CN106199516A - 一种用于室内定位的辅助方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种用于室内定位的辅助方法，在本方法中，定位系统首先确定辅助装置布设的位置以及辅助装置与信标点的距离。然后，在实际的定位阶段，辅助装置把接收到的信标点实时信号强度值发送到定位服务器端，定位服务器则会根据这些实时值调整定位算法中各参数的值，从而减小环境变化以及定位设备本身的不稳性对定位系统的影响，以达到提高定位精度的目的。

Description

一种用于室内定位的辅助方法

技术领域

本发明涉及通信定位技术领域，具体涉及一种用于室内定位的辅助方法。

背景技术

目前，智能手持终端主要通过GPS或者北斗进行定位，在信号未受遮挡的区域具有较高的定位精度，但在室内或者某些室外区域(如建筑物较为密集)定位精度很低甚至不能够定位。常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、超声波等。随着智能手机或其他智能手持终端的发展，通过扫描定位设备的无线电波、光学或声波信号，测量定位设备的与手持设备之间的位置关系，然后利用定位算法即可计算出智能手持设备的实时位置，但这些室内定位算法的精度容易受到环境变化以及定位设备本身的不稳定性的影响，所以需要设计一套辅助方法和装置，能够根据环境的变化来实时调整室内定位算法的相关参数，提高室内定位的精度。

发明内容

针对现有技术的不足，提出了一种提高室内定位精度的用于室内定位的辅助方法。本发明的技术方案如下：

一种用于室内定位的辅助方法，其包括以下步骤：

101、确定利用信号强度值RSSI进行定位的室内定位方法，例如蓝牙，WIFI，ZigBee等，所述室内定位中的信标点会周期性的的持续发射信号；

102、根据室内定位算法所应用的实际环境，确定出信标点数量以及放置的位置，并初始化定位参数；

103、根据步骤102信标点的位置确定辅助装置的位置，辅助装置应包含接收部分和发送部分，接收部分能够接收定位装置的信号并检测其信号强度，发送部分能够通过有线或无线的方式与定位服务器进行通信；

104、根据信标点与辅助装置的距离以及辅助装置接收到信标点的信号强度，定位服务器会实时的调整步骤101室内定位算法中各参数的值并实现未知节点的定位。

进一步的，根据室内定位算法所应用的实际环境，确定出信标点数量以及放置的位置，并初始化定位参数具体包括：

步骤2-1：根据实际环境确定出信标个数以及位置，并建立坐标系，n个信标节点的坐标分别为(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_n，y_n)，未知节点即手持终端坐标为(x，y)；

步骤2-2:信标节点周期性向手持终端发送包含自身ID等信息的数据包；

步骤2-3:手持终端在收到同一ID的信标节点发来的数据包后，从中提取出收到该帧数据的信号强度值RSSI，当收到某个ID的信标节点发来的数据包个数超过一定阈值X后，对这X个RSSI值进行滤波算法去除奇异点，然后求平均值得到该ID的信标节点的RSSI值，然后使用RSSI测距公式RSSI＝A－10nlg(d)导出距离d，A表示距离信标1米处的RSSI值，n为路径损耗指数，这样就得到了手持终端和某ID的信标节点的距离；对所有信标节点都采用这种方法进行处理，得到k个距离d₁，d₂，…，d_k，最后手持终端记录下所有可用信标节点的坐标和对应的距离数据；

步骤2-4:通过线性回归分析来估计参数A和n的值；

步骤2-5:把根据实际环境建立的坐标系，各个信标的坐标，各个辅助装置与信标的距离，测距公式RSSI＝A－10nlg(d)以及公式中的参数A和n等数据全部存放在定位系统的服务器端。

进一步的，步骤2-4:通过过线性回归分析来估计参数A和n的值具体为：

RSSI值在超过一定距离以后基本趋于平缓，对每组信标只采用前m组测量数据(RSSI_i，d_i)，i＝1，2，3，…，m使用线性回归分析，代入式(1)～式(5)，得出A和n；这样就得到了实际环境中的测距模型RSSI，

ρ_i＝-10lgd_i,i＝1,2,…,m (1)

$n=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}({\mathrm{\ρ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}){\mathrm{RSSI}}_i/\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{({\mathrm{\ρ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}})}^2---\left(2\right)$

$A=\stackrel{\‾}{RSSI}-n\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}---\left(3\right)$

