CN114173413B - 一种基于Wi-Fi精准时间测量的无线定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Wi‑Fi精准时间测量(FTM,Fine Time Measurement)的无线定位方法。首先，在目标区域内部署和若干位置已知的接入点(AP，Access Point)和测试点(TP,Test Point)；然后，在AP与TP间进行FTM测量并计算测距结果；其次，在TP处采集来自AP的实际接收信号强度(RSS,Received Signal Strength)；再次，利用测距结果和实际RSS间的数学关系构建非视距(NLoS,Non Line of Sight)判别模块，并对测距结果进行筛选；最后，通过建立和求解AP位置、TP位置及测距结果之间的数学方程，计算出了TP的位置坐标。本发明专利利用目标区域内Wi‑Fi FTM测距结果与实际RSS之间的数学关系构建了NLoS判别模块，对所获得的测距结果进行了筛选，提出了一种基于Wi‑Fi精准时间测量的无线定位方法，其在增强系统鲁棒性的同时提升了定位精度。
Description
技术领域
本发明属于Wi-Fi定位技术，具体涉及一种基于Wi-Fi精准时间测量的无线定位方法。
背景技术
随着互联网时代的逐步发展，人们对无线局域网WLAN的使用频率也越来越高。无线保真Wi-Fi作为WLAN的主流技术，可以将电脑、手机等智能终端以无线方式接入互联网，为用户提供网上娱乐、办公、购物等多种服务。由于常用的全球定位系统GPS在室内环境下受到墙壁等障碍物的影响，卫星信号衰减严重，其定位精度已无法满足室内用户的需求。在这种情况下，室内广泛覆盖的Wi-Fi信号为用户提供了另外一种解决方案。
室内Wi-Fi定位方法大致分为三类：基于时间的定位方法、基于角度的定位方法以及位置指纹定位。其中，基于角度的定位方法要求Wi-Fi信号发射设备必须具备阵列天线，且其角度解算过程的算法复杂度高、耗时久，无法满足用户对时效性的要求。位置指纹定位的主要环节是通过设置参考点和采集接收信号强度RSS构建位置指纹数据库，这一过程耗时耗力，而且随着所在环境的变化，其所构建位置指纹数据库的可参考性也将逐步变小。基于时间的定位方法具有低硬件配置和低计算复杂度的优点，但在常用的IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac协议下该方法的定位精度受限于Wi-Fi信号收发设备间的时钟同步精度，实用性不高。作为一种基于往返时延RTT的精准时间测量FTM协议，IEEE 802.11mc协议的应用解决了Wi-Fi信号收发设备间时钟不同步所带来的问题。然而，由于室内环境的复杂性，该协议测得的RTT很可能是Wi-Fi信号非视距NLoS传播时的值，这将导致距离估计值偏离真实值，弱化定位性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Wi-Fi精准时间测量的无线定位方法，它通过对比参考RSS与实际RSS之间的关系，构建了NLoS判别模块以对FTM测量结果进行筛选，最后利用最小二乘法计算出用户的位置，该方法在增强系统鲁棒性的同时提升了定位精度。
本发明所述的一种基于Wi-Fi精准时间测量的无线定位方法，包括以下步骤：
步骤一、在目标区域内随机部署m(m≥3,m为整数)个接入点AP，记为AP1,…,APm，第i个AP记为APi(1≤i≤m,i为整数)，且其位置坐标表示为在目标区域内随机放置n(n≥1,n为整数)个测试点TP，记为TP1,…,TPn，第j个TP记为TPj(1≤j≤n,j为整数)，且其位置坐标表示为/>
步骤二、在每个AP处对每个TP执行a次(a≥1,a为整数)FTM测量，记APi与TPj之间的FTM测量结果为且其平均值为/>
步骤三、在每个TP处采集来自每个AP的实际RSS值b(b≥1,b为整数)次，记TPj采集的来自APi的实际RSS为且其平均值为/>
步骤四、基于步骤二中的APi与TPj间往返时延RTTij计算APi与TPj之间的测距结果其中，c表示光速。此处计算出的dij可能是APi与TPj之间的直线距离，也可能是Wi-Fi信号在APi与TPj之间NLoS传播时的距离，因此需要对其进行判别。
