CN106507313B - 一种基于rssi检测的跟踪定位方法和系统 - Google Patents

一种基于rssi检测的跟踪定位方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于RSSI检测的跟踪定位方法和系统，方法包括：设置至少一个读取器使得信号范围覆盖所有可能的路径；射频收发模块通过定向天线接收手持设备以第一周期发射的定位数据包，处理器确定对应的时间戳t和RSSI值并发送给服务器；数据点保存入定位信息库中；服务器以第二周期开启一时间窗口，并以检测函数f(t，rssi)对每根定向天线对应的至少2个数据点进行函数拟合；每根定向天线对应生成一曲率‑时间曲线；服务器根据曲率‑时间曲线获得大于有效阈值的多组曲率‑时间关系曲线段，生成一多天线曲率‑时间关系曲线，以多天线曲率‑时间关系曲线中每一峰值对应一定向天线的位置而获得手持设备的位置‑时间定位曲线。

Description

一种基于RSSI检测的跟踪定位方法和系统
技术领域
本发明涉及轨迹追踪方法，具体地，涉及一种基于RSSI检测的跟踪定位方法和系统。
背景技术
随着监狱系统管理制度的逐步完善和狱政设施的不断完善，监狱防范和控制各种安全事件的能力大大增强。但是还存在很多管理缺陷：1、监狱服刑人员的活动只能通过监控视频观察而无法进行实时跟踪；2、无法获知狱警的实时巡查情况。
目前的多数定位系统都是靠GPS系统或基站网络选择进行定位。例如对讲机的GPS模块定位中，GPS定位用于监狱情况通常不够精确和稳定，且耗能较大，无法满足手持设备的长期携带工作。而基站网络选择进行定位是通过设置多个基站网络覆盖，当手持设备检测到进入某个基站覆盖范围时以该基站所在位置作为手持设备的当前位置，这种定位方式降低了能耗，普遍用于目前的监控系统中，但是这类定位方法只能获知手持设备的大概范围，无法获知准确位置。例如当预警靠近房间门口时可能就被识别为在该房间内了，定位误差可能导致监狱管理上的漏洞。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于RSSI检测的跟踪定位方法和系统。
根据本发明提供的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，包括：
S1,设置至少一个读取器使得信号范围覆盖所有可能的路径，所述读取器包括射频收发模块、处理器、2个或2个以上具有预定角度的定向天线，所述定向天线与射频收发模块连接，所述射频收发模块与处理器连接，所述处理器与一服务器连接通信；
S2,所述射频收发模块通过所述定向天线接收手持设备以第一周期发射的定位数据包，所述处理器根据所述定位数据包和该定位数据包的接收时刻确定该定位数据包对应的时间戳t和RSSI值并发送给所述服务器；
S3，所述服务器按所述时间戳将每根定向天线获得的所述时间戳t、RSSI值作为数据点保存入定位信息库中；
S4，所述服务器以第二周期开启一时间窗口，每一时间窗口对应每根定向天线都获取所述定位信息库中至少2个所述数据点，并以检测函数f(t，rssi)对每根定向天线对应的所述至少2个数据点进行函数拟合获得f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；
S5，所述服务器将所述检测函数f(t，rssi)对t一阶求导并对曲率求绝对值而获得曲率k1、k2、......kn，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线；
S6，所述服务器根据所述曲率-时间曲线获得大于有效阈值的多组曲率-时间关系曲线段，以时间戳为依据拼合所述多组曲率-时间关系曲线段生成一多天线曲率-时间关系曲线，以所述多天线曲率-时间关系曲线中每一峰值对应一所述定向天线的位置而获得所述手持设备的位置-时间定位曲线。
作为一种优化方案，所述S2还包括：所述射频收发模块接收到所述定位数据包时先切换到发送模式向所述定位数据包对应的手持设备发送ACK码，再切回接收模式继续接收信号。
作为一种优化方案，所述S2还包括：若手持设备在发送所述定位数据包后的一等待时间内未收到所述ACK码则以第三周期重发所述定位数据包，直至收到所述ACK码后恢复以所述第一周期发射定位数据包。
作为一种优化方案，所述S4中每个所述时间窗口取2个数据点时，所述检测函数f(t，rssi)为线性函数，对每根定向天线对应的2个数据点进行线性函数拟合获得所述f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；
所述S5中服务器将所述线性的检测函数f(t，rssi)对t一阶求导获得的曲率k1、k2、......kn都为线性函数的斜率，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线。
作为一种优化方案，所述S4中每个所述时间窗口取大于2个数据点时，所述检测函数f(t，rssi)为抛物线函数，对每根定向天线对应的大于2个数据点进行抛物线函数拟合获得所述f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；
所述S5中服务器将所述抛物线函数f(t，rssi)对t一阶求导获得的曲率k1、k2、......kn都为抛物线函数的曲率，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线。
作为一种优化方案，所述S6之后还包括：所述服务器还根据所述手持设备的位置-时间定位曲线和预存的地图生成具有时间戳属性的动态轨迹图。
作为一种优化方案，所述S5中所述服务器根据逻辑回归模型和所述曲率k1、k2、......kn为每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线，所述逻辑回归模型为：
其中g(kn)＝β0+β1k1+β2k2+...+βnkn，β＝(β0,β1,...,βn)T是逻辑回归模型参数，定义不出现异常数据点的条件概率为：
其中y＝1|0分别表示异常数据点出现与不出现，假设有N个曲率构成的总体K1、K2、......KN，从中随机抽取了n个作为样本，标注为k1、k2、......kn，假定pi＝P(yi＝1|ki)为给定条件下得到yi＝1的条件概率，而在同样条件下yi＝0的条件概率为P(yi＝0|ki)＝1-pi，得到一个观测值的概率为：
P(yi)＝piyi(1-pi)1-yi；
各项观测值相互独立，他们的联合分布可以表示为各边际分布的乘积：
式中n即n个观测值，求出似然函数的值最大的参数估计，以求出参数β＝(β0,β1,...,βn)，使上式取得最大值，并对其两边取对数得到：
求解出让概率取得最大值的逻辑回归模型参数向量β，代入上式，得到出现异常点的预测值：
k即由三维特征信息组合的特征向量。
作为一种优化方案，所述S1中所述读取器包括2个具有预定角度的定向天线时，2个定向天线的最大增益方向设置为相反方向。
作为一种优化方案，所述S2中，所述射频收发模块包括无线收发天线切换开关、调制解调器、滤波器、低噪声放大器；
所述无线收发天线切换开关在接收模式下通过所述定向天线接收手持设备以第一周期发射的信号，再经过所述滤波器的滤波处理和低噪声放大器的放大处理后由所述调制解调器解调处理获得所述定位数据包。
作为一种优化方案，所述S2中，所述射频收发模块包括无线收发天线切换开关、功率放大器、压控振荡器、调制解调器；
所述处理器响应接收到的所述定位数据包生成一ACK码，所述ACK码由所述调制解调器生成一调制信号发送给压控振荡器调节匹配的震荡频率后传输至功率放大器，由所述功率放大器进行功率放大后通过所述无线收发天线切换开关切换为发射模式的定向天线向外发射，发射完成后再切回接收模式继续接收信号。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于RSSI检测的跟踪定位系统，包括读取器、服务器；
至少一个读取器配置为使得信号范围覆盖所有可能的路径，所述读取器包括射频收发模块、处理器、2个或2个以上具有预定角度的定向天线，所述定向天线与射频收发模块连接，所述射频收发模块与处理器连接，所述处理器与一服务器连接通信；
所述射频收发模块用于：通过所述定向天线接收手持设备以第一周期发射的定位数据包；
所述处理器用于：根据所述定位数据包和该定位数据包的接收时刻确定该定位数据包对应的时间戳t和RSSI值并发送给所述服务器；
所述服务器用于：
按所述时间戳将每根定向天线获得的所述时间戳t、RSSI值作为数据点保存入定位信息库中；和
以第二周期开启一时间窗口，每一时间窗口对应每根定向天线都获取所述定位信息库中至少2个所述数据点，并以检测函数f(t，rssi)对每根定向天线对应的所述至少2个数据点进行函数拟合获得f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；和
将所述检测函数f(t，rssi)对t一阶求导获得曲率k1、k2、......kn，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线；和
根据所述曲率-时间曲线获得大于有效阈值的多组曲率-时间关系曲线段，以时间戳为依据拼合所述多组曲率-时间关系曲线段生成一多天线曲率-时间关系曲线，以所述多天线曲率-时间关系曲线中每一峰值对应一所述定向天线的位置而获得所述手持设备的位置-时间定位曲线。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明是通过读取器检测大量移动的手持设备(通过人携带)相对于多个定向天线的RSSI曲线变化率，定位每个移动设备的具体位置，通过时间的累计，读取器将数据发送给服务器，服务器通过计算，可以定位每个手持设备的位置，同时也可以统计出移动设备的流向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是可选的一种定向天线覆盖范围示意图；
图2是可选的一种曲率-时间曲线示意图；
图3是可选的一种读取器结构和处理流程示意图；
图4是可选的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法流程示意图。
具体实施方式
下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。
在本发明提供的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法的实施例中，如图1-4所示，包括：
S1,设置至少一个读取器使得信号范围覆盖所有可能的路径，所述读取器包括射频收发模块、处理器、2个或2个以上具有预定角度的定向天线，所述定向天线与射频收发模块连接，所述射频收发模块与处理器连接，所述处理器与一服务器连接通信。
定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。
作为一种可选方案，可以设置为在每个走廊上配置一个读取器，该读取器设有两个定向天线，由此多个读取器都与服务器连接汇总信息。所述S1中所述读取器包括2个具有预定角度的定向天线时，2个定向天线的最大增益方向设置为相反方向。如图1所示，两个定向天线A、B方向相反，Da1为定向天线A的主要增益方向，Da2为定向天线A的弱增益方向；Db1为定向天线B的主要增益方向，Db2为定向天线B的弱增益方向。Da2与Db2相邻或部分重叠。本实施例中所述定向天线的角度为60度，信号强度前后比40dB以上。这种以读取器对应配置两个定向天线的方案利于安装，可选用低功耗无线设备，且现有技术中的定向天线的信号覆盖范围足以覆盖十几米的走廊范围。还可以是在整个可能的路径范围内布置若干根定向天线，每根定向天线均与所述射频收发模块连接，再统一由一个处理器进行控制和信息汇总，如此设置增加了射频收发模块和处理器的信息处理量，需要配置更高性能的设备，低功耗设备无法满足要求。
可选地将定向天线都设置在可能的路径的一侧边缘。本发明的原理是通过接收信号的RSSI值变化来确定手持设备的相对位置，将读取器设于路径的中间和边缘对应接收信号的变化率不同。为了优化本发明的效果，优选地将定向天线设置在路径一侧上，可以获得更明晰的变化率。
上述所有可能的路径可以是预警的巡逻路径、和/或监狱服刑人员的活动区域路径等。
S2,所述射频收发模块通过所述定向天线接收手持设备以第一周期发射的定位数据包，所述在射频收发模块接收到所述定位数据包时先切换到发送模式向所述定位数据包对应的手持设备发送ACK码，再切回接收模式继续接收信号。所述处理器根据所述定位数据包和该定位数据包的接收时刻确定该定位数据包对应的时间戳t和RSSI值并发送给所述服务器。手持设备以第一周期不断地向外发射定位数据包，手持设备通过MCU定时器启动beacon数据包(定位数据包)发送，每个定位数据包包括唯一的设备ID号和预留部分数据，发送beacon数据后，手持设备的RF模块在一等待时间内切换到接收模式，等待接收ACK码确认。若手持设备在发送所述定位数据包后的一个等待时间内未收到所述ACK码则以第三周期重发所述定位数据包，直至收到所述ACK码后恢复以所述第一周期发射定位数据包。所述等待时间和第三周期的时长都小于第一周期时长。由此提高定位数据包传输的可靠性，保证在S4中的每个时间窗口中都能有至少两个数据点。
S3，所述服务器按所述时间戳将每根定向天线获得的所述时间戳t、RSSI值作为数据点保存入定位信息库中。每个定位数据包对应的时间戳t、RSSI值都具有其电位天线和时间戳属性。作为一种可选方案，将该手持设备的ID和rssi值存放到服务器的定位信息库中，所述定位信息库采用hash表结构存储数据，数据结构还包含每个数据的时间戳。
S4，所述服务器以第二周期开启一时间窗口，每一时间窗口对应每根定向天线都获取所述定位信息库中至少2个所述数据点，并以检测函数f(t，rssi)对每根定向天线对应的所述至少2个数据点进行函数拟合获得f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)。检测函数可以是f(t，rssi)＝at+rssi这类线性函数，也可以是抛物线函数或指数函数等，可以根据一个时间窗口中包含的最少数据点数量和数据点分布情况来具体选择。
S5，所述服务器将所述检测函数f(t，rssi)对t一阶求导并对曲率求绝对值而获得曲率k1、k2、......kn，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线。所述S5中所述服务器根据逻辑回归模型和所述曲率k1、k2、......kn为每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线，所述逻辑回归模型为：
其中g(kn)＝β0+β1k1+β2k2+...+βnkn，β＝(β0,β1,...,βn)T是逻辑回归模型参数，定义不出现异常数据点的条件概率为：
其中y＝1|0分别表示异常数据点出现与不出现，假设有N个曲率构成的总体K1、K2、......KN，从中随机抽取了n个作为样本，标注为k1、k2、......kn，假定pi＝P(yi＝1|ki)为给定条件下得到yi＝1的条件概率，而在同样条件下yi＝0的条件概率为P(yi＝0|ki)＝1-pi，得到一个观测值的概率为：
P(yi)＝piyi(1-pi)1-yi；
各项观测值相互独立，他们的联合分布可以表示为各边际分布的乘积：
式中n即n个观测值，求出似然函数的值最大的参数估计，以求出参数β＝(β0,β1,...,βn)，使上式取得最大值，并对其两边取对数得到：
求解出让概率取得最大值的逻辑回归模型参数向量β，代入上式，得到出现异常点的预测值：
k即所述由三维特征信息组合的特征向量。
作为一种实施例，所述S4中每个所述时间窗口取2个数据点时，所述检测函数f(t，rssi)为线性函数，对每根定向天线对应的2个数据点进行线性函数拟合获得所述f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；所述S5中服务器将所述线性的检测函数f(t，rssi)对t一阶求导获得的曲率k1、k2、......kn都为线性函数的斜率，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线。
作为另一种实施例，所述S4中每个所述时间窗口取大于2个数据点时，所述检测函数f(t，rssi)为抛物线函数，对每根定向天线对应的大于2个数据点进行抛物线函数拟合获得所述f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；所述S5中服务器将所述抛物线函数f(t，rssi)对t一阶求导获得的曲率k1、k2、......kn都为抛物线函数的曲率，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线。
S6，如图2所示，所述服务器根据所述曲率-时间曲线获得大于有效阈值的多组曲率-时间关系曲线段，以时间戳为依据拼合所述多组曲率-时间关系曲线段生成一多天线曲率-时间关系曲线，以所述多天线曲率-时间关系曲线中每一峰值对应一所述定向天线的位置而获得所述手持设备的位置-时间定位曲线。所述多天线曲率-时间关系曲线中的横坐标为时间轴，纵坐标为曲率。
在远离定向天线或主要处于其他定向天线信号中心时的曲率变化程度较小，无法达到所述有效阈值，因此不作为最后位置-时间定为曲线的配选曲线部分。而接近当前定向天线时因为定向天线只在一定角度上具有较大增益，且手持设备相对于定向天线的一侧相对位置明显变化，因此其曲率急速增加至达到峰值。本发明中预期手持设备的运动为人走路的匀速运动过程。
所述S6之后还包括：所述服务器还根据所述手持设备的位置-时间定位曲线和预存的地图生成具有时间戳属性的动态轨迹图。
所述S2中，所述射频收发模块如图3所示包括无线收发天线切换开关、调制解调器、滤波器、低噪声放大器；
所述无线收发天线切换开关在接收模式下通过所述定向天线接收手持设备以第一周期发射的信号，再经过所述滤波器的滤波处理和低噪声放大器的放大处理后由所述调制解调器解调处理获得所述定位数据包。
所述S2中，所述射频收发模块如图3所示还包括无线收发天线切换开关、功率放大器、压控振荡器、调制解调器；
所述处理器响应接收到的所述定位数据包生成一ACK码，所述ACK码由所述调制解调器生成一调制信号发送给压控振荡器调节匹配的震荡频率后传输至功率放大器，由所述功率放大器进行功率放大后通过所述无线收发天线切换开关切换为发射模式的定向天线向外发射，发射完成后再切回接收模式继续接收信号。
读取器一侧的工作过程是：读取器先开启接收模式，具有定向和前后比的天线A和天线B形成如图1所示的信号覆盖区域。当移动设备从A天线Da1区域进入Da2区域边界，读取器通过A天线会收到一组关于A的beacon数据包，接收到数据包后，读取器快速切换到发送模式，将ACK码发送到对应的移动设备。读取器接收到的beacon数据包包括有移动设备的独有ID号，通过计算每次的数据包信号量，得到这个beacon数据包的RSSI值，然后将该设备的ID和rssi存放到服务器的mcu存储空间，空间采用hash表结构，数据结构还包含每个数据的时间戳。处理器定时开启一个时间窗口，将时间戳t和rssi形成一个函数f(t，rssi)，然后对f(t，rssi)用t求一阶导数，得到斜率k值。当移动设备从A天线Da1->Da2,然后从B天线Db2->Db1区域，就形成了一组(k1，k2,…..,kn),采用逻辑回归模型，可以得到如图2所示的曲率-时间曲线。
通过如图2所示的曲率-时间曲线就可以判断移动设备经过的方向，是从A->B还从B->A，本发明中曲率都为曲率的绝对值，因此仅考虑曲率的大小二不考虑其正负。得到该数据后，读头通过LTE网络，将每个移动设备的方向数据送到后台服务器。后台收到不同读取器的数据后，将读取器ID和移动设备ID对应，形成移动设备的路径曲线，采用3D模型后，就可以得到移动设备的空间位置。移动设备可以通过紧急按键，将信息发送到后台服务器后，后台服务器可以通过查找，快速定位到移动设备的位置。
手持设备一侧的工作采用收发一体模式，有MCU定时器启动beacon数据包发送，每个数据包包括唯一的设备ID号和预留部分数据，发送beacon数据后，RF切换到接收模式，接收ACK。
本发明主要解决GPS基站无法实现的室内近距离(米级)定位的难题，通过本发明可以准确的实现人流量统计及人员位置的定位。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于RSSI检测的跟踪定位系统，包括读取器、服务器；
至少一个读取器配置为使得信号范围覆盖所有可能的路径，所述读取器包括射频收发模块、处理器、2个或2个以上具有预定角度的定向天线，所述定向天线与射频收发模块连接，所述射频收发模块与处理器连接，所述处理器与一服务器连接通信；
所述射频收发模块用于：通过所述定向天线接收手持设备以第一周期发射的定位数据包；
所述处理器用于：根据所述定位数据包和该定位数据包的接收时刻确定该定位数据包对应的时间戳t和RSSI值并发送给所述服务器；
所述服务器用于：
按所述时间戳将每根定向天线获得的所述时间戳t、RSSI值作为数据点保存入定位信息库中；和
以第二周期开启一时间窗口，每一时间窗口对应每根定向天线都获取所述定位信息库中至少2个所述数据点，并以检测函数f(t，rssi)对每根定向天线对应的所述至少2个数据点进行函数拟合获得f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；和
将所述检测函数f(t，rssi)对t一阶求导获得曲率k1、k2、......kn，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线；和
根据所述曲率-时间曲线获得大于有效阈值的多组曲率-时间关系曲线段，以时间戳为依据拼合所述多组曲率-时间关系曲线段生成一多天线曲率-时间关系曲线，以所述多天线曲率-时间关系曲线中每一峰值对应一所述定向天线的位置而获得所述手持设备的位置-时间定位曲线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，包括：
S1,设置至少一个读取器使得信号范围覆盖所有可能的路径，所述读取器包括射频收发模块、处理器、2个或2个以上具有预定角度的定向天线，所述定向天线与射频收发模块连接，所述射频收发模块与处理器连接，所述处理器与一服务器连接通信；
S2,所述射频收发模块通过所述定向天线接收手持设备以第一周期发射的定位数据包，所述处理器根据所述定位数据包和该定位数据包的接收时刻确定该定位数据包对应的时间戳t和RSSI值并发送给所述服务器；
S3，所述服务器按所述时间戳将每根定向天线获得的所述时间戳t、RSSI值作为数据点保存入定位信息库中；
S4，所述服务器以第二周期开启一时间窗口，每一时间窗口对应每根定向天线都获取所述定位信息库中至少2个所述数据点，并以检测函数f(t，rssi)对每根定向天线对应的所述至少2个数据点进行函数拟合获得f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；
S5，所述服务器将所述检测函数f(t，rssi)对t一阶求导并对曲率求绝对值而获得曲率k1、k2、......kn，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线；
S6，所述服务器根据所述曲率-时间曲线获得大于有效阈值的多组曲率-时间关系曲线段，以时间戳为依据拼合所述多组曲率-时间关系曲线段生成一多天线曲率-时间关系曲线，以所述多天线曲率-时间关系曲线中每一峰值对应一所述定向天线的位置而获得所述手持设备的位置-时间定位曲线。
2.根据权利要求1所述的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，所述S2还包括：所述射频收发模块接收到所述定位数据包时先切换到发送模式向所述定位数据包对应的手持设备发送ACK码，再切回接收模式继续接收信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，所述S2还包括：若手持设备在发送所述定位数据包后的一等待时间内未收到所述ACK码则以第三周期重发所述定位数据包，直至收到所述ACK码后恢复以所述第一周期发射定位数据包。
4.根据权利要求1所述的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，所述S4中每个所述时间窗口取2个数据点时，所述检测函数f(t，rssi)为线性函数，对每根定向天线对应的2个数据点进行线性函数拟合获得所述f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；
