信息L_Position：L_Position＝[x y z]x＝[x₁,x₂,…x_N‑1,x_N]^T     (10)y＝[y₁,y₂,…y_N‑1,y_N]^Tz＝[z₁,z₂,…z_N‑1,z_N]^T2)WiFi指纹信息R_WiFi：$R_{\mathrm{WiFi}}={\left[\begin{array}{ccccc}{r}_1^{\mathrm{WiFi}}& r_2^{\mathrm{WiFi}}& \·\·\·& r_{N-1}^{\mathrm{WiFi}}& r_N^{\mathrm{WiFi}}\end{array}\right]}^T---\left(11\right)$3)NodeB指纹信息R_NodeB：$R_{\mathrm{NodeB}}={\left[\begin{array}{ccccc}{r}_1^{\mathrm{NodeB}}& r_2^{\mathrm{NodeB}}& \·\·\·& r_{N-1}^{\mathrm{NodeB}}& r_N^{\mathrm{NodeB}}\end{array}\right]}^T---\left(12\right)$4)ENodeB指纹信息R_ENodeB：$R_{\mathrm{ENodeB}}={\left[\begin{array}{ccccc}{r}_1^{\mathrm{ENodeB}}& r_2^{\mathrm{ENodeB}}& \·\·\·& r_{N-1}^{\mathrm{ENodeB}}& r_N^{\mathrm{ENodeB}}\end{array}\right]}^T---\left(13\right)$5)FemtoCell指纹信息R_FemtoCell：$R_{\mathrm{FemtoCell}}={\left[\begin{array}{ccccc}{r}_1^{\mathrm{FemtoCell}}& r_2^{\mathrm{FemtoCell}}& \·\·\·& r_{N-1}^{\mathrm{FemtoCell}}& r_N^{\mathrm{FemtoCell}}\end{array}\right]}^T---\left(14\right)$6)大气压强指纹信息P_Atmospheric：$P_{\mathrm{Atmospheric}}={\left[\begin{array}{ccccc}{P}_1^{\mathrm{Atmospheric}}& P_2^{\mathrm{Atmospheric}}& \·\·\·& P_{N-1}^{\mathrm{Atmospheric}}& P_N^{\mathrm{Atmospheric}}\end{array}\right]}^T---\left(15\right)$步骤4：最终构成的异构指纹数据库为：D_Fingerprint＝[L_Position R_WiFi R_NodeB R_EnodeB R_FemtoCell P_Atmospheric]   (16)其为大小为N×(3+N_WiFi+N_NodeB+N_ENodeB+N_FemtoCell+1)的二维数组。