CN109874103A - 一种wifi精确定位设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种wifi精确定位设备及方法,包括一种wifi精确定位设备，包括：复数个无线收发模块，每个无线收发模块分别向wifi终端发送复数个无线定位帧，记录每次发送的发送时间，并分别接收wifi终端的无线响应帧，记录每次接收的接收时间以及信号强度指示，每个无线采集模块内设置复数个定向天线。智能算法模块，连接复数个无线收发模块，接收每个无线收发模块的发送时间以及接收时间以及信号强度指示，根据复数组发送时间以及接收时间以及信号强度指示计算得到wifi终端的位置。本发明通过在无线采集模块中内置多个wifi天线降低了定位设备的总体成本，通过内置的多个定向天线和智能定位算法，提高wifi的定位精度到0.5‑1m的水平。

Description

一种wifi精确定位设备及方法

技术领域

本发明涉及无线定位领域，尤其涉及一种wifi精确定位设备及方法。

背景技术

WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)定位是指利用移动终端测量到周边的1个或多个WiFi的无线信号，从而计算出移动终端地理位置的定位方法。

现有的wifi定位，一般是通过多个wifi ap(Access Point，无线访问节点)设备按照三点定位的原理来实现，设备成本较高，而且定位精度不够。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种wifi精确定位设备及方法。

具体技术方案如下：

一种wifi精确定位设备，包括：

复数个无线收发模块，每个所述无线收发模块分别向wifi终端发送复数个无线定位帧，记录每次发送的发送时间，并分别接收所述wifi终端的无线响应帧，记录每次接收的接收时间以及信号强度指示，每个所述无线采集模块内设置复数个定向天线。

智能算法模块，连接所述复数个无线收发模块，接收每个所述个无线收发模块的所述发送时间以及所述接收时间以及所述信号强度指示，根据复数组所述发送时间以及所述接收时间以及所述信号强度指示计算得到wifi终端的位置。

优选的，所述定向天线与水平面之间的角度为20度。

优选的，所述无线收发模块的数量为四个，所述定向天线的数量为两个。

一种wifi精确定位方法，包括以下步骤：

步骤S1、复数个无线收发模块分别对wifi终端发送复数个无线定位帧，每个所述无线收发模块记录各自发送每个所述无线定位帧的发送时间；

步骤S2、每个所述无线收发模块分别接收所述wifi终端发送的复数个无线响应帧，记录各自接收每个所述无线响应帧的接收时间以及信号强度指示值；

步骤S3、根据所述复数组发送时间以及所述接收时间以及所述信号强度指示值计算得到wifi终端的位置。

优选的，所述步骤S1中，每秒发送32个所述无线定位帧。

优选的，所述步骤S2，接收到的所述无线响应帧数量与发送的所述无线定位帧数量相同。

优选的，步骤S3中还包括以下步骤：

步骤S31、根据所述复数组发送时间以及所述接收时间计算得到设备与所述wifi终端之间的距离；

步骤S32、根据复数个所述信号强度指示值计算得到所述wifi终端相对于所述设备的方位角；

所述步骤S31与所述步骤S32同时进行。

优选的，所述步骤S31中还包括以下步骤:

一计算得到每个所述无线收发模块与所述wifi终端之间的距离的过程：

步骤S311、针对当前组所述发送时间与所述接收时间：

将所述接收时间与所述发送时间相减得到当前组的往返时间；

针对所有组所述发送时间与所述接收时间，遍历计算得到所有所述往返时间，随后进行步骤S312；

步骤S312、去除所有所述往返时间中的最大值和最小值，并求得剩余的所述往返时间作为第一筛选数据组，并求得所述第一筛选数据组的平均值作为第一比较值；

步骤S313、将所述第一筛选数据组的所述往返时间分别与所述单元比较值作差，并求得所有差值的绝对值的平均值作为第一标准值；

步骤S314、去除所述第一筛选数据组中对应所述差值的绝对值大于所述标准值的所述往返时间，得到第二筛选数据组；

步骤S315、求得所述第二筛选数据组中所述往返时间的平均值作为距离结果值，将所述距离结果值乘与二分之一的光速值得到所述无线收发模块与所述wifi终端之间的距离。

优选的，所述步骤S32中还包括

一计算得到所述无线收发模块的每个定向天线的方向结果值的过程：

针对当前定向天线，计算得到所述方位结果值的过程包括以下步骤：

步骤S321、去除所有所述信号强度指示值中最大值和最小值，将剩余的所述信号强度指示值作为第三筛选数据组，并求得所述第三筛选数据组的平均值作为第二比较值；

步骤S322、将所述第三筛选数据组的所述信号强度指示值分别与所述第二比较值作差，并求得所有差值的绝对值的平均值作为第二标准值；

步骤S323、去除所述第三筛选数据组的所述信号强度指示值与所述第二比较值的差值的绝对值大于所述第二标准值的所述信号强度指示值，得到第四筛选数据组；

步骤S324、求得所述第四筛选数据组中所述信号强度指示值的平均值作为方向结果值；

针对所述采集设备的所有所述定向天线分别计算得到所述方向结果值，从而遍历计算得到所述采集设备中所有所述定向天线的所述方向结果值，并将接收所有所述方向结果值中的最大值的所述定向天线的角度作为所述方位角。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

上述技术方案，通过一种wifi精准定位设备以及wifi精准定位方法来定位wifi终端，通过在无线采集模块中内置多个wifi天线降低了定位设备的总体成本，通过内置的多个定向天线和智能定位算法，提高wifi的定位精度到0.5-1m的水平。

附图说明

图1为本发明一种wifi精准定位设备实施例的功能模块示意图；

图2-5为本发明一种wifi精准定位方法实施例的流程步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种wifi精确定位设备1，如图1所示，包括：

复数个无线收发模块2，每个无线收发模块2分别向wifi终端发送复数个无线定位帧，记录每次发送的发送时间，并分别接收wifi终端的无线响应帧，记录每次接收的接收时间以及信号强度指示，每个无线采集模块2内设置复数个定向天线3。

智能算法模块4，连接复数个无线收发模块2，接收每个无线收发模块2的发送时间以及接收时间以及信号强度指示，根据复数组发送时间以及接收时间以及信号强度指示计算得到wifi终端的位置。

上述技术方案，通过复数个无线收发模块2分别向所要定位的wifi终端发送复数个无线定位帧，并分别接收wifi终端发送的无线响应帧，记录各自每次发送的发送时间TX_TIME和每次接收的接收时间RX_TIME以及信号强度指示RSSI。随后智能算法模块根据获取的TX_TIME、RX_TIME、RSSI计算得到wifi终端的位置。

上述技术方案通过复数个无线收发模块2和智能算法模块4组成wifi精确定位设备1，提高wifi的定位精度到0.5-1m的水平。

作为优选的实施方式，定向天线3与水平面之间的角度为20度。

作为优选的实施方式，无线收发模块2的数量为四个，定向天线3的数量为两个。

上述技术方案通过在无线收发模块2中内置多个定向天线3降低了定位设备的总体成本。

一种wifi精确定位方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S1、复数个无线收发模块分别对wifi终端发送复数个无线定位帧，每个无线收发模块记录各自发送每个无线定位帧的发送时间；

步骤S2、每个无线收发模块分别接收wifi终端发送的复数个无线响应帧，记录各自接收每个无线响应帧的接收时间以及信号强度指示值；

步骤S3、根据复数组发送时间以及接收时间以及信号强度指示值计算得到wifi终端的位置。

上述技术方案中通过复数个无线收发模块对所要定位的wifi终端分别发送复数个无线定位帧并分别接收wifi终端发送的复数个无线响应帧，记录各自每次发送的发送时间TX_TIME和每次接收的接收时间RX_TIME以及信号强度指示RSSI。随后根据获取的复数组TX_TIME、RX_TIME、RSSI计算得到wifi终端的位置。

通过上述技术方案，将定位精度提高到0.5-1m的水平。

作为优选的实施方式，步骤S1中，每秒发送32个无线定位帧。

作为优选的实施方式，步骤S2，接收到的无线响应帧数量与发送的无线定位帧数量相同。

作为优选的实施方式，如图3所示，步骤S3中，还包括以下操作：

步骤S31、根据复数组发送时间以及接收时间计算得到设备与wifi终端之间的距离；

步骤S32、根据复数个信号强度指示值计算得到wifi终端相对于设备的方位角；

步骤S31与步骤S32同时进行。

作为优选的实施方式，如图4所示，步骤S31中还包括以下步骤:

一计算得到每个无线收发模块与wifi终端之间的距离的过程：

步骤S311、针对当前组发送时间与接收时间：

将接收时间与发送时间相减得到当前组的往返时间；

针对所有组发送时间与接收时间，遍历计算得到所有往返时间，随后进行步骤S312；

步骤S312、去除所有往返时间中的最大值和最小值，并求得剩余的往返时间作为第一筛选数据组，并求得第一筛选数据组的平均值作为第一比较值；

步骤S313、将第一筛选数据组的往返时间分别与单元比较值作差，并求得所有差值的绝对值的平均值作为第一标准值；

步骤S314、去除第一筛选数据组中对应差值的绝对值大于标准值的往返时间，得到第二筛选数据组；

步骤S315、求得第二筛选数据组中往返时间的平均值作为距离结果值，将距离结果值乘与二分之一的光速值得到无线收发模块与wifi终端之间的距离。

上述技术方案中，根据每个无线收发模块记录的所有组TX_TIME和RX_TIME，得到信息发送的单次往返时间：RT_TIME＝RX_TIME-TX_TIME。由于wifi精确定位设备每秒发送32个无线定位帧也接收32个无线响应帧，将32组RT_TIME值，去掉其中的最大值和最小值，然后求得平均值TIME_av，随后将剩余的30个RT_TIME分别与平均值TIME_av的求差值，将差值的绝对值的平均值作为标准差，RT_TIME数据组中去掉与平均值TIME_av差值的绝对值大于标准差的数据，随后将其余的数据再次取得平均值，作为距离结果值TIME_at。根据距离结果值TIME_at得到每个无线收发模块与wifi终端之间的距离为TIME_at*光速/2。

作为优选的实施方式，如图5所示，步骤S32中还包括：

一计算得到无线收发模块的每个定向天线的方向结果值的过程：

针对当前定向天线，计算得到方位结果值的过程包括以下步骤：

步骤S321、去除所有信号强度指示值中最大值和最小值，将剩余的信号强度指示值作为第三筛选数据组，并求得第三筛选数据组的平均值作为第二比较值；

步骤S322、将第三筛选数据组的信号强度指示值分别与第二比较值作差，并求得所有差值的绝对值的平均值作为第二标准值；

步骤S323、去除第三筛选数据组的信号强度指示值与第二比较值的差值的绝对值大于第二标准值的信号强度指示值，得到第四筛选数据组；

步骤S324、求得第四筛选数据组中信号强度指示值的平均值作为方向结果值；

针对复数个无线收发模块的所有定向天线分别计算得到方向结果值，从而遍历计算得到无线收发模块中所有定向天线的方向结果值，并将接收所有方向结果值中的最大值的定向天线的角度作为方位角。

上述技术方案中，wifi精准定位设备每接收WiFi终端回复的定位无线响应帧，8个天线记录各自收到的信号强度RSSI。由于wifi精准定位设备每秒发送32次定位无线帧，能收到32次定位无线响应帧。8个天线能各自拿到32个RSSI值。每个天线的32个RSSI值分别计算。去掉最大值和最小值，然后求平均值RSSI_av，剩余的30个RSSI分别与平均值RSSI_av的求差值，差值的绝对值的平均值作为标准差，将RSSI数据组中去掉与平均值RSSI_av差值的绝对值大于标准差的数据，将其余的数据再次求得平均值，作为方向结果值RSSI_at。取8个RSSI_at中的最大值所对应的天线的角度作为wifi的方位角。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种wifi精确定位设备，其特征在于，包括：

复数个无线收发模块，每个所述无线收发模块分别向wifi终端发送复数个无线定位帧，记录每次发送的发送时间，并分别接收所述wifi终端的无线响应帧，记录每次接收的接收时间以及信号强度指示，每个所述无线采集模块内设置复数个定向天线。

智能算法模块，连接所述复数个无线收发模块，接收每个所述个无线收发模块的所述发送时间以及所述接收时间以及所述信号强度指示，根据复数组所述发送时间以及所述接收时间以及所述信号强度指示计算得到wifi终端的位置。

2.根据权利要求1所述的一种wifi精准定位设备，其特征在于，所述定向天线与水平面之间的角度为20度。

3.根据权利要求1所述的一种wifi精准定位设备，其特征在于，所述无线收发模块的数量为四个，所述定向天线的数量为两个。

4.一种wifi精确定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、复数个无线收发模块分别对wifi终端发送复数个无线定位帧，每个所述无线收发模块记录各自发送每个所述无线定位帧的发送时间；

步骤S2、每个所述无线收发模块分别接收所述wifi终端发送的复数个无线响应帧，记录各自接收每个所述无线响应帧的接收时间以及信号强度指示值；

步骤S3、根据所述复数组发送时间以及所述接收时间以及所述信号强度指示值计算得到wifi终端的位置。

5.根据权利要求4所述的一种wifi精准定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，每秒发送32个所述无线定位帧。

6.根据权利要求4所述的一种wifi精准定位方法，其特征在于，所述步骤S2，接收到的所述无线响应帧数量与发送的所述无线定位帧数量相同。

7.根据权利要求4所述的一种wifi精准定位方法，其特征在于，步骤S3中还包括以下步骤：

步骤S31、根据所述复数组发送时间以及所述接收时间计算得到设备与所述wifi终端之间的距离；

步骤S32、根据复数个所述信号强度指示值计算得到所述wifi终端相对于所述设备的方位角；

所述步骤S31与所述步骤S32同时进行。

8.根据权利要求7所述的一种wifi精准定位方法，其特征在于，所述步骤S31中还包括以下步骤:

一计算得到每个所述无线收发模块与所述wifi终端之间的距离的过程：

步骤S311、针对当前组所述发送时间与所述接收时间：

将所述接收时间与所述发送时间相减得到当前组的往返时间；

针对所有组所述发送时间与所述接收时间，遍历计算得到所有所述往返时间，随后进行步骤S312；

步骤S312、去除所有所述往返时间中的最大值和最小值，并求得剩余的所述往返时间作为第一筛选数据组，并求得所述第一筛选数据组的平均值作为第一比较值；

步骤S313、将所述第一筛选数据组的所述往返时间分别与所述单元比较值作差，并求得所有差值的绝对值的平均值作为第一标准值；

步骤S314、去除所述第一筛选数据组中对应所述差值的绝对值大于所述标准值的所述往返时间，得到第二筛选数据组；

步骤S315、求得所述第二筛选数据组中所述往返时间的平均值作为距离结果值，将所述距离结果值乘与二分之一的光速值得到所述无线收发模块与所述wifi终端之间的距离。

9.根据权利要求7所述的一种wifi精准定位方法，其特征在于，所述步骤S32中还包括：

一计算得到每个所述无线收发模块的每个定向天线的方向结果值的过程：

针对当前定向天线，计算得到所述方位结果值的过程包括以下步骤：

步骤S321、去除所有所述信号强度指示值中最大值和最小值，将剩余的所述信号强度指示值作为第三筛选数据组，并求得所述第三筛选数据组的平均值作为第二比较值；

步骤S322、将所述第三筛选数据组的所述信号强度指示值分别与所述第二比较值作差，并求得所有差值的绝对值的平均值作为第二标准值；

步骤S323、去除所述第三筛选数据组的所述信号强度指示值与所述第二比较值的差值的绝对值大于所述第二标准值的所述信号强度指示值，得到第四筛选数据组；

步骤S324、求得所述第四筛选数据组中所述信号强度指示值的平均值作为方向结果值；

针对所述采集设备的所有所述定向天线分别计算得到所述方向结果值，从而遍历计算得到所述采集设备中所有所述定向天线的所述方向结果值，并将接收所有所述方向结果值中的最大值的所述定向天线的角度作为所述方位角。