[发明专利]基于WiFi信号强度和Micro-Model的室内无线热点回溯定位方法

摘要

基于WiFi信号强度和Micro‑Model的室内无线热点回溯定位方法，该方法通过对目标建筑内环境衰减因子矩阵的精确描述，在传统三边定位方法的基础上进行热点回溯，实时对移动热点实施定位。该方法可以在传统位置指纹算法进行离线训练时更新衰减因子库，无需额外定位步骤，同时却可以提高热点回溯的精度。本方法工作的主要流程为：在离线训练阶段，采集常规指纹库并建立Micro‑LDPL‑Model；在线测量阶段，配合移动智能终端和服务器对移动热点进行精确定位，通过精确回推、三边测量和聚类优化等方法，最大程度上对定位结果实现了优化，使其更加精确合理。应用了本方法的系统不仅具备了对移动热点进行实时精确回溯的能力，还能够将定位误差限制在一个较小的范围内。

主权项

1.基于WiFi信号强度和Micro‑Model的室内无线热点回溯定位方法，该方法主要是将位置指纹定位与RSSI定位结合起来，利用位置指纹提供的环境和位置信息与log衰减模型提供的信号强度‑距离转化公式对热点进行定位；这个过程中包含了滤波、聚类算法；该方法分为离线训练和在线测试两个阶段，其特征在于：S1、离线训练阶段系统在离线训练阶段的任务是：完成对MM模型的构建；完成对基本指纹库的构建；首先，该MM模型在离线训练阶段系统描绘指纹库的同时，描绘出一个环境衰减因子矩阵；其具体表达形式为其中Y是衰减因子矩阵，衰减因子矩阵Y的各元素y_pq表示不同建筑空间上即p行q列相邻区块之间的衰减因子，其实质是一个一维向量，不同的项表示不同方向通路上的测量结果；分别表示该区块即坐标(p,q)与相邻区块即坐标(a,b)、(c,d)；l_pq是矩阵L中的元素，L是位置坐标矩阵，它表示了该元素的物理位置，在实际应用中，这一部分将以坐标的形式出现；系统主要参数均根据LDPL模型得出，LDPL模型的表达式为RSSI＝‑(10γlog10(d)‑a)RSSI表示接收信号强度；d是测量点与热点间距离；衰减因子矩阵γ以矩阵形式表达在MM模型中，a是信号强度偏移量，信号强度偏移量a与热点型号有关，通过读取热点型号获取信号强度偏移量参数的具体信息；在进行完整定位的过程中，将使用两套不同的指纹库，第一套指纹库主要用于第一次定位，它的内容由离线测试阶段决定；第二套用于第二次定位即回溯，它的内容需要在在线测试阶段进行更新；它们的形式分别为其中er_pq＝<AP₁,AP₂,...,AP_n>表示测量得到的信号强度，AP_n表示测量到的信号强度来自第n个AP；γ_pq是衰减因子矩阵，l_pq是区块物理坐标；其中or_pq表示在线测试阶段获得的信号强度，k_pq＝max{AP₁,AP₂,...,AP_n}用来表示Wireless Link Quality(WLQ)；S2在线测试阶段第一步：寻找Interest Feild反向定位时，待定位目标必然位于参考标签信号强度最大的一个或多个区域中，这一过程可大致分为三个部分；S2.1、假设指纹库为矩形且各参考标签划分大小一致，设A＝(aij)m×n∈Cm×n,W＝(wij)m×n∈Cm×n其中A为指纹库中的参考标签矩阵，W为方形窗矩阵，用来对参考标签矩阵进行相应的处理；设范数该范数用来对参考标签矩阵进行加窗处理从而寻找信号强度最大的区域；其中系数k₁ k₂ k₃根据试验情况而定，设k₁＝1 k₂＝0 k₃＝0即可；同时设参考标签区域边长为S，设为每个参考标签区域的表达式；实际上，若每个方形参考标签边长为5m，则5m之内信号会产生相应的衰减，这种衰减表现的比较明显，除非热点刚好位于两个或多个参考标签的边界上，因此暂时将上述范数简化成如下形式即该步骤将得到一个区域坐标作为结果，暂时称之为I_pq，对应的参考标签为a_pq；受遍历方式的影响，I_pq可能不唯一，但其至少会处于真实热点所在参考标签区域的邻域之中；S2.2、事实上，虽然两个或多个参考标签信号强度完全相同且强于其他参考标签信号强度的概率较低，但在Interest Field附近各参考标签信号强度相近的情况却有可能出现，因此需要对S2.1中得到的结果进行进一步处理；真实热点的位置理论上可分为以下三种情况：位于某个参考标签中，位于两个参考标签交界处和位于四个或多个参考标签交界处；因此，需要在找到I1区域之后进一步确定当前信号强度分布，设Iα为Ipq的八邻域与Ipq的并集，其表达式Iα＝{Iij|p‑1≤i≤p+1,q‑1≤j≤q+1}，S2.3、通过在Iα区域中进行相应的计算，最终可以确定一个Iβ，它表示参考标签信号强度相近且强于其他参考标签信号强度的区域的并集；设D＝(dij)3×3∈C3×3为在Iα区域内求取各参考标签到apq距离的距离换算窗；其中则Iβ＝{Iij|dij＜T,p‑1≤i≤p+1,q‑1≤j≤q+1}，其中T是距离阈值，该值需要取得很小来排除建筑因素的干扰，理论依据是距离与信号强度转化公式；最后Iβ简化为Iγ，这就是最终求取的Interest Field，实际情况中，由于存在障碍物遮挡因素，一些区域可能是不规则的：两格由于遮挡可能直接退化为一格，四格可能退化为三格、两格或一格；第二步：利用三边测量法估计热点位置筛选出视距参考标签之后利用log衰减模型进行热点位置估计了；设热点位置坐标为(x0,y0)，根据log路径损耗模型RSSI＝‑(10γlog10(d)‑n)，将热点位置坐标带入上式中进行联立即可求解出多组位置坐标其中RSSI取自第二次定位获得的指纹矩阵，偏移量n是距离热点1m处的信号强度，它的值需要在计算出衰减因子矩阵γ后进行一次估计，距离d1…dh是未知值分别表示目标热点与第1至第h个区块中心的距离，当求解出至少两个距离之后就可以估计出热点的位置。