CN101592724B - 一种无线定位方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线定位方法、装置及系统。所述方法包括：获取布置在定位区域内的固定节点接收到的位置待定的移动节点发送的无线定位信号的第一强度值；根据预定的匹配算法，将预先建立的数据库中保存的各个匹配项分别与参考项进行匹配计算，找到与所述参考项最匹配的第一匹配项；在所述数据库中查找到所述第一匹配项对应的特征位置坐标，作为所述位置待定的移动节点当前的位置坐标。按照本发明所述方法、装置及系统，可以提高定位结果的精度。

Description

一种无线定位方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及一种定位技术领域，具体涉及一种无线定位方法、装置及系统。

背景技术

无线定位技术可以通过无线信号对人员和物体的位置进行检测。一般的室内定位系统是通过在室内布置一定数量的固定节点，收集移动节点的相关信息，通过运算得到移动节点的位置。

现有技术中的定位计算，通常需要以所述固定节点和移动节点之间的距离值为基础。其中，所述距离值可以利用无线信号的接收信号强度指示(RSSI，Received Signal Strength Indicator)值计算得到：

根据电磁波的理论传播模型-弗里斯(Friis)传播模型，可以得到信号强度与接收机和发射机之间的距离关系的表达式，这里称作Friis公式，该公式的一种表达形式是：

P(r)＝P(r₀)-10αlog(r/r₀)

上式中，P(r)是一给定节点接收到的无线信号的对数功率，该给定节点与一给定发射机(固定节点)的距离为r；r₀是事先取好的相对发射机的参考距离；P(r₀)是距离发射机为参考距离处接收到的无线信号对数功率；参数α是路径损耗指数。更进一步地，如果考虑穿墙的信号衰减，有如下的经验模型：

P(r)＝P(r₀)-10αlog(r/r₀)-l·WAF

其中，l是发射机和接收机之间所隔墙的数目；WAF是隔墙衰减因子。

从以上公式可以看出，P(r)和r之间具有一一映射关系，在P(r)、P(r₀)、r₀和α等参数已知的情况下，通过P(r)就可以获得距离值r。另外，Friis公式有多种表达形式，可以根据不同的应用条件做等价变换。

因此，可以通过由移动节点携带定位卡，定位卡发送无线信号；固定节点接收上述无线信号并测量该无线信号的RSSI值，进而利用电磁波的理论传播模型或经验模型，计算得到固定节点与移动节点直接的距离。在获得移动节点到多个固定节点的距离值后，再利用定位算法，如三边测量法、最大似然估计法和质心定位算法等，可计算得到移动节点的位置。

现有技术中的定位计算，通常需要以根据电磁波的理论传播模型或经验模型来估计固定节点和移动节点之间的距离。由于无线信号传播的实际环境各不相同，无线信号在传播过程中又很容易受到实际环境中的各种因素影响，例如：多径传播、阴影衰落、非视距传播等，从而导致无线信号的传播与理论模型和经验模型不能很好地匹配，这会导致依据上述模型计算得到的距离值的误差较大，进而影响到定位结果的精度。并且，由于基于距离的定位算法需要根据各固定节点与移动节点之间的距离进行定位，因此对固定节点的硬件一致性要求较高，而通常固定节点相互之间都会存在一定的硬件差异，这也将进一步增大定位结果的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线定位方法、无线定位装置和无线定位系统，直接利用无线定位信号的RSSI值与预存的匹配项相匹配进行定位，避免了在定位过程中使用电磁波的理论传播模型或经验模型，从而提高了定位结果的精度。

为解决上述技术问题，本发明提供方案如下：

一种无线定位方法，包括：

获取布置在定位区域内的固定节点接收到的位置待定的移动节点发送的无线定位信号的第一强度值；

根据预定的匹配算法，将预先建立的数据库中保存的各个匹配项分别与参考项进行匹配计算，找到与所述参考项最匹配的第一匹配项，其中，所述参考项是由各固定节点对应的所述第一强度值按照预定次序所组成，所述数据库中保存有预先选取的多个特征位置坐标和与各特征位置坐标对应的匹配项，所述匹配项中按照所述预定次序保存有各固定节点接收到的多个无线测量信号的强度平均值，所述多个无线测量信号是本匹配项对应的特征位置坐标处的移动节点发送的；

在所述数据库中查找到所述第一匹配项对应的特征位置坐标，作为所述位置待定的移动节点当前的位置坐标。

本发明所述的方法，其中，所述数据库中，与每一个特征位置坐标对应的匹配项有多个。

本发明所述的方法，其中，所述匹配项进一步与特征位置坐标的不同的预定方向相对应，所述多个无线测量信号进一步是向本匹配项对应的预定方向发送的；

或者，所述匹配项进一步对应于定位区域内的不同物体密集程度等级，所述多个无线测量信号进一步是在所述定位区域具有本匹配项对应的物体密集程度等级的情况下发送的；

或者，所述匹配项进一步对应于测试人员的不同体重等级，所述多个无线测量信号进一步是由具有本匹配项对应的体重等级的测试人员，通过本匹配项对应的特征位置坐标处的移动节点发送的。

本发明所述的方法，其中，布置在所述定位区域内的固定节点的数量为u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配计算具体包括：

