CN106455051A - 通过距离校准设备提升WiFi定位精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通过距离校准设备提升WiFi定位精度的方法。本发明将距离校准设备部署在实际现场，无线接入点扫描到距离校准设备的信号强度为真实数据，通过距离校准设备反推对数距离路径损耗模型中参数γ和能够反映出无线接入点的真实状态，进而通过对数距离路径损耗模型计算出的终端设备与无线接入点的距离与之前固定参数的对数距离路径损耗模型比较更为准确，进而计算得到终端设备的位置坐标也更为准确。相对于现有的WiFi定位方案，本发明解决了目前三点定位中每个无线接入点的对数距离路径损耗模型中参数γ和会变化而导致定位不够精确的问题。

Description

通过距离校准设备提升WiFi定位精度的方法

技术领域

本发明涉及一种室内定位方法。

背景技术

随着WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)的快速发展，室内无线定位应用迎来了一个崭新的时代。在各个医院、展馆以及购物商场等大型建筑或公共场所，室内定位能够获取用户的位置信息，进而发掘用户行为，具有很大的应用市场和商业潜能。

目前，随着室内定位的不断发展，应用广泛的室内定位技术主要有RFID(RadioFrequency Identification，射频识别定位)，UWB(Ultra Wide Band，超宽带定位)，红外线定位、蓝牙定位和WiFi定位(Wireless Fidelity)。而随着室内和公共场所WiFi的大量普及，WiFi定位技术成为应用与研究最广泛的技术。

在定位领域，根据测距技术不同可分为TOA(Time of Arrival，到达时间)，TDOA(Time Difference of Arrival)，AOA(Angle of Arrival，到达角度)以及基于RSSI的定位。基于RSSI的WiFi定位技术只需要利用目前已大量普及的无线接入设备(如AccessPoint)即可实现定位，简单方便。

基于RSSI的WiFi定位技术又分为三点定位法和指纹定位法。指纹定位分成离线训练阶段和在线定位阶段，离线训练阶段，对每个采样点采集周围无线接入点或终端设备的信号强度，建立指纹特征，进而建立一个采样点与指纹特征一一对应的指纹数据库。在线定位阶段，终端设备采集周围无线接入点的信号强度或是无线接入点采集终端设备的信号强度，并与指纹数据库中的每个指纹点的指纹特征进行对比，得到最相似的一个或几个指纹点，进而得到对终端设备的位置估计。三点定位法利用无线接入点采集的RSSI值采用时钟同步或RSSI衰减模型的方式推出终端设备与无线接入点之间的距离，进而根据终端设备至三个无线接入点的距离，进而得到对终端设备的位置估计。

指纹定位在离线训练阶段需要有大量的指纹采集过程，增加大量工作量，在线定位阶段，每次定位都需要将采集到的RSSI值与指纹数据库中的所有指纹特征进行匹配，这样会导致定位效率降低。三点定位不需要有大量的前期准备工作，但会需要纳秒级的时间同步或会受到室内复杂环境(如障碍物、多径传播等因素)的干扰。通过RSSI计算距离一般采用对数距离路径损耗模型如下：

其中，γ为路径传播损耗指数，d₀为参考距离，一般设为1m，d为无线信号接收端与发射端的距离，为参考距离d₀处的路径传播损耗，即RSSI值，可实际测量出；RSSI为实际的路径损耗。

对于每个无线接入点，其对数距离路径损耗模型中的路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗都不尽相同，而且同一个无线接入点随着时间的变化，γ和也会随着变化。所以，无论指纹定位或是三点定位的定位效果都不够精确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提升WiFi定位的精度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种通过距离校准设备提升WiFi定位精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在定位区域的某些固定位置布置至少两个的距离校准设备，每个距离校准设备具有各自的MAC地址，且距离校准设备周期性地向周围发送稳定的无线信号；

步骤2、在同一时刻，无线接入点扫描到进入定位区域的终端设备的无线信号，或距离校准设备的无线信号，无线接入点将扫描到的无线信号上传至定位服务器，由定位服务器上运行的定位引擎通过MAC地址判断无线信号是否来自距离校准设备，若不是，则进入步骤3，若是，则进入步骤4；

步骤3、保持定位引擎所采用的对数距离路径损耗模型中的路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗不变，进入步骤6；

步骤4、判断对数距离路径损耗模型中的路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗是否达到了更新时间，若没有达到，则返回步骤3，若达到更新时间，则进入步骤5；

步骤5、利用距离校准设备的已知信号强度值及已知位置坐标反推并更新路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗

步骤6、定位引擎依据路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗计算得到终端设备距无线接入点的距离d：

式中，RSSI为实际的路径损耗；

步骤7、定位引擎依据距离d计算得到终端设备的定位结果。

优选地，所述距离校准设备为定位标签、或定位区域的某个无线接入点。

优选地，所述步骤5包括：

步骤5.1、设所述距离校准设备的数量为两个，分别为距离校准设备一及距离校准设备二，则距离校准设备一经过滤波后的RSSI值为RSSI_a，有：

式中，d_a为无线接入点到距离校准设备一的实际距离；

距离校准设备二经过滤波后的RSSI值为RSSI_b，有：

式中，d_b为无线接入点到距离校准设备二的实际距离；

步骤5.2、参考距离d₀处的路径传播损耗为：

参考距离d₀处的路径传播损耗指数γ为：

本发明将距离校准设备部署在实际现场，无线接入点扫描到距离校准设备的信号强度为真实数据，通过距离校准设备反推RSSI衰减模型中计算距离的两个参数能够反映出无线接入点的真实状态，进而通过对数距离路径损耗模型计算出的距离与之前固定参数的对数距离路径损耗模型比较更为准确，进而计算得到终端设备的距离和位置坐标也更为准确。相对于现有的WiFi定位方案，本发明解决了目前三点定位中每个无线接入点的RSSI衰减模型的参数会变化而导致定位不够精确的问题。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

定位引擎通过终端设备的信号强度值来计算距离，RSSI衰减模型中计算距离的两个参数(路径传播损耗指数γ和路径传播损耗)会随着不同品牌不同类型的无线接入点的不同而不同。对于定位引擎而言，如果对所有无线接入点进行参数测试，会增加大量的工作量。并且针对同一个无线接入点，其参数也会随着时间变化而发生变化。所以，本发明通过布置距离校准设备来解决此问题。

本发明中的距离校准设备必须：1)能够向外发射稳定的无线信号；2)具有MAC地址。距离校准设备优选为无线接入点，若在用于定位的无线接入点中挑选几个作为距离校准设备，则不需要再额外布置距离校准设备；若挑选不用于定位的无线接入点作为距离校准设备，则需要额外布置距离校准设备。距离校准设备与无线接入点一同部署在定位区域内。

在本实施例中每1000平方米的定位区域内均部署两个距离校准设备。在位于后端的定位服务器中同步更新距离校准设备的点位信息，包括信号强度以及位置坐标。距离校准设备周期性地向周围发送无线信号，距离校准设备与终端设备均可被无线接入点扫描到。无线接入点将扫描到的距离校准设备和终端设备的RSSI值通过网络传输上报给定位服务器。定位引擎通过MAC地址判断信号强度是否属于距离校准设备，如果属于距离校准设备并且达到更新时间，则对对数距离路径损耗模型的路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗进行更新。参数更新时，利用距离校准设备的位置坐标与RSSI值反推每个无线接入点的对数距离路径损耗模型中的参数γ和进而提升WiFi定位精度。

结合图1，基于上述原理的通过校准距离参数提升WiFi定位精度的方法，包括以下步骤：

步骤1、在定位区域的某些固定位置布置两个距离校准设备，每个距离校准设备具有各自的MAC地址，距离校准设备周期性地向周围发送稳定的无线信号；

步骤2、在同一时刻，无线接入点扫描到进入定位区域的终端设备的无线信号，或距离校准设备的无线信号，无线接入点将扫描到的无线信号上传至定位服务器，由定位服务器上运行的定位引擎通过MAC地址判断无线信号是否来自距离校准设备，若不是，则进入步骤3，若是，则进入步骤4；