所述S5中服务器将所述线性的检测函数f(t，rssi)对t一阶求导获得的曲率k1、k2、......kn都为线性函数的斜率，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线。
5.根据权利要求1所述的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，所述S4中每个所述时间窗口取大于2个数据点时，所述检测函数f(t，rssi)为抛物线函数，对每根定向天线对应的大于2个数据点进行抛物线函数拟合获得所述f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；
所述S5中服务器将所述抛物线函数f(t，rssi)对t一阶求导获得的曲率k1、k2、......kn都为抛物线函数的曲率，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线。
6.根据权利要求1所述的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，所述S6之后还包括：所述服务器还根据所述手持设备的位置-时间定位曲线和预存的地图生成具有时间戳属性的动态轨迹图。
7.根据权利要求1所述的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，所述S5中所述服务器根据逻辑回归模型和所述曲率k1、k2、......kn为每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线，所述逻辑回归模型为：
其中g(kn)＝β0+β1k1+β2k2+...+βnkn，β＝(β0,β1,...,βn)T是逻辑回归模型参数，定义不出现异常数据点的条件概率为：
其中y＝1|0分别表示异常数据点出现与不出现，假设有N个曲率构成的总体K1、K2、......KN，从中随机抽取了n个作为样本，标注为k1、k2、......kn，假定pi＝P(yi＝1|ki)为给定条件下得到yi＝1的条件概率，而在同样条件下yi＝0的条件概率为P(yi＝0|ki)＝1-pi，得到一个观测值的概率为：
P(yi)＝piyi(1-pi)1-yi；
各项观测值相互独立，他们的联合分布可以表示为各边际分布的乘积：
式中n即n个观测值，求出似然函数的值最大的参数估计，以求出参数β＝(β0,β1,...,βn)，使上式取得最大值，并对其两边取对数得到：
求解出让概率取得最大值的逻辑回归模型参数向量β，代入上式，得到出现异常点的预测值：
k即由三维特征信息组合的特征向量。
8.根据权利要求1所述的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，所述S1中所述读取器包括2个具有预定角度的定向天线时，2个定向天线的最大增益方向设置为相反方向。
9.根据权利要求1所述的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，所述S2中，所述射频收发模块包括无线收发天线切换开关、调制解调器、滤波器、低噪声放大器；
所述无线收发天线切换开关在接收模式下通过所述定向天线接收手持设备以第一周期发射的信号，再经过所述滤波器的滤波处理和低噪声放大器的放大处理后由所述调制解调器解调处理获得所述定位数据包。
10.根据权利要求2或9所述的一种基于RSSI检测的跟踪定位方法，其特征在于，所述S2中，所述射频收发模块包括无线收发天线切换开关、功率放大器、压控振荡器、调制解调器；
所述处理器响应接收到的所述定位数据包生成一ACK码，所述ACK码由所述调制解调器生成一调制信号发送给压控振荡器调节匹配的震荡频率后传输至功率放大器，由所述功率放大器进行功率放大后通过所述无线收发天线切换开关切换为发射模式的定向天线向外发射，发射完成后再切回接收模式继续接收信号。
11.一种基于RSSI检测的跟踪定位系统，其特征在于，包括读取器、服务器；
至少一个读取器配置为使得信号范围覆盖所有可能的路径，所述读取器包括射频收发模块、处理器、2个或2个以上具有预定角度的定向天线，所述定向天线与射频收发模块连接，所述射频收发模块与处理器连接，所述处理器与一服务器连接通信；
所述射频收发模块用于：通过所述定向天线接收手持设备以第一周期发射的定位数据包；
所述处理器用于：根据所述定位数据包和该定位数据包的接收时刻确定该定位数据包对应的时间戳t和RSSI值并发送给所述服务器；
所述服务器用于：
按所述时间戳将每根定向天线获得的所述时间戳t、RSSI值作为数据点保存入定位信息库中；和
以第二周期开启一时间窗口，每一时间窗口对应每根定向天线都获取所述定位信息库中至少2个所述数据点，并以检测函数f(t，rssi)对每根定向天线对应的所述至少2个数据点进行函数拟合获得f1(t，rssi)、f2(t，rssi)、......fn(t，rssi)；和
将所述检测函数f(t，rssi)对t一阶求导获得曲率k1、k2、......kn，每根定向天线对应生成一曲率-时间曲线；和
根据所述曲率-时间曲线获得大于有效阈值的多组曲率-时间关系曲线段，以时间戳为依据拼合所述多组曲率-时间关系曲线段生成一多天线曲率-时间关系曲线，以所述多天线曲率-时间关系曲线中每一峰值对应一所述定向天线的位置而获得所述手持设备的位置-时间定位曲线。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017205278A1 (de) * 2017-03-29 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Lokalisierung und Lokalisierungssystem mit einer Vorrichtung eingerichtet zur Lokalisierung
CN107507285B (zh) * 2017-07-19 2020-04-10 成都恒高科技有限公司 一种etc系统的车辆检测方法及车辆检测装置
CN107957982B (zh) * 2017-12-05 2020-11-20 中国科学院遥感与数字地球研究所 震后次生地质灾害易发性快速评估方法和系统
CN109462820B (zh) * 2018-11-16 2021-02-19 华南理工大学 一种用于跟踪低速移动车辆的rssi拟合方法
CN111615095B (zh) * 2020-05-28 2023-08-15 上海蕴迩通讯设备有限公司 一种面向中小学的人群交互态势感知方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101557625A (zh) * 2009-03-09 2009-10-14 南京大学 一种无线网络中基于移动检测的快速切换方法
CN102123473A (zh) * 2011-01-06 2011-07-13 山东大学 无线传感器网络基于动态簇机制的目标跟踪方法
CN103152824A (zh) * 2013-03-06 2013-06-12 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种无线传感器网络中节点定位方法
CN103209478A (zh) * 2013-04-27 2013-07-17 福建师范大学 基于分类阈值及信号强度权重的室内定位方法
CN104363649A (zh) * 2014-07-30 2015-02-18 浙江工业大学 带有约束条件的ukf的wsn节点定位方法
CN106102161A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 天津大学 基于聚类算法分析数据优化的室内定位方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9357520B2 (en) * 2014-01-31 2016-05-31 Google Inc. Methods and systems for signal diffusion modeling for a discretized map of signal strength

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101557625A (zh) * 2009-03-09 2009-10-14 南京大学 一种无线网络中基于移动检测的快速切换方法
CN102123473A (zh) * 2011-01-06 2011-07-13 山东大学 无线传感器网络基于动态簇机制的目标跟踪方法
CN103152824A (zh) * 2013-03-06 2013-06-12 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种无线传感器网络中节点定位方法
CN103209478A (zh) * 2013-04-27 2013-07-17 福建师范大学 基于分类阈值及信号强度权重的室内定位方法
CN104363649A (zh) * 2014-07-30 2015-02-18 浙江工业大学 带有约束条件的ukf的wsn节点定位方法
CN106102161A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 天津大学 基于聚类算法分析数据优化的室内定位方法

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