对数据库中的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的距离，所述距离是以该匹配项中的u个所述强度平均值作为u维坐标分量时所对应的点为起点，以所述参考项中的u个所述第一强度值作为u维坐标分量时所对应的点为终点时，所述起点和终点之间的距离；

从计算得到的所有距离中确定最小的距离，并将该最小的距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。(最小距离)

本发明所述的方法，其中，布置在所述定位区域内的固定节点的数量为u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配计算具体包括：

对数据库中的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的投影，所述投影是第二向量的单位向量在第一向量的单位向量上的投影，其中，所述第一向量的分量分别为该匹配项中保存的u个所述强度平均值，所述第二向量的分量分别为所述参考项中的u个所述第一强度值；

从计算得到的所有投影中确定最大的投影，并将该最大的投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。(最大投影)

本发明所述的方法，其中，进一步在所述数据库中保存与匹配项对应的方差值信息，所述方差值信息包括有各固定节点接收到的所述无线测量信号的强度的方差值；

在将匹配项与所述参考项进行匹配计算时，进一步根据该匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，确定该固定节点在本次匹配计算中的权重，其中，所述权重随着该匹配项中固定节点对应的方差值的增加而减小。

本发明所述的方法，其中，布置在所述定位区域内的固定节点的数量为u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配计算具体包括：

根据匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，分别确定各固定节点在本次匹配计算中的权重值，其中，所述权重值随着该固定节点对应的方差值的增加而减小；

对数据库中的每一个匹配项，根据公式

计算得到该匹配项对应参考距离，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，rssi_i表示固定节点i对应的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；

从计算得到的所有参考距离中确定最小的参考距离，并将该最小的参考距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

本发明所述的方法，其中，布置在所述定位区域内的固定节点的数量为u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配计算具体包括：

根据匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，分别确定该固定节点在本次匹配计算中的权重值，其中，所述权重值随着该固定节点对应的方差值的增加而减小；

对数据库中的每一个匹配项，根据公式 $\frac{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i\·{\mathrm{rssi}}_i\·{\mathrm{r\; p}}_i}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rssi}}_i^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rp}}_i^2}}$ 计算得到该匹配项对应的参考投影，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，rssi_i表示固定节点i对应的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的的所述强度平均值；

从计算得到的所有参考投影中确定最小的参考投影，并将该最小的参考投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

本发明所述的方法，其中，所述 ${\mathrm{\ω}}_i=\frac{1}{1+{\mathrm{\σ}}_i^2},$ 其中，σ_i ²表示固定节点i对应的方差值。

本发明还提供了一种无线定位装置，包括：

数据库单元，用于保存有预先选取的多个特征位置坐标和与各特征位置坐标对应的匹配项，其中，所述匹配项中按照预定次序保存有定位区域内的各固定节点接收到的多个无线测量信号的强度平均值，所述多个无线测量信号是本匹配项对应的特征位置坐标处的移动节点发送的；

匹配单元，用于根据预定的匹配算法，将数据库中保存的各个匹配项分别与参考项进行匹配计算，找到与所述参考项最匹配的第一匹配项，其中，所述参考项是由各固定节点接收到的位置待定的移动节点发送的无线定位信号的第一强度值，按照所述预定次序所组成；

位置坐标获取单元，用于在所述数据库中查找到所述第一匹配项对应的特征位置坐标，作为所述位置待定的移动节点当前的位置坐标。

本发明所述的无线定位装置，其中，所述数据库单元，进一步用于保存与每一个特征位置坐标对应的多个匹配项。

本发明所述的无线定位装置，其中，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

距离计算单元，用于对所述数据库单元中保存的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的距离，所述距离是以该匹配项中保存的u个所述强度平均值作为u维坐标分量时所对应的点为起点，以所述参考项中的u个所述第一强度值作为u维坐标分量时所对应的点为终点时，所述起点和终点之间的距离；

第一匹配项确定单元，用于从所述距离计算单元计算得到的所有距离中确定最小的距离，并将该最小的距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

本发明所述的无线定位装置，其中，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

投影计算单元，用于对数据库中的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的投影，所述投影是第二向量的单位向量在第一向量的单位向量上的投影，其中，所述第一向量的分量分别为该匹配项中保存的u个所述强度平均值，所述第二向量的分量分别为所述参考项中的u个所述第一强度值；

第一匹配项确定单元，用于从所述投影计算单元计算得到的所有投影中确定最大的投影，并将该最大的投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

本发明所述的无线定位装置，其中，所述数据库单元，还用于保存与匹配项对应的方差值信息，所述方差值信息包括有各固定节点接收到的所述无线测量信号的强度的方差值；

所述匹配单元，进一步用于在将匹配项与所述参考项进行匹配计算时，根据该匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，确定该固定节点在本次匹配计算的权重，其中，所述权重随着该匹配项中固定节点对应的方差值的增加而减小。

本发明所述的无线定位装置，其中，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

参考距离计算单元，用于对所述数据库单元中保存的每一个匹配项，根据公式

分别计算得到该匹配项对应参考距离，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，ω_i随着该固定节点对应的方差值的增加而减小，rssi_i表示固定节点i的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；

第一匹配项确定单元，用于从所述参考距离计算单元计算得到的所有参考距离中确定最小的参考距离，并将该最小的参考距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

本发明所述的无线定位装置，其中，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

参考投影计算单元，用于对数据库中的每一个匹配项，根据公式 $\frac{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i\·{\mathrm{rssi}}_i\·{\mathrm{rp}}_i}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rssi}}_i^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rp}}_i^2}}$ 计算得到该匹配项对应的参考投影，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，ω_i随着该固定节点对应的方差值的增加而减小，rssi_i表示固定节点i的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；

第一匹配项确定单元，用于从所述参考投影计算单元计算得到的所有参考投影中确定最大的参考投影，并将该最大的参考投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

本发明还提供了一种无线定位系统，包括：无线定位装置和布置在定位区域内的多个固定节点，所述无线定位装置包括：

数据库单元，用于保存有预先选取的多个特征位置坐标和与各特征位置坐标对应的匹配项，其中，所述匹配项中按照预定次序保存有定位区域内的各固定节点接收到的多个无线测量信号的强度平均值，所述多个无线测量信号是本匹配项对应的特征位置坐标处的移动节点发送的；

匹配单元，用于根据预定的匹配算法，将数据库中保存的各个匹配项分别与参考项进行匹配计算，找到与所述参考项最匹配的第一匹配项，其中，所述参考项是由各固定节点接收到的位置待定的移动节点发送的无线定位信号的第一强度值，按照所述预定次序所组成；

位置坐标获取单元，用于在所述数据库中查找到所述第一匹配项对应的特征位置坐标，作为所述位置待定的移动节点当前的位置坐标。

本发明所述的无线定位系统，其中，所述数据库单元，进一步用于保存与每一个特征位置坐标对应的多个匹配项。

本发明所述的无线定位系统，其中，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

距离计算单元，用于对所述数据库单元中保存的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的距离，所述距离是以该匹配项中保存的u个所述强度平均值作为u维坐标分量时所对应的点为起点，以所述参考项中的u个所述第一强度值作为u维坐标分量时所对应的点为终点时，所述起点和终点之间的距离；

第一匹配项确定单元，用于从所述距离计算单元计算得到的所有距离中确定最小的距离，并将该最小的距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

本发明所述的无线定位系统，其中，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

投影计算单元，用于对数据库中的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的投影，所述投影是第二向量的单位向量在第一向量的单位向量上的投影，其中，所述第一向量的分量分别为该匹配项中保存的u个所述强度平均值，所述第二向量的分量分别为所述参考项中的u个所述第一强度值；

第一匹配项确定单元，用于从所述投影计算单元计算得到的所有投影中确定最大的投影，并将该最大的投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

从以上所述可以看出，本发明提供的无线定位方法、无线定位装置和无线定位系统，利用一定环境下的RSSI值具有确定的分布特性这一特点，通过直接将固定节点测得的无线定位信号得RSSI值与预先保存的匹配项相匹配，进行定位，有效地避开了现有技术根据距离模型计算距离带来得误差，因此，克服了固定节点之间的硬件差异性，减少了误差产生途径，提高了定位精度。由于无线信号的传播容易受到周围环境等因素的影响，同一特征位置坐标处的发出的无线信号在不同测试条件下可能有不同的衰减特性，例如，定位区域内的物体密度程度不同、定位卡的发射天线的朝向不同、甚至因为不同的测试人员对无线信号的吸收不同，上述因素都会导致得到的匹配项中的数值有所不同，本发明实施例考虑到上述因素，进一步为每一特征位置坐标建立多个对应的匹配项，其中各匹配项分别对应于不同的测试条件，通过在数据库中保存不同测试条件下得到的与特征位置坐标对应的多个匹配项，有效地提高了匹配项对不同测试条件的的覆盖范围，进而提高了测试的精度。最后，本发明实施例还提供了具体可行的匹配算法，并且，还通过在匹配算法中根据各固定节点接收信号的稳定性，调整固定节点在匹配计算中的权重，进一步提高了定位结果的精度。

附图说明

图1为本发明实施例所述无线定位方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所述无线定位装置的结构示意图。

具体实施方式

如前文所述的现有技术的定位过程中，需要根据无线信号的RSSI值和电磁波的理论传播模型或经验模型计算距离。由于无线信号传播的实际环境各不相同，因而导致定位结果存在较大误差。本发明在定位过程中，虽然也利用了无线信号的RSSI值，但并没有根据该RSSI值和任何模型公式去计算距离，从而有效避开了上述问题。虽然无线信号传播的实际环境各不相同(这导致根据)，但对于同一环境下的无线信号的传播具有一定的稳定性和规律性。因此，本发明中，预先测得并保存定位区域内不同位置处发送的无线测量信号时各固定节点的RSSI值，将定位过程中各固定节点的RSSI值与预先保存RSSI值相匹配，据此确定移动节点的位置。以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例提出了一种基于数据库的无线定位方法和无线定位系统，对定位区域内的移动节点进行定位，确定该移动节点在定位区域内的具体位置。这里，所述定位区域是预先确定的，例如，可以将室外一定范围的空间或多层建筑的每一楼层平面作为一个定位区域。在所述定位区域内布置多个固定节点，各固定节点的位置可以根据定位区域的具体环境进行选择，例如，可以按照有利于接收到定位区域内的目标发送的无线信号为原则进行布置。

在固定节点布置好以后，本发明实施例需要通过一个学习过程来建立数据库，下面说明所述数据库的建立过程：

假设有一个多层建筑，将该多层建筑的每一楼层都作为一个独立的定位区域，以其中的任一定位区域为例：假设在该定位区域内预先布置了u个固定节点，这里，u最好取大于或等于2的整数。该u个固定节点都能接收到位于该定位区域内的定位卡(即移动节点)发出的无线测量信号。首先，在该定位区域内选取多个，如m个特征点，这些特征点的位置坐标称为特征位置坐标。这里，这些特征位置坐标可以是二维平面的位置坐标，如(x，y)，还可以是三维空间的位置坐标，如(x，y，z)等。通常，特征点的数量可以根据定位区域的大小以及定位精度的要求确定。定位区域越小，特征点的数量越多，定位精度通常也就越高。特征点的具体位置可以根据定位区域的实际环境确定，例如，可以在定位区域内均匀地选择特征位置点，还可以在被测目标能够达到的位置周围选择特征点等。

测试者携带定位卡，对每一个特征点进行测试，以收集测试数据：对于每一个特征点，测试者处于该特征点处，通过定位卡发送无线测量信号；同时，该定位区域内的u个固定节点分别接收并测量上述无线测量信号的RSSI值。为了提高测量数据的一般性，这里，可以在每个特征点处发送一组(多个)无线测量信号，从而，每个固定节点可以测得一组RSSI值，然后分别对各固定节点测得的一组RSSI值取平均值，得到各固定节点对应于该特征点的RSSI平均值；这里，还可以对这一组RSSI值求方差，得到上述无线测量信号的强度的方差值。通过以上方式，对于每一个固定节点，可以得到与该特征点对应的一个RSSI平均值和一个方差值，将所有u个固定节点对应于该特征点的RSSI平均值按照预定次序(如按照各固定节点的编号顺序)组成一个排列，作为与该特征点的特征位置坐标相对应的匹配项；同时，将所有u个固定节点对应于该特征点的方差值组成一个方差值信息，与该匹配项对应。在对所有特征点都进行了上述测试以后，通过保存各特征位置坐标和与各特征位置坐标对应的匹配项，建立所述数据库。这里，还可以在所述数据库中进一步保存与各匹配项对应的方差值信息，所述方差值信息包括有各固定节点接收到的所述无线测量信号的强度的方差值。

本发明实施例进一步考虑到定位卡的发射天线具有方向性，因此在建立所述数据库时，还可以为同一特征位置坐标保存多个与该特征位置坐标相对应的匹配项，其中，每一个匹配项，还进一步对应于该特征位置坐标处的不同方向。即，在测试时，预先选定多个不同方向，每个特征位置坐标处，通过定位卡分别向不同方向发送一组无线测量信号，例如，向东南西北四个方向分别发送一组无线测量信号；定位区域内的u个固定节点分别接收并测量上述无线测量信号，从而，对应于该特征位置坐标的每一个方向，各固定节点都能得到一组RSSI值；然后，对这一组RSSI值取平均值，得到各固定节点对应于该特征位置坐标处的某个方向的RSSI平均值；同样的，还可以对这一组RSSI值求方差，得到上述无线测量信号的强度的方差值；再将所有u个固定节点对应于该特征位置坐标处的某个方向的RSSI平均值按照预定次序(如按照各固定节点的编号顺序)组成一个排列，作为与该特征位置坐标处的某个方向对应的匹配项；同时，将所有u个固定节点对应于该特征点的方差值组成一个方差值信息，与该匹配项对应。在对所有特征点都进行了上述测试以后，通过保存各特征位置坐标和与各特征位置坐标的不同方向对应的匹配项，建立所述数据库。这里，还可以在所述数据库中进一步保存与各匹配项对应的方差值信息，所述方差值信息包括有各固定节点接收到的所述无线测量信号的强度的方差值。

另外，定位区域内家具等物体对于电磁波的传播影响较大，本发明实施例还可以进一步考虑定位区域内物体的密集程度，为同一特征位置坐标保存多个与该特征位置坐标相对应的匹配项。例如，将物体的密集程度分为较少、中等、较多三个等级，通过测量和保存各特征位置坐标对应于不同物体密集程度等级的匹配项，来建立所述数据库。

类似地，因为不同人员对电磁波的吸收情况差异较大，本发明实施例还可以进一步考虑测试和定位系统使用人员的体重情况，为同一特征位置坐标保存多个与该特征位置坐标相对应的匹配项。例如，将人员分为体重较轻、中等、较重三个等级，具有不同体重等级的使用人员，通过移动节点发送的无线信号会有不同的衰减特征，通过测量和保存与特征位置坐标的使用人员的不同体重等级对应的匹配项，来建立所述数据库。

在建立好数据库以后，通过本实施例所述的无线定位系统对移动节点进行定位，其中，所述无线定位系统包括有无线定位装置和布置在定位区域内的各固定节点。如图1所示，本实施例所述无线定位方法在对移动节点进行定位时包括以下步骤：

步骤11，位于定位区域内的位置待定的移动节点，通过其所携带的定位卡发送无线定位信号。该无线定位信号的发射功率与建立数据库时定位卡发送的无线测量信号的发射功率相同。该无线定位信号中可以携带移动节点的标识(ID)、无线定位信号编号等信息，以便固定节点可以识别该无线定位信号是哪个移动节点发出的第几个信号。

步骤12，布置在定位区域内的各固定节点接收上述无线定位信号，并测量接收到的上述无线定位信号的第一强度值，即上述无线定位信号的RSSI值，并通过定位请求消息将所述第一强度值发送给无线定位装置，同时还可以在所述定位请求消息中携带上述移动节点的ID、无线定位信号编号等信息。

步骤13，无线定位装置接收定位区域内的各固定节点发送的定位请求消息，从该消息中提取所述第一强度值，还可以通过该消息中携带的移动节点的ID、无线定位信号编号等信息，判断该消息中的所述第一强度值是针对哪个移动节点的哪一个无线定位信号的。从而，无线定位装置可以获取各固定节点测得的针对步骤12中所述的无线定位信号的第一强度值，并按照前文所述的预定次序，将各固定节点的所述第一强度值组成一个排列，即参考项；

步骤14，然后，无线定位装置根据预定的匹配算法，遍历定位数据库进行查找：将数据库中保存的各个匹配项分别与所述参考项进行匹配计算，找到与所述参考项最匹配的第一匹配项。

步骤15，无线定位装置在数据库中查找到所述第一匹配项对应的特征位置坐标，将该特征位置坐标作为所述位置待定的移动节点当前的位置坐标。在所述无线定位系统中还包括有定位监控服务器时，还可以将移动节点当前的位置坐标发送给定位监控服务器，定位监控服务器根据移动节点当前的位置坐标，通过监控画面将移动节点显示出来，同时，还可以将移动节点的位置坐标信息保存在监控数据库中，以便于后期的查询和使用。

上述定位方法是针对一个特定的定位区域内的移动节点进行定位的。在实际环境中存在多个定位区域时，如多层建筑的每一个楼层平面都作为一个定位区域时，位于其中一个楼层的移动节点发送的无线定位信号可能被多个定位区域内的固定节点接收到，因此，无线定位装置可能会接收到多个定位区域内的固定节点发送的定位请求消息。此时，可以通过无线定位装置从多个定位区域内的固定节点发送的定位请求消息中提取所述第一强度值，确定所述第一强度值最大的固定节点，将该固定节点所属定位区域作为移动节点所在的定位区域，然后按照上述定位方法进行定位。

上述步骤14中，在进行匹配计算时，参考项和各匹配项都分别可以看成是一个排列，通过匹配算法计算每一个匹配项和参考项的匹配程度。其中，一种简单的匹配算法可以是：

对于每一个匹配项，累加该匹配项中每个元素与参考项中对应元素之差的绝对值，得到该匹配项对应的累加值，所述累加值用公式表示为：

这里，假设布置在所述定位区域内的固定节点的数量为u个，u为大于或等于2的整数；rssi_i表示参考项中的元素i，即固定节点i对应的所述第一强度值，rp_i表示匹配项中的元素i，即该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；从所有累加值中选出最小的累加值，将该最小的累加值所对应的匹配项，作为最匹配的所述第一匹配项。

当然，还可以通过其它计算复杂度更高的匹配算法，以获得更好的匹配结果。例如，可以通过基于最小距离的匹配算法：

对数据库中的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的距离，所述距离是以该匹配项中的u个所述强度平均值作为u维坐标分量时所对应的点为起点，以所述参考项中的u个所述第一强度值作为u维坐标分量时所对应的点为终点时，所述起点和终点之间的距离，所述距离用公式可以表示为：

$\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{rssi}}_i-{\mathrm{rp}}_i)}^2};$

从计算得到的所有距离中确定最小的距离，并将该最小的距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

所述匹配算法还可以是基于最大投影的匹配算法：

对数据库中的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的投影，所述投影是第二向量的单位向量在第一向量的单位向量上的投影，其中，所述第一向量的分量分别为该匹配项中保存的u个所述强度平均值，所述第二向量的分量分别为所述参考项中的u个所述第一强度值，所述投影用公式可以表示为：

$\frac{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{rssi}}_i\·{\mathrm{rp}}_i)}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rssi}}_i^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rp}}_i^2}}$

从计算得到的所有投影中确定最大的投影，并将该最大的投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

以上所提供的匹配算法，在匹配计算中并没有考虑到各固定节点对应的所述方差值。在所述数据库中还保存有与各匹配项对应的所述方差值信息时，在将匹配项与所述参考项进行匹配计算时，还可以进一步根据该匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，确定该固定节点在本次匹配计算中的权重，通常，所述权重随着该匹配项中固定节点对应的方差值的增加而减小，以减小方差值较大的固定节点对于匹配计算的结果的影响。这是因为固定节点对应的所述方差值越大，说明该固定节点接收到的信号强度的稳定性越差，从而该固定节点所测得的信号强度的误差也就越较大。因此，在定位计算中，通过与方差值相关的权重，来调整各固定节点对于匹配计算的结果的贡献，以进一步提高匹配计算的精度。

例如，在考虑到方差值时，上述基于最小距离的匹配算法可以调整为：

在对匹配项和参考项进行匹配计算时，根据该匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，分别确定各固定节点在本次匹配计算中的权重值，其中，所述权重值随着该固定节点对应的方差值的增加而减小；

对数据库中的每一个匹配项，根据公式

计算得到该匹配项对应参考距离，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，rssi_i表示固定节点i对应的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；

从计算得到的所有参考距离中确定最小的参考距离，并将该最小的参考距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

又例如，在考虑到方差值时，上述基于最大投影的匹配算法可以调整为：

在对匹配项和参考项进行匹配计算时，根据该匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，分别确定该固定节点在本次匹配计算中的权重值，其中，所述权重值随着该固定节点对应的方差值的增加而减小；

对数据库中的每一个匹配项，根据公式 $\frac{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i\·{\mathrm{rssi}}_i\·{\mathrm{rp}}_i}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rssi}}_i^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rp}}_i^2}}$ 计算得到该匹配项对应的参考投影，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，rssi_i表示固定节点i对应的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的的所述强度平均值；

从计算得到的所有参考投影中确定最小的参考投影，并将该最小的参考投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

上述权重值ω_i为正数，随着该固定节点对应的方差值的增加而减小。假设该固定节点的方差值为σ_i ²，那么，ω_i可以根据实际环境设置，还可以根据定位结果与实际位置之间的差异进行调整，例如，ω_i可以设置为等于

当然，还可能是

k是大于0的常数等其它形式。

从以上所述可以看出，本实施例所述的无线定位方法，利用一定环境下的RSSI值具有确定的分布特性这一特点，通过直接将固定节点测得的无线定位信号得RSSI值与预先保存的匹配项相匹配，进行定位，有效地避开了现有技术根据距离模型计算距离带来得误差，因此，克服了固定节点之间的硬件差异性，减少了误差产生途径，提高了定位精度。由于同一特征位置坐标处的发出的无线信号在不同测试条件下可能有不同的衰减特性，本发明实施例考虑到上述因素，进一步为每一特征位置坐标建立多个对应的匹配项，其中各匹配项分别对应于不同的测试条件，通过在数据库中保存不同测试条件下得到的与特征位置坐标对应的多个匹配项，有效地提高了匹配项对不同测试条件的的覆盖范围，进而提高了测试的精度。本发明实施例还提供了具体可行的匹配算法，并且，还通过在匹配算法中根据各固定节点接收信号的稳定性，调整固定节点在匹配计算中的权重，进一步提高了定位结果的精度。

基于上述的无线定位方法，本发明实施例提出了一种基于匹配数据库的无线定位系统和无线定位装置，对定位区域内的移动节点进行定位。所述定位区域是预先确定的，例如，可以将多层建筑的每一楼层平面作为一个定位区域。

本实施例所述无线定位系统包括有：无线定位装置和布置在定位区域内的多个固定节点。这里，所述多个固定节点预先布置在定位区域内，各固定节点的位置可以根据定位区域的具体环境进行选择。通过这些固定节点来接收并测量移动节点发送的无线定位信号的强度。所述无线定位装置可以设置在任一固定节点中。所述无线定位系统还可以包括有独立的定位服务器或定位中心，此时，可以将无线定位装置设置在定位服务器或定位中心中。

本实施例所述无线定位系统，还可以包括定位监控服务器，用于根据定位获得的移动节点的位置坐标，通过监控画面显示所述移动节点的位置，以及记录并保存移动节点的位置信息等。

本实施例所述无线定位系统中，所述无线定位装置如图2所示，具体包括：

数据库单元，用于保存有预先选取的多个特征位置坐标和与各特征位置坐标对应的匹配项，其中，所述匹配项中按照预定次序保存有定位区域内的各固定节点接收到的多个无线测量信号的强度平均值，所述多个无线测量信号是本匹配项对应的特征位置坐标处的移动节点发送的；这里，所述数据库单元中还可以进一步用于保存与每一个特征位置坐标对应的多个匹配项。

匹配单元，用于根据预定的匹配算法，将数据库中保存的各个匹配项分别与参考项进行匹配计算，找到与所述参考项最匹配的第一匹配项，其中，所述参考项是由各固定节点接收到的位置待定的移动节点发送的无线定位信号的第一强度值，按照所述预定次序所组成。

位置坐标获取单元，用于在所述数据库中查找到所述第一匹配项对应的特征位置坐标，作为所述位置待定的移动节点当前的位置坐标。

所述匹配单元中还可能包括更为具体的单元。在采用不同匹配算法时，匹配单元所包括的具体单元也可能有所不同。假设所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，如图2所示，在采用基于最小距离的匹配算法时，所述匹配单元具体包括：

距离计算单元，用于对所述数据库单元中保存的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的距离，所述距离是以该匹配项中保存的u个所述强度平均值作为u维坐标分量时所对应的点为起点，以所述参考项中的u个所述第一强度值作为u维坐标分量时所对应的点为终点时，所述起点和终点之间的距离；

第一匹配项确定单元，用于从所述距离计算单元计算得到的所有距离中确定最小的距离，并将该最小的距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

而在采用基于最大投影的匹配算法时，所述匹配单元又具体可以包括：

投影计算单元，用于对数据库中的每一个匹配项，分别计算该匹配项对应的投影，所述投影是第二向量的单位向量在第一向量的单位向量上的投影，其中，所述第一向量的分量分别为该匹配项中保存的u个所述强度平均值，所述第二向量的分量分别为所述参考项中的u个所述第一强度值；

第一匹配项确定单元，用于从所述投影计算单元计算得到的所有投影中确定最大的投影，并将该最大的投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

本实施例中，所述数据库单元，还可以用于保存与匹配项对应的方差值信息，所述方差值信息包括有各固定节点接收到的所述无线测量信号的强度的方差值；此时，所述匹配单元，还可以进一步用于在将匹配项与所述参考项进行匹配计算时，根据该匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，确定该固定节点在本次匹配计算的权重，其中，所述权重随着该匹配项中固定节点对应的方差值的增加而减小。此时，在采用与上述基于最小距离类似的匹配算法时，所述匹配单元具体可以包括：

参考距离计算单元，用于对所述数据库单元中保存的每一个匹配项，根据公式

分别计算得到该匹配项对应参考距离，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，ω_i随着该固定节点对应的方差值的增加而减小，rssi_i表示固定节点i的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值，所述 ${\mathrm{\ω}}_i=\frac{1}{1+{\mathrm{\σ}}_i^2},$ 其中，σ_i ²表示固定节点i对应的方差值；

第一匹配项确定单元，用于从所述参考距离计算单元计算得到的所有参考距离中确定最小的参考距离，并将该最小的参考距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

在采用与上述基于最大投影类似的匹配算法时，所述匹配单元又具体可以包括：

参考投影计算单元，用于对数据库中的每一个匹配项，根据公式 $\frac{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i\·{\mathrm{rssi}}_i\·{\mathrm{rp}}_i}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rssi}}_i^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rp}}_i^2}}$ 计算得到该匹配项对应的参考投影，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，ω_i随着该固定节点对应的方差值的增加而减小，rssi_i表示固定节点i的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值所述 ${\mathrm{\ω}}_i=\frac{1}{1+{\mathrm{\σ}}_i^2},$ 其中，σ_i ²表示固定节点i对应的方差值；

第一匹配项确定单元，用于从所述参考投影计算单元计算得到的所有参考投影中确定最大的参考投影，并将该最大的参考投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

综上所述，可以看出：本发明实施例中，通过直接利用RSSI值与数据库中的匹配项进行匹配，避开了基于距离的定位算法带来的误差，提高了定位结果的精度。

本发明实施例所述的无线定位方法、无线定位装置和无线定位系统，并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明之领域，对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的优点和进行修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (14)

1.一种无线定位方法，其特征在于，包括：

获取布置在定位区域内的固定节点接收到的位置待定的移动节点发送的无线定位信号的第一强度值；

根据预定的匹配算法，将预先建立的数据库中保存的各个匹配项分别与参考项进行匹配计算，找到与所述参考项最匹配的第一匹配项，其中，所述参考项是由各固定节点对应的所述第一强度值按照预定次序所组成，所述数据库中保存有预先选取的多个特征位置坐标和与各特征位置坐标对应的匹配项，所述匹配项中按照所述预定次序保存有各固定节点接收到的多个无线测量信号的强度平均值，所述多个无线测量信号是本匹配项对应的特征位置坐标处的移动节点发送的；

在所述数据库中查找到所述第一匹配项对应的特征位置坐标，作为所述位置待定的移动节点当前的位置坐标；

其中，进一步在所述数据库中保存与匹配项对应的方差值信息，所述方差值信息包括有各固定节点接收到的所述无线测量信号的强度的方差值；

在将匹配项与所述参考项进行匹配计算时，进一步根据该匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，确定该固定节点在本次匹配计算中的权重，其中，所述权重随着该匹配项中固定节点对应的方差值的增加而减小。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库中，与每一个特征位置坐标对应的匹配项有多个。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述匹配项进一步与特征位置坐标的不同的预定方向相对应，所述多个无线测量信号进一步是向本匹配项对应的预定方向发送的；

或者，所述匹配项进一步对应于定位区域内的不同物体密集程度等级，所述多个无线测量信号进一步是在所述定位区域具有本匹配项对应的物体密集程度等级的情况下发送的；

或者，所述匹配项进一步对应于测试人员的不同体重等级，所述多个无线测量信号进一步是由具有本匹配项对应的体重等级的测试人员，通过本匹配项对应的特征位置坐标处的移动节点发送的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，布置在所述定位区域内的固定节点的数量为u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配计算具体包括：

根据匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，分别确定各固定节点在本次匹配计算中的权重值，其中，所述权重值随着该固定节点对应的方差值的增加而减小；

对数据库中的每一个匹配项，根据公式

计算得到该匹配项对应参考距离，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，rssi_i表示固定节点i对应的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；

从计算得到的所有参考距离中确定最小的参考距离，并将该最小的参考距1离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，布置在所述定位区域内的固定节点的数量为u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配计算具体包括：

根据匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，分别确定该固定节点在本次匹配计算中的权重值，其中，所述权重值随着该固定节点对应的方差值的增加而减小；

对数据库中的每一个匹配项，根据公式计算得到该匹配项对应的参考投影，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，rssi_i表示固定节点i对应的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的的所述强度平均值；