步骤五、根据步骤三中的实际接收信号强度RSSij和步骤四中的测距结果dij进行NLoS判别，并对步骤四中的测距结果进行筛选，具体包括以下步骤：
步骤五(一)、利用对数传播模型公式计算参考接收信号强度/>其中，RSS0为距无线接入点d0远处的接收信号强度，β为路径衰减指数。
步骤五(二)、计算接收信号强度差其中，ΔPij表示Wi-Fi信号在NLoS传播时由于发生反射、穿透等所造成的信号强度衰减。
步骤五(三)、设定接收信号强度差阈值Pthr(Pthr≥0)，判断ΔPij是否偏离阈值Pthr。若ΔPij＞Pthr，则所对应dij被判定为Wi-Fi信号在APi与TPj间进行NLoS传播时的距离，将其舍弃且不用于后续测试点位置的解算；若ΔPij≤Pthr，则所对应dij被判定APi与TPj之间的直线距离并保留dij。
步骤六、基于步骤一中AP的位置坐标和步骤五中筛选后的测距结果，应用最小二乘法计算每个TP的位置。此处以TPj为例，假设TPj在步骤五中仅舍弃了与APm的测距结果，其位置解算过程具体包括以下步骤：
步骤六(一)、构建关于AP的位置坐标和筛选后测距结果的方程，即
步骤六(二)、在方程中从上往下依次与最后一式相减，可得
步骤六(三)、构建矩阵
步骤六(四)、构建矩阵
步骤六(五)、计算TPj的位置其中，(·)T表示矩阵的转置，(·)-1表示矩阵的逆。
有益效果
本发明从提高定位精度出发，首先，AP对TP执行多次FTM测量，记录AP与TP间的往返时延；其次，TP对AP进行多次接收信号强度采集；再次，通过对比参考RSS与实际RSS间的关系构建NLoS判别模块，进而对测距结果进行了筛选；最后，基于最小二乘法计算每个TP的位置。本发明削弱了由于Wi-Fi信号NLoS传播而给定位系统带来的不利影响，在提升定位精度的同时增强了系统的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为基于RTT的FTM测量流程图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示的一种基于Wi-Fi精准时间测量的无线定位方法，具体包含以下步骤：
步骤一、在目标区域内随机放置m(m≥3,m为整数)个接入点AP，记为AP1,…,APm，第i个AP记为APi(1≤i≤m,i为整数)，且其位置坐标表示为在目标区域内随机放置n(n≥1,n为整数)个测试点TP，记为TP1,…,TPn，第j个TP记为TPj(1≤j≤n,j为整数)，且其位置坐标表示为/>
步骤二、在每个AP处对每个TP执行a次(a≥1,a为整数)FTM测量，记APi与TPj之间的第k次FTM测量结果为(1≤k≤a,k为整数)，如图2所示该过程包含以下步骤：
步骤二(一)、TPj向APi发出FTM请求报文。
步骤二(二)、APi向TPj发出确认ACK报文。
步骤二(三)、APi向TPj发出FTM测量报文，并记录报文发出时刻t1。
步骤二(四)、TPj记录FTM测量报文到达时刻t2。
步骤二(五)、TPj向APi发出确认报文，并记录报文发出时刻t3。
步骤二(六)、APi记录确认报文到达时刻t4。
步骤二(七)、APi向TPj发送第k次FTM测量结果，即APi与TPj之间的往返时延
步骤二(八)、汇总APi与TPj之间的a次FTM测量结果，计算其平均值
步骤三、在每个TP处采集来自每个AP的实际RSS值b(b≥1,b为整数)次，记TPj采集的来自APi的实际RSS为且其平均值为/>
步骤四、基于步骤二中的APi与TPj间往返时延RTTij计算APi与TPj之间的测距结果其中，c表示光速。此处计算出的dij可能是APi与TPj之间的直线距离，也可能是Wi-Fi信号在APi与TPj之间NLoS传播时的距离，因此需要对其进行判别。
步骤五、根据步骤三中的实际接收信号强度RSSij和步骤四中的测距结果dij进行NLoS判别，并对步骤四中的测距结果进行筛选，具体包括以下步骤：
步骤五(一)、利用对数传播模型公式计算参考接收信号强度/>其中，RSS0为距无线接入点d0远处的接收信号强度，β为路径衰减指数。
步骤五(二)、计算接收信号强度差其中，ΔPij表示Wi-Fi信号在NