CN103051398A

CN103051398A - 一种Wi-Fi信号源的定向方法和系统

Info

Publication number: CN103051398A
Application number: CN2012105468466A
Authority: CN
Inventors: 方均滩; 李俊龙; 徐志强
Original assignee: Xiamen Meiya Pico Information Co Ltd
Current assignee: Xiamen Meiya Pico Information Co Ltd
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明提供一种Wi-Fi信号源的定向方法和系统，其中所述方法包括：步骤1，测量一个信号测量点的信号强度以获得以该测量点为圆心，该测量点与该测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；步骤2，测量下一个信号测量点的信号强度以获得以该下一个测量点为圆心，该下一个测量点与该下一个测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；步骤3，检测两个信号源区域圆是否相交，若相交，则设定所述相交区域的最小外接圆为迭代信号源区域圆；本发明的方法和系统受环境影响较小，更适合于复杂环境且不需刻意剔除受环境影响的测量值。

Description

一种Wi-Fi信号源的定向方法和系统

技术领域

本发明涉及信号定向领域，特别地，涉及一种Wi-Fi信号源的定向方法和系统。

背景技术

Wi-Fi是目前被广泛使用的移动网络技术，主要是使用2.45GHz和5.8GHz的ISM频段的电磁波进行载波传输，其在传输过程中会有一定的损耗。在空旷无阻挡的环境下，传输损耗模型通常使用如下公式：

Figure 2012105468466100002DEST_PATH_IMAGE002

(1)

其中，P为测量的信号强度，单位为dBm，d为信号源与测量点间的距离，ε为空气中的损耗系数，K为设置的与初始值相关的常数。参看如图1，为测量的信号强度和信号源与测量点间的距离的关系曲线图，其基本符合式（1）中的负对数关系。

现有的Wi-Fi信号源的定向方法包括单点定向和三点定向。

单点定向，为首先通过式（1）导出信号源与测量点间距离的公式：

Figure 2012105468466100002DEST_PATH_IMAGE001

(2)

然后，根据式（2），进行一次信号强度测量，用测得的信号强度算出信号源与测量点T间的距离d，可得出信号源区域O就在以测量点为圆心，d为半径的圆周上，如图2所示。

三点定向，为可在单点测量的基础上结合几何学知识推算出，在不在同一直线上的三点进行测量，所得到的三个信号源的可能位置的圆必定交于一点，那么，这一点就是信号源的位置。如图3所示，设A、B、C的坐标分别为（x₁，y₁）、（x₂，y₂）、（x₃，y₃），信号源D的坐标为(x, y)，首先分别在三个点A、B、C进行信号强度测量，可通过测量得到的信号强度及式（2）分别计算出A、B、C到D的距离d₁、d₂、d₃，则D的坐标可由下面的方程组解出：

(3)

但是，在实际测量中是存在误差的，因此，在大多数情况下，上述的三个圆很难交于一点，这就会导致方程组(3)无解。在这种情况下，只能通过近似算法获得D的近似位置。

下面我们仅考虑有较小的测量误差的情况，在这种情况下，三圆仍然会两两相交，分为如图4（1）和图4（2）所示的两种情况，图4（1）是测量误差偏小的情况，这会导致通过测量的信号强度而得到的圆偏大；图4（2）是测量误差偏大的情况，这会导致通过测量的信号强度而得到的圆偏小。在这两种情况下，可以将由图4（1）和图4（2）中所示的区域D的三个顶点所形成的三角形的重心作为信号源的近似位置，计算方法如下：

（1）将方程组（3）中的方程两两结合，分别求解出圆A与圆B的交点（X_ab1，Y_ab1），（X_ab2，Y_ab2），圆B与圆C的交点（X_bc1，Y_bc1），（X_bc2，Y_bc2），圆A与圆C的交点（X_ac1，Y_ac1），（X_ac2，Y_ac2）。

（2）将圆A与圆B的交点（X_ab1，Y_ab1），（X_ab2，Y_ab2）代入

，找出距圆C较近的点，设为（X_ab，Y_ab）。同理，求出圆B与圆C的交点距圆A较近的点（X_bc，Y_bc）和圆C与圆A的交点距圆B较近的点（X_ac，Y_ac）。

（3）将以（X_ab，Y_ab）、（X_bc，Y_bc）和（X_ac，Y_ac）三个点为顶点的三角形的重心作为信号源的近似位置（x，y），通过下式求出：

Figure 2012105468466100002DEST_PATH_IMAGE003

(4)