从计算得到的所有参考投影中确定最大的参考投影，并将该最大的参考投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述

其中，σ_i ²表示固定节点i对应的方差值。

7.一种无线定位装置，其特征在于，包括：

数据库单元，用于保存有预先选取的多个特征位置坐标和与各特征位置坐标对应的匹配项，其中，所述匹配项中按照预定次序保存有定位区域内的各固定节点接收到的多个无线测量信号的强度平均值，所述多个无线测量信号是本匹配项对应的特征位置坐标处的移动节点发送的；

匹配单元，用于根据预定的匹配算法，将数据库中保存的各个匹配项分别与参考项进行匹配计算，找到与所述参考项最匹配的第一匹配项，其中，所述参考项是由各固定节点接收到的位置待定的移动节点发送的无线定位信号的第一强度值，按照所述预定次序所组成；

位置坐标获取单元，用于在所述数据库中查找到所述第一匹配项对应的特征位置坐标，作为所述位置待定的移动节点当前的位置坐标；

其中，所述数据库单元，还用于保存与匹配项对应的方差值信息，所述方差值信息包括有各固定节点接收到的所述无线测量信号的强度的方差值；

所述匹配单元，进一步用于在将匹配项与所述参考项进行匹配计算时，根据该匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，确定该固定节点在本次匹配计算的权重，其中，所述权重随着该匹配项中固定节点对应的方差值的增加而减小。

8.如权利要求7所述的无线定位装置，其特征在于，

所述数据库单元，进一步用于保存与每一个特征位置坐标对应的多个匹配项。

9.如权利要求7所述的无线定位装置，其特征在于，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

参考距离计算单元，用于对所述数据库单元中保存的每一个匹配项，根据公式

分别计算得到该匹配项对应参考距离，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，ω_i随着该固定节点对应的方差值的增加而减小，rssi_i表示固定节点i的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；

第一匹配项确定单元，用于从所述参考距离计算单元计算得到的所有参考距离中确定最小的参考距离，并将该最小的参考距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

10.如权利要求7所述的无线定位装置，其特征在于，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

参考投影计算单元，用于对数据库中的每一个匹配项，根据公式

计算得到该匹配项对应的参考投影，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，ω_i随着该固定节点对应的方差值的增加而减小，rssi_i表示固定节点i的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；

第一匹配项确定单元，用于从所述参考投影计算单元计算得到的所有参考投影中确定最大的参考投影，并将该最大的参考投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

11.一种无线定位系统，包括：无线定位装置和布置在定位区域内的多个固定节点，其特征在于，所述无线定位装置包括：

数据库单元，用于保存有预先选取的多个特征位置坐标和与各特征位置坐标对应的匹配项，其中，所述匹配项中按照预定次序保存有定位区域内的各固定节点接收到的多个无线测量信号的强度平均值，所述多个无线测量信号是本匹配项对应的特征位置坐标处的移动节点发送的；

匹配单元，用于根据预定的匹配算法，将数据库中保存的各个匹配项分别与参考项进行匹配计算，找到与所述参考项最匹配的第一匹配项，其中，所述参考项是由各固定节点接收到的位置待定的移动节点发送的无线定位信号的第一强度值，按照所述预定次序所组成；

位置坐标获取单元，用于在所述数据库中查找到所述第一匹配项对应的特征位置坐标，作为所述位置待定的移动节点当前的位置坐标；

其中，所述数据库单元，还用于保存与匹配项对应的方差值信息，所述方差值信息包括有各固定节点接收到的所述无线测量信号的强度的方差值；

所述匹配单元，进一步用于在将匹配项与所述参考项进行匹配计算时，根据该匹配项对应的方差值信息中各固定节点所对应的方差值，确定该固定节点在本次匹配计算的权重，其中，所述权重随着该匹配项中固定节点对应的方差值的增加而减小。

12.如权利要去11所述的无线定位系统，其特征在于，

所述数据库单元，进一步用于保存与每一个特征位置坐标对应的多个匹配项。

13.如权利要求11所述的无线定位系统，其特征在于，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

参考距离计算单元，用于对所述数据库单元中保存的每一个匹配项，根据公式

分别计算得到该匹配项对应参考距离，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，ω_i随着该固定节点对应的方差值的增加而减小，rssi_i表示固定节点i的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；

第一匹配项确定单元，用于从所述参考距离计算单元计算得到的所有参考距离中确定最小的参考距离，并将该最小的参考距离所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

14.如权利要求11所述的无线定位系统，其特征在于，所述定位区域内的固定节点有u个，u为大于或等于2的整数，所述匹配单元具体包括：

参考投影计算单元，用于对数据库中的每一个匹配项，根据公式

计算得到该匹配项对应的参考投影，其中，ω_i表示固定节点i在本次匹配计算中的权重值，ω_i随着该固定节点对应的方差值的增加而减小，rssi_i表示固定节点i的所述第一强度值，rp_i表示该匹配项中保存的固定节点i对应的所述强度平均值；

第一匹配项确定单元，用于从所述参考投影计算单元计算得到的所有参考投影中确定最大的参考投影，并将该最大的参考投影所对应的匹配项，作为所述第一匹配项。

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