其中

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_i---\left(4\right)$

ρ是数学拟合公式的中间值。

进一步的，步骤104根据信标点与辅助装置的距离以及辅助装置接收到信标点的信号强度来实时的调整步骤101室内定位算法中各参数的值并实现未知节点的定位具体包括步骤：

步骤4-1:每个信标对应的辅助装置布设在距离信标1米处，辅助装置接收到对应的信标节点发送的数据包后，从中提取出收到该帧数据的信号强度值RSSI，式(3)中的A是距离信标1米处的RSSI拟合值，辅助装置接收到RSSI实测值后，把实测值发送到定位系统的服务器端，服务器会实时修正A的大小，调整测距公式；

步骤4-2:然后根据手持终端测得的RSSI值，建立信标节点与手持终端的距离方程组，其中d1，d2，……dn为手持终端到信标的距离。

进一步的，采用最小二乘法求解步骤4-2信标节点与手持终端的距离方程组，得到手持终端坐标的计算值。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明通过辅助装置来接收定位设备信号的实时变化，辅助装置包含接收部分和发送部分，接收部分能够接收定位装置的信号并检测其信号强度，发送部分能够通过有线或无线的方式与服务器端进行通信。辅助装置将信号的实时变化变化反馈给定位系统中的服务器端，服务器端根据信号的变化来调整定位算法，提高定位算法的精度。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例实验室走廊的RSSI与距离d的关系曲线；

图2为本发明实施例结构示意图；

图3为本发明定位系统流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

本发明系统采用蓝牙定位系统对辅助装置进行说明，蓝牙定位的具体按以下步骤进行：

步骤1：根据实际环境确定信标个数以及位置，并建立合适的坐标系。n个信标节点的坐标分别为(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_n，y_n)，手持终端(未知节点)坐标为(x，y)。

步骤2:信标节点周期性向手持终端发送包含自身ID信息的数据包。

步骤3:手持终端在收到同一ID的信标节点发来的数据包后，从中提取出收到该帧数据的信号强度值RSSI，当收到某个ID的信标节点发来的数据包超过一定阈值(假设为X)后，对这X个值进行滤波算法去除奇异点，然后求平均值得到最终的该ID的信标节点的RSSI值，然后使用RSSI测距公式RSSI＝A－10nlg(d)导出距离d，这样就得到了手持终端和某ID的信标节点的距离。对所有信标节点都采用这种方法进行处理，得到n个距离d₁，d₂，…，d_n。最后手持终端记录下所有信标节点的坐标和对应的距离数据。

步骤4:通过过线性回归分析来估计参数A和n的值，因为RSSI值在超过10m以后基本趋于平缓，不再符合接收信号强度随着距离增大而衰减的规律。所以为保证测距精度，对每组信标只采用前10m测量数据，即14m以内的测量数据(RSSI_i，d_i)，i＝1，2，3，…，70使用线性回归分析，代入式(1)～式(5)，得出A和n。这样就得到了实际环境中的测距模型RSSI。

ρ_i＝-10lgd_i,i＝1,2,…,m (1)

$n=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}({\mathrm{\ρ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}){\mathrm{RSSI}}_i/\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{({\mathrm{\ρ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}})}^2---\left(2\right)$

$A=\stackrel{\‾}{RSSI}-n\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}---\left(3\right)$

其中

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_i---\left(4\right)$

$\stackrel{\‾}{RSSI}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{RSSI}}_i---\left(5\right)$

步骤5:把根据实际环境建立的坐标系，各个信标的坐标，各个辅助装置与信标的距离，测距公式RSSI＝A－10nlg(d)以及公式中的参数A和n等数据全部存放在定位系统的服务器端。

步骤6:每个信标对应的辅助装置布设在距离信标1米处，辅助装置接收到对应的信标节点发送的数据包后，从中提取出收到该帧数据的信号强度值RSSI。式(3)中的A是距离信标1米处的RSSI拟合值，辅助装置接收到RSSI实测值后，把实测值发送到定位系统的服务器端，服务器会实时修正A的大小，调整测距公式，提高定位的精度，如图2所示。例如，在研究实验室走廊的定位算法中，RSSI＝A－10nlg(d)图形如图1中蓝色曲线所示。根据辅助装置实时修正A的值后，定位算法的曲线如图1调整为绿色和红色虚线。

如图3，本实施例采用蓝牙信标定位系统，系统中包括蓝牙信标定位装置，蓝牙信标装置会持续的发送周期性蓝牙信号；手持终端主要用来接收蓝牙信号和显示定位结果；服务器端主要用来计算定位结果和修正定位算法；辅助装置主要用来接收实时的蓝牙信号，并把结果反馈给服务器端。具体实施例如下所述：

测试实例为实验室走廊，通过蓝牙信标装置发出的周期性蓝牙信号来对手持终端用户进行定位，其中信标的实测数据如图所示：

1、通过式(1)～式(5)拟合出A和n的值，带入测距公式RSSI＝A－10nlg(d)中，并把拟合出的数据放在定位服务器端。

2、在距离信标1米远处放置定位辅助装置，因为测距公式中A就代表1米远处信标发出的蓝牙信号的RSSI值，把辅助装置接收到的蓝牙信号RSSI实时值发送到服务器端，在服务器端调整A的值并修正测距公式。

3、待定位的手持终端持续接收到定位系统中各信标的RSSI实时值，并把RSSI的实时值发送到定位服务器端，定位服务器端利用修正后的测距公式对手持终端的位置进行计算，并把结果发送给手持终端，最终显示给用户。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种用于室内定位的辅助方法，其特征在于，包括以下步骤：

101、确定利用信号强度值RSSI进行定位的室内定位方法，所述室内定位中的信标点会周期性的持续发射信号；

102、根据室内定位算法所应用的实际环境，确定出信标点数量以及放置的位置，并初始化定位参数；

103、根据步骤102信标点的位置确定辅助装置的位置，辅助装置应包含接收部分和发送部分，接收部分能够接收定位装置的信号并检测其信号强度，发送部分能够通过有线或无线的方式与定位服务器进行通信；

104、根据信标点与辅助装置的距离以及辅助装置接收到信标点的信号强度，定位服务器会实时的调整步骤101室内定位算法中各参数的值并实现未知节点的定位。

2.根据权利要求1所述的用于室内定位的辅助方法，其特征在于，步骤102根据室内定位算法所应用的实际环境，确定出信标点数量以及放置的位置，并初始化定位参数具体包括：

步骤2-1：根据实际环境确定出信标个数以及位置，并建立坐标系，n个信标节点的坐标分别为(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_n，y_n)，未知节点即手持终端坐标为(x，y)；

步骤2-2:信标节点周期性向手持终端发送包含自身ID等信息的数据包；

步骤2-3:手持终端在收到同一ID的信标节点发来的数据包后，从中提取出收到该帧数据的信号强度值RSSI，当收到某个ID的信标节点发来的数据包个数超过一定阈值X后，对这X个RSSI值进行滤波算法去除奇异点，然后求平均值得到该ID的信标节点的RSSI值，然后使用RSSI测距公式RSSI＝A－10nlg(d)导出距离d，其中A表示距离信标1米处的RSSI值，n为路径损耗指数，这样就得到了手持终端和某ID的信标节点的距离；对所有信标节点都采用这种方法进行处理，得到k个距离d₁，d₂，…，d_k，最后手持终端记录下所有可用信标节点的坐标和对应的距离数据；

步骤2-4:通过线性回归分析来估计参数A和n的值；

步骤2-5:把根据实际环境建立的坐标系，各个信标的坐标，各个辅助装置与信标的距离，测距公式RSSI＝A－10nlg(d)以及公式中的参数A和n等数据全部存放在定位系统的服务器端。

3.根据权利要求2所述的一种用于室内定位的辅助方法，其特征在于，步骤2-4:通过过线性回归分析来估计参数A和n的值具体为：

RSSI值在超过一定距离以后基本趋于平缓，对每组信标只采用前m组测量数据(RSSI_i，d_i)，i＝1，2，3，…，m使用线性回归分析，代入式(1)～式(5)，得出A和n；这样就得到了实际环境中的测距模型RSSI，

ρ_i＝-10lgd_i,i＝1,2,…,m (1)

$n=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}({\mathrm{\ρ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}){\mathrm{RSSI}}_i/\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{({\mathrm{\ρ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}})}^2---\left(2\right)$

$A=\stackrel{\‾}{RSSI}-n\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}---\left(3\right)$

其中

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_i---\left(4\right)$

ρ是数学拟合公式的中间值。

4.根据权利要求3所述的用于室内定位的辅助方法，其特征在于，步骤104根据信标点与辅助装置的距离以及辅助装置接收到信标点的信号强度来实时的调整步骤101室内定位算法中各参数的值并实现未知节点的定位具体包括步骤：

步骤4-1:每个信标对应的辅助装置布设在距离信标1米处，辅助装置接收到对应的信标节点发送的数据包后，从中提取出收到该帧数据的信号强度值RSSI，式(3)中的A是距离信标1米处的RSSI拟合值，辅助装置接收到RSSI实测值后，把实测值发送到定位系统的服务器端，服务器会实时修正A的大小，调整测距公式；

步骤4-2:然后根据手持终端测得的RSSI值，建立信标节点与手持终端的距离方程组，其中d₁，d₂，……d_n为手持终端到信标的距离。

5.根据权利要求4所述的用于室内定位的辅助方法，其特征在于，采用最小二乘法求解步骤4-2信标节点与手持终端的距离方程组，得到手持终端坐标的计算值。