基于WiFi信号强度仿真与位置指纹算法的室内无线定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105430740A(43)申请公布日2016.03.23(21)申请号201510729844.4(22)申请日2015.10.31(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人刘硕张晓初杨磊张延华司鹏搏孙恩昌(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人刘萍(51)Int.Cl.H04W64/00(2009.01)G01S5/02(2010.01)权利要求书2页说明书13页附图5页(54)发明名称基于WiFi信号强度仿真与位置指纹算法的室内无线定位方法(57)摘要基于WiFi信号强度仿真与位置指纹算法的室内无线定位算法，首先利用射线跟踪算法对室内环境建模，通过对每条射线进行传播路径跟踪，计算出其多径传播轨迹；然后使用RanPlaniBuildNET软件仿真出区域内各接收点所有射线的场强叠加值，从而绘制出信号强度的分布信息，建立指纹库；最后通过位置指纹算法进行匹配定位。本算法将射线跟踪算法与位置指纹算法有机结合起来，通过信号强度等高图仿真实现定位。实验结果表明，本算法在实现定位功能，定位精度也达到系统性能要求的情况下，一定程度上优化了位置指纹定位算法的运行步骤，不仅节省了在恶劣环境下的定位时间及人力成本，还可保证人员的生命安全。CN105430740ACN105430740A权利要求书1/2页1.基于WiFi信号强度仿真与位置指纹算法的室内无线定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用射线跟踪算法对室内环境建模选用平面的三点式方程整个区域由两个水平平面和若干个垂直平面构成，为了确定水平平面和垂直平面的系数，分别在各个平面内任意选取3个点(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，(x3,y3,z3)，将每个点的坐标带入平面三点式方程，组成3×3行列式，使其解出x,y,z各自的系数，最终表示为平面的一般方程Ax+By+Cz+D＝0(A2+B2+C2≠0)，计算步骤如下所示：首先在平面内任意取3个点，将其坐标代入至平面三点式方程然后将行列式分解计算最终将方程系数A,B,C,D表示出来通过该方法逐一将所有水平平面和垂直平面的具体方程及定义域表示出来，构成建筑物室内立体几何模型步骤2，通过对每条射线进行传播路径跟踪，计算出其多径传播轨迹每条射线只考虑直射、一次反射和二次反射、一次绕射和二次绕射、一次反射和一次绕射组合这几种多径传播状态，其中绕射只考虑尖劈绕射；在用射线跟踪法进行传播预测的时候，接收点的场强就是所有经过接收点的射线叠加之和；每条射线路径中可能是直射路径、反射路径、绕射路径，也可能是直射、反射、绕射的混合路径；路径搜索完成后，就根据所得的所有传播路径来进行场强的计算；根据路径的不同，将计算分为直射场强、反射场强和绕射场强三个部分；下面为接收场点总的场强表达式：Etotal＝∑Ex上式中Ex为第x条射线在接收点的电场矢量；E0为发射电场强度矢量；Lx(n)为第x条射线到达接收点所经过路径n在自由空间的衰减；为第x条射线第y次反射的反射系数，入射角为θyx；为第x条射线第z次绕射的绕射系数，入射角为φzx；Gtx和Grx2CN105430740A权利要求书2/2页分别是发射天线和接收天线的增益；步骤3，使用RanPlaniBuildNET软件计算连续空间任意一点的场强，场强分辨率设置为5米；步骤4，通过位置指纹算法进行匹配定位使用的是加权K近邻法增加了权重因子，用来衡量不同近邻点对测试点进行定位的贡献程度求得不同参考点与测试点的距离，比较并选取其中K个最小值对应的参考点，则测试点的坐标由下式计算得出；其中，wi表示第i个参考点在定位过程中的权重因子；wi的计算公式如下：wi的值取决于参考点与测试点之间RSS的欧几里德距离，即Di值；使用逻辑判决滤波器对信号强度原始采样值进行滤波：一个距离热点近的标签所存储的关于该热点的信号强度值比距离热点远的参考标签所存储的关于该热点的信号强度值大，如果出现与上述结果相反的现象，自动对这部分采样结果予以剔除，用下一次的采样结果进行定位；且对接收到的原始信号强度进行限幅处理，幅值限制在-80dB。3CN105430740A说明书1/13页基于WiFi信号强度仿真与位置指纹算法的室内无线定位方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于WiFi信号强度仿真与位置指纹算法的室内无线定位算法，通过将射线跟踪算法与位置指纹算法有机结合，设计一种能够免除离线训练阶段的位置指纹室内无线定位算法，属于基于WiFi信号强度的室内无线定位算法研究的相关领域。背景技术[0002]对于严重依赖用户精确位置的LBS(用户位置服务)而言，基于WiFi信号强度的定位方法极具潜力。该方法