專利名稱：基于參考點(diǎn)位置優(yōu)化的wlan室內(nèi)單源線性wknn定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于參考點(diǎn)位置優(yōu)化的WLAN室內(nèi)單源線性WKNN定位方法，屬于移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
針對(duì)目前廣泛興起的室內(nèi)、外基于泛在網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)計(jì)算等需求業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，在最近五年來(lái)，LBS (Location based krvice，基于位置的服務(wù))越來(lái)越受到相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和高校的重視。雖然，人們所熟悉的GPS (Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))和蜂窩無(wú)線定位系統(tǒng)，在飛行導(dǎo)航、大區(qū)定位等空曠室外應(yīng)用環(huán)境中，能提供較高、較快的用戶位置信息，但在人口密集、建筑物遮蔽影響惡劣等室內(nèi)非視線傳播NL0S(Non-line of Sight, 非視距)條件下，定位性能難以得到保證。此外，在很多軍用和民用領(lǐng)域，如緊急救援、殘疾人看護(hù)、環(huán)境探測(cè)、大型庫(kù)存管理和車位規(guī)劃等，都需要提供用戶或目標(biāo)設(shè)施較好的位置信息。因此，如何建立有效、可靠且低廉的室內(nèi)定位系統(tǒng)，對(duì)于未來(lái)WPN(Wireless Personal Network，無(wú)線個(gè)人網(wǎng))的發(fā)展和普及至關(guān)重要。迄今為止，國(guó)內(nèi)、外出現(xiàn)的典型室內(nèi)定位系統(tǒng)，主要有微軟研究院的RADAR系統(tǒng)， 其利用新采集和預(yù)存儲(chǔ)UDP^ser Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議)信號(hào)強(qiáng)度的差異性，估計(jì)用戶終端的實(shí)際位置；麻省理工學(xué)院的Cricket系統(tǒng)，提供了一種可有效解決定位信息可度量性、保密性和跟蹤實(shí)時(shí)性的方法；劍橋大學(xué)的Active Bat系統(tǒng)，根據(jù)超聲波和射頻信號(hào)的傳播時(shí)延關(guān)系，利用TDOA(Time Difference of Arrival，抵達(dá)時(shí)間差)方法和三角度量技術(shù)，對(duì)終端位置進(jìn)行估計(jì)；卡耐基梅隆大學(xué)的CMU-TMI和CMU-PM定位系統(tǒng)， 分別運(yùn)用了三角度量、映射插補(bǔ)和模式匹配技術(shù)進(jìn)行定位；匹茲堡大學(xué)則提出了一種基于 Voronoi圖的定位方法；此外，加州大學(xué)洛杉磯分校的NitAle系統(tǒng)和馬里蘭大學(xué)的Horus 系統(tǒng)，均結(jié)合Bayer概率論的思想，有效提高了定位系統(tǒng)的多徑抗干擾能力，并在保證一定定位精度的條件下，顯著降低了系統(tǒng)的計(jì)算和維護(hù)開(kāi)銷。在這些定位系統(tǒng)中，雖然有一些系統(tǒng)能夠提供較高的定位精度，但通常需要特殊的定位軟、硬件設(shè)施，且系統(tǒng)維護(hù)的人力和物力開(kāi)銷較大，不利于得到廣泛普及和應(yīng)用。相比之下，WLAN(Wireless Local Area Network, 基于無(wú)線局域網(wǎng))技術(shù)的定位系統(tǒng)，則不需要額外添加復(fù)雜、昂貴的硬件設(shè)施，且系統(tǒng)工作在2. 4GHz免注冊(cè)ISM頻段內(nèi)，所以具有更好的普適性和可推廣性?？傮w來(lái)說(shuō)，WLAN定位技術(shù)主要包括近鄰匹配法和模式識(shí)別法。前者相對(duì)于后者，具有更高的定位精準(zhǔn)度和更好的環(huán)境適應(yīng)性，其中，WKNN(Weighted K Nearest Neighbors，加權(quán)K近鄰)作為近鄰匹配法的一種典型方法，其充分利用與定位終端采集信號(hào)具有相似強(qiáng)度特征的參考點(diǎn)位置信息，選取前K個(gè)較小歐幾里得強(qiáng)度距離參考點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算， 進(jìn)而對(duì)定位終端的實(shí)際位置進(jìn)行估計(jì)，并且因其具有較高的定位精度，更是得到人們的廣泛關(guān)注與應(yīng)用。然而，通過(guò)對(duì)WKNN定位過(guò)程的分析，其在線階段的定位性能顯著依賴于離線階段參考點(diǎn)數(shù)目和位置的選擇。此外，直走廊定位環(huán)境(亦可稱為線性環(huán)境)作為WLAN室內(nèi)典型場(chǎng)景之一，因其特殊的物理環(huán)境限制和較好的信號(hào)衰減特性，往往僅需要利用1個(gè) AP (Access Point，無(wú)線接入點(diǎn))的信號(hào)強(qiáng)度信息(即稱為單源條件)，就可滿足實(shí)際定位精準(zhǔn)度的需求。針對(duì)這一特殊單源線性場(chǎng)景，現(xiàn)有技術(shù)不能很好的的給出最優(yōu)參考點(diǎn)數(shù)目，不能很好的對(duì)定位終端進(jìn)行位置坐標(biāo)估計(jì)，給出最優(yōu)位置選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有WLAN室內(nèi)單源線性環(huán)境下，WKNN定位算法中最優(yōu)參考點(diǎn)數(shù)目和位置的選擇問(wèn)題，提供了一種基于參考點(diǎn)位置優(yōu)化的WLAN室內(nèi)單源線性WKNN 定位方法。