步骤3、保持定位引擎所采用的对数距离路径损耗模型中路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗不变，进入步骤6；

步骤4、判断对数距离路径损耗模型中路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗是否达到了更新时间，若没有达到，则返回步骤3，若达到更新时间，则进入步骤5；

步骤5、利用距离校准设备的已知信号强度值及已知位置坐标反推并更新γ和

例如：一个无线接入点扫描到距离校准设备一和距离校准设备二的无线信号，得到：

其中，RSSI_a和RSSI_b分别为无线接入点扫描到距离校准设备一和距离校准设备二经过滤波后的RSSI值，d_a和d_b分别为无线接入点到距离校准设备一和距离校准设备二的实际距离。由于距离校准设备一、距离校准设备二及无线接入点的位置固定，因此其位置坐标均已知，所以d_a和d_b也是已知的，即：

其中，x和y分别为无线接入点的x坐标与y坐标，x_a和y_a分别为距离校准设备一的x坐标与y坐标，x_b和y_b距离校准设备二的x坐标与y坐标。

进而，反推出参考距离d₀处的路径传播损耗为：

路径传播损耗指数γ为：

步骤6、定位引擎依据γ和计算得到终端设备距无线接入点的距离d：

步骤7、定位引擎依据距离d计算得到终端设备的定位结果。

Claims (2)

1.一种通过距离校准设备提升WiFi定位精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在定位区域的某些固定位置布置至少两个的距离校准设备，每个距离校准设备具有各自的MAC地址，且距离校准设备周期性地向周围发送稳定的无线信号；

步骤2、在同一时刻，无线接入点扫描到进入定位区域的终端设备的无线信号，或距离校准设备的无线信号，无线接入点将扫描到的无线信号上传至定位服务器，由定位服务器上运行的定位引擎通过MAC地址判断无线信号是否来自距离校准设备，若不是，则进入步骤3，若是，则进入步骤4；

步骤3、保持定位引擎所采用的对数距离路径损耗模型中的路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗不变，进入步骤6；

步骤4、判断对数距离路径损耗模型中的路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗是否达到了更新时间，若没有达到，则返回步骤3，若达到更新时间，则进入步骤5；

步骤5、利用距离校准设备的已知信号强度值及已知位置坐标反推并更新路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗

步骤6、定位引擎依据路径传播损耗指数γ和参考距离d₀处的路径传播损耗计算得到终端设备距无线接入点的距离d：

式中，RSSI为实际的路径损耗；

步骤7、定位引擎依据距离d计算得到终端设备的定位结果。

2.如权利要求1所述的一种通过距离校准设备提升WiFi定位精度的方法，其特征在于，所述距离校准设备为定位标签、或定位区域的某个无线接入点。

如权利要求1所述的一种通过距离校准设备提升WiFi定位精度的方法，其特征在于，所述步骤5包括：

步骤5.1、设所述距离校准设备的数量为两个，分别为距离校准设备一及距离校准设备二，则距离校准设备一经过滤波后的RSSI值为RSSI_a，有：

式中，d_a为无线接入点到距离校准设备一的实际距离；

距离校准设备二经过滤波后的RSSI值为RSSI_b，有：

式中，d_b为无线接入点到距离校准设备二的实际距离；

步骤5.2、参考距离d₀处的路径传播损耗为：

${\mathrm{RSSI}}_{d_0}={\mathrm{RSSI}}_a-{\log }_{10}\left(\frac{d_b}{d_0}\right)({\mathrm{RSSI}}_a-{\mathrm{RSSI}}_b);$

路径传播损耗指数γ为：

$\mathrm{\γ}=\frac{{\mathrm{RSSI}}_a-{\mathrm{RSSI}}_b}{10{\log }_{10}\left(\frac{d_a}{d_b}\right)}.$