当然，也存在测量误差不一致的情况，在这种情况下，三个圆也不一定两两相交，在这些情况下都可以用相应的近似算法来计算信号源的位置，这里就不一一描述了。

以上所介绍的方法都是基于空旷无阻挡的情况下，如果把环境影响的因素考虑进去，比如信号被障碍物阻挡、经障碍物反射后再被测量，在这种情况下，测量的信号强度会远小于式（1）中的理论值，那么通过式（2）计算得到的距离会远大于实际距离，那么信号源将不再位于图2所示的圆周上，由于通过测量也无法得知信号经环境影响的程度，信号源将会在图2所示的圆周向内的圆环的区域内，在极端情况下，甚至是整个圆形区域。在环境影响下，如果要使用三点定位，必须剔除受环境影响的测量值，而这目前是无法通过技术手段做到的，只能人为地根据经验来判断是否受环境影响。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：提出一种受环境影响小，适合于复杂环境且不需刻意剔除受环境影响的测量值的Wi-Fi信号源定向方法和系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种受环境影响小，适合于复杂环境且不需刻意剔除受环境影响的测量值的Wi-Fi信号源定向方法和系统。

本发明提出的Wi-Fi信号源的定向方法，包括：步骤1，测量一个信号测量点的信号强度以获得以该测量点为圆心，该测量点与该测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；步骤2，测量下一个信号测量点的信号强度以获得以该下一个测量点为圆心，该下一个测量点与该下一个测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；步骤3，检测两个信号源区域圆是否相交，若相交，则设定相交区域的最小外接圆为迭代信号源区域圆。

优选的，在所述步骤3中，若检测到两个信号源区域圆不相交，则将两个信号源区域圆信息进行存储。

优选的，所述方法还包括在获得迭代信号源区域圆之后，重复进行步骤2和步骤3，以获得迭代信号源区域圆与下一个信号测量点的信号源区域圆相交得到的迭代信号源区域圆。特别的，在所述步骤3中，若检测到两个信号源区域圆不相交，则将两个信号源区域圆信息进行存储。

更优的，将所述信号源区域圆信息进行存储形成Wi-Fi信号源信息库，且所述信号源区域圆信息包括所述信号源区域圆的地理位置，所述信号测量点的强度值。

其中，所述计算信号测量点与该测量点信号源之间距离的公式为：

,

其中，P为信号测量点的信号强度，单位为dBm，d为该测量点与该测量点信号源间的距离，ε为空气中的损耗系数，K为设置的与初始值相关的常数。

本发明还提供一种Wi-Fi信号源的定向系统，包括：测量装置，用于测量

信号测量点的信号强度，以获得以该测量点为圆心，该测量点与该测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；检测装置，用于检测任意两信号源区域圆是否相交，若相交，则设定相交区域的最小外接圆为迭代信号源区域圆。

优选的，所述系统还包括存储装置，用于当检测装置检测到任意两信号源区域不相交时，存储两信号源区域圆信息，且所述存储装置包括一用于存储所述信号源区域圆信息的Wi-Fi信号源信息库，其中，所述信号源区域圆信息包括所述信号源区域圆的地理位置，所述信号测量点的强度值。

本发明提供的Wi-Fi信号源定向方法和系统受环境影响小，适合于复杂环境且不需刻意剔除受环境影响的测量值，另外，还可将测量到的信号源区域圆信息进行存储以形成Wi-Fi信号源信息库，以便日后有需要时，可直接从信息库中进行查询以获得Wi-Fi信号源信息。

附图说明

图1是现有技术在空旷无阻挡的环境中测量的信号强度和信号源与测量点间的距离的关系曲线图；

图2是现有技术的单点定向中信号源与测量点关系的示意图；

图3是现有技术的三点定向中信号源与测量点关系的示意图；

图4（1）是现有技术的三点定向中存在测量误差时的示意图；

图4（2）是现有技术的另一三点定向中存在测量误差时的示意图；

图5是本发明的Wi-Fi信号源定向方法实施例的流程图；

图5（1）是通过本发明的Wi-Fi信号源定向方法实施例获得迭代信号源区域圆的示意图；

图6（1）-（5）为通过几何算法来验证本发明的迭代过程的信号源区域圆位置关系示意图；

图7为本发明的Wi-Fi信号源定向系统实施例的示意图；

图7（1）为本发明的Wi-Fi信号源定向系统优选实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图5，示出了本发明的Wi-Fi信号源的定向方法的实施例，该方法包括如下步骤：步骤1，测量一个信号测量点的信号强度以获得以该测量点为圆心，该测量点与该测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；步骤2，测量下一个信号测量点的信号强度以获得以该下一个测量点为圆心，该下一个测量点与该下一个测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；步骤3，检测两个信号源区域圆是否相交，若相交，则设定所述相交区域的最小外接圆为迭代信号源区域圆。参看图5（1）为通过本发明定向方法获得的迭代信号源区域圆D∩C的示意图。

本发明提供的Wi-Fi信号源的定向方法可通过迭代过程实现对Wi-Fi信号源的准确定向，其受环境影响较小，更适合于复杂的环境，且不需刻意剔除受环境影响的测量值。

优选的，在所述步骤3中，即检测两个信号源区域圆是否相交，若检测到两个信号源区域圆不相交，则将两个信号源区域圆信息进行存储。当Wi-Fi信号源的移动达到一定程度时，信号源区域可能不会相交，这种情况下，将信号源区域圆信息进行存储作为信号源历史轨迹的一部分。

优选的，所述方法中还包括如下步骤，在获得迭代信号源区域圆之后，重复进行步骤2和步骤3，也就是说，在获得迭代信号源区域圆之后，再测量下一个信号测量点的信号强度以获得以该下一个测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆，并且检测迭代信号源区域圆与该下一个信号测量点的信号源区域圆是否相交，若相交，则得到的新的迭代信号源区域圆，并对此迭代过程进行重复以获得更新的、更准确的Wi-Fi信号源区域圆。更优的，在步骤3重复过程中，重复检测迭代信号源区域圆与下一个测量点信号源区域圆是否相交，当Wi-Fi信号源的移动达到一定程度时，迭代信号源区域圆与下一个测量点信号源区域圆可能不会相交，若不相交，则对迭代信号源区域圆信息和下一个测量点信号源区域圆信息进行存储，作为信号源历史轨迹的一部分。

其中，可将信号源区域圆信息进行存储形成Wi-Fi信号源信息库，以对信号源的历史轨迹进行搜集，汇总、分析等，以便日后有需要时，可直接从信息库中进行查询以获得Wi-Fi信号源信息。其中，所述信号源区域圆信息包括所述信号源区域圆的地理位置，所述信号测量点的强度值等信息。

更具体的，在步骤1和步骤2中运用的计算信号测量点与该测量点信号源间距离的公式为：

, 其中，P为信号测量点的信号强度，单位为dBm，d为该测量点与该测量点信号源间的距离，ε为空气中的损耗系数，K为设置的与初始值相关的常数。

在本发明提供的方法中，通过重复的迭代过程实现对Wi-Fi信号源的准确定向，下面将通过几何算法来验证本发明的迭代过程是可行的。

参看图6（1）-（5），首先，假设圆D为通过迭代过程得到的信号源区域圆，圆C为测量得到的下一个信号测量点的信号源区域圆，R_D为圆D的半径，R_C为圆C的半径，L为圆C与圆D的圆心间的距离，为方便描述，假设圆C与圆D通过迭代后的新的迭代信号源区域圆为圆

，其半径为R。在不考虑两圆无交集的情况下，隐含这样一个条件：

。

第一种情况，当

时，两圆为包含关系，参看图6（1），6（2）。如图6（1）所示，当R_D>R_C时，通过迭代过程得到的信号源区域圆D包含测量得到的下一个信号测量点的信号源区域圆C，则

= D∩C =C 。如图6（2）所示，当R_D<R_C时，测量得到的下一个信号测量点的信号源区域圆C包含测通过迭代过程得到的信号源区域圆D，则

= D∩C =D。由此可得，

=min{D,C}。

第二种情况，当时，两圆为相交关系，参看图6（3）-（5）。

如图6（3）所示，当

时，以两圆交点P、Q的连线段PQ为直径的圆即为两圆相交区域的最小外接圆

，可得到连线段PQ垂直于两圆圆心的连线段CD，且交点为圆

的圆心。根据直角三角形直角边小于斜边，可以得到R<R_D及R<R_C。由此可得：

<min{D,C}，即圆C和圆D的相交部分不包含C或D的半圆周。

当时，分为两种情况，第一种如图6（4）所示，当R_D<R_C，圆C和圆D的相交部分包含圆D的半圆周，则

= D∩C =D；第二种如图6（5）所示，当R_D>R_C，C和圆D的相交部分包含圆C的半圆周，则

= D∩C =C。由此可得，

=min{D,C}。

综上可得：

≤min{D,C} ，也就是说新的迭代信号源区域圆

总会小于上一个通过迭代过程得到的信号源区域圆与测量得到的下一个信号测量点的信号源区域圆中较小的那个。

由于

是迭代的中间结果，根据上式可以得到以下推论：

≤min{Cn},（n=1,2,3,……），式中

为新的迭代信号源区域圆，Cn为各次的测量得到的信号测量点的信号源区域圆，也就是说，新的迭代信号源区域圆不会大于测量得到的信号测量点的信号源区域圆中最大的一个，由于通过重复的迭代过程得到的信号源区域是逐渐缩小的，所以可证明此方法是可行性的。

参看图7 ，为本发明提供的一种Wi-Fi信号源的定向系统实施例的示意图，其包括：测量装置71，用于测量信号测量点的信号强度，以获得以该测量点为圆心，该测量点与该测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；检测装置72，用于检测任意两信号源区域圆是否相交，若相交，则设定所述相交区域的最小外接圆为迭代信号源区域圆。

通过本发明提供的Wi-Fi信号源的定向系统可通过迭代过程实现对Wi-Fi信号源的准确定向，受环境影响较小，更适合于复杂的环境，且不需刻意剔除受环境影响的测量值。

参看图7（1），为本发明的定向系统优选实施例的示意图，本系统还包括存储装置73，用于当检测装置检测到任意两信号源区域不相交时，存储信号源区域圆信息，且所述存储装置包括一用于存储所述信号源区域圆信息的Wi-Fi信号源信息库。其中，所述信号源区域圆信息包括所述信号源区域圆的地理位置，所述信号测量点的强度值等信息。

具体的，在测量装置71中运用的计算信号测量点与该测量点信号源间距离的公式为：

，其中，P为信号测量点的信号强度，单位为dBm，d为该测量点与该测量点信号源间的距离，ε为空气中的损耗系数，K为设置的与初始值相关的常数。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种Wi-Fi信号源的定向方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种Wi-Fi信号源的定向方法，其特征在于，包括：

步骤1，测量一个信号测量点的信号强度以获得以该测量点为圆心，该测量点与该测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；

步骤2，测量下一个信号测量点的信号强度以获得以该下一个测量点为圆心，该下一个测量点与该下一个测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；

步骤3，检测两个信号源区域圆是否相交，若相交，则设定相交区域的最小外接圆为迭代信号源区域圆。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，若检测到两个信号源区域圆不相交，则将两个信号源区域圆信息进行存储。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在获得迭代信号源区域圆之后，重复进行步骤2和步骤3，以获得迭代信号源区域圆与下一个信号测量点的信号源区域圆相交得到的迭代信号源区域圆。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，若检测到两个信号源区域圆不相交，则将两个信号源区域圆信息进行存储。

5.如权利要求2或4所述的方法，其特征在于，将所述信号源区域圆信息进行存储形成Wi-Fi信号源信息库。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信号源区域圆信息包括所述信号源区域圆的地理位置，所述信号测量点的强度值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算信号测量点与该测量

点信号源之间距离的公式为：

Figure 2012105468466100001DEST_PATH_IMAGE001

，其中，P为信号测量点的信号强度， d为该测量点与该测量点信号源间的距离，ε为空气中的损耗系数，K为设置的与初始值相关的常数。

8.一种Wi-Fi信号源的定向系统，其特征在于，包括：

测量装置，用于测量信号测量点的信号强度，以获得以该测量点为圆心，该测量点与该测量点信号源的距离为半径的信号源区域圆；

检测装置，用于检测任意两信号源区域圆是否相交，若相交，则设定相交区域的最小外接圆为迭代信号源区域圆。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括存储装置，用于当检测装置检测到任意两信号源区域圆不相交时，存储两信号源区域圆信息。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述存储装置包括一用于存储所述信号源区域圆信息的Wi-Fi信号源信息库。

11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述信号源区域圆信息包括所述信号源区域圆的地理位置，所述信号测量点的强度值。

12.如权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述测量装置中，计算信号

测量点与该测量点信号源之间距离的公式为：

，其中，P为信号测量点的信号强度，d为测量点与信号源间的距离，ε代表空气中的损耗系数，K是设置的与初始值相关的常数。