本發(fā)明所述基于參考點(diǎn)位置優(yōu)化的WLAN室內(nèi)單源線性WKNN定位方法，該方法包括以下步驟步驟一、在室內(nèi)線性直走廊目標(biāo)定位環(huán)境中部署多個(gè)接入點(diǎn)AP，確保所述接入點(diǎn) AP在目標(biāo)定位環(huán)境中的信號(hào)傳播特性近似滿足對(duì)數(shù)衰減模型，定位環(huán)境中的任意位置均可采集到來(lái)自所有接入點(diǎn)AP的信號(hào)強(qiáng)度，且信號(hào)功率大于_90dBm ；并在所述目標(biāo)環(huán)境中設(shè)置多個(gè)參考點(diǎn)；步驟二、選擇一個(gè)參考點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0。建立二維直角坐標(biāo)系，獲得每個(gè)參考點(diǎn)在該二維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置，建立坐標(biāo)原點(diǎn)0。、多個(gè)參考點(diǎn)、接入點(diǎn)AP的數(shù)學(xué)關(guān)系模型；步驟三、根據(jù)步驟二的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，獲取近鄰點(diǎn)數(shù)為4的WKNN定位方法在該定
位環(huán)境中的理論期望誤差盡*
權(quán)利要求
1.基于參考點(diǎn)位置優(yōu)化的WLAN室內(nèi)單源線性WKNN定位方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、在室內(nèi)線性直走廊目標(biāo)定位環(huán)境中部署多個(gè)接入點(diǎn)AP，確保所述接入點(diǎn)AP在目標(biāo)定位環(huán)境中的信號(hào)傳播特性近似滿足對(duì)數(shù)衰減模型，定位環(huán)境中的任意位置均可采集到來(lái)自所有接入點(diǎn)AP的信號(hào)強(qiáng)度，且信號(hào)功率大于_90dBm ；并在所述目標(biāo)環(huán)境中均勻的虛擬設(shè)置多個(gè)參考點(diǎn)；步驟二、選擇一個(gè)參考點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0。建立二維直角坐標(biāo)系，獲得每個(gè)參考點(diǎn)在該二維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置，建立坐標(biāo)原點(diǎn)0。、多個(gè)參考點(diǎn)、接入點(diǎn)AP的數(shù)學(xué)關(guān)系模型；步驟三、根據(jù)步驟二的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，獲取近鄰點(diǎn)數(shù)為4的WKNN定位方法在該定位環(huán)境中的理論期望誤差
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于參考點(diǎn)位置優(yōu)化的WLAN室內(nèi)單源線性WKNN定位方法， 其特征在于，步驟一中在所述目標(biāo)環(huán)境中均勻的虛擬設(shè)置多個(gè)參考點(diǎn)，任意兩個(gè)相鄰參考點(diǎn)之間的距離為0. 5m、Im或2m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于參考點(diǎn)位置優(yōu)化的WLAN室內(nèi)單源線性WKNN定位方法， 其特征在于，步驟六中利用4鄰近點(diǎn)WKNN定位法將測(cè)試點(diǎn)處采集的信號(hào)強(qiáng)度瞬時(shí)值與單源均值位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)存儲(chǔ)的信息進(jìn)行匹配，獲取測(cè)試點(diǎn)的估計(jì)位置坐標(biāo)的過(guò)程為步驟61、在測(cè)試點(diǎn)處利用信號(hào)接收機(jī)采集來(lái)自每一個(gè)接入點(diǎn)AP的信號(hào)強(qiáng)度RSS值，獲取測(cè)試點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度均值矢量Pmw，
全文摘要
基于參考點(diǎn)位置優(yōu)化的WLAN室內(nèi)單源線性WKNN定位方法，屬于移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有WLAN室內(nèi)單源線性環(huán)境下，WKNN定位算法中最優(yōu)參考點(diǎn)數(shù)目和位置的選擇問(wèn)題。本發(fā)明針對(duì)這一特殊單源線性場(chǎng)景，首先在離線階段，針對(duì)具體的實(shí)際單源線性定位環(huán)境，計(jì)算WKNN定位法在該環(huán)境下理論期望精度的閉合解形式；然后，利用閉合解形式中期望誤差與參考點(diǎn)位置、目標(biāo)區(qū)域尺寸之間的關(guān)系，對(duì)參考點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化布置，滿足最小期望誤差準(zhǔn)則，并建立相應(yīng)的單源均值位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)；最后，根據(jù)在現(xiàn)階段實(shí)時(shí)采集的信號(hào)強(qiáng)度樣本，利用近鄰點(diǎn)數(shù)為4的WKNN定位法，對(duì)定位終端進(jìn)行位置坐標(biāo)估計(jì)。
文檔編號(hào)H04W84/12GK102325369SQ20111015220
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者劉寧慶, 周牧, 孟維曉, 徐玉濱, 李利民, 王孝, 馬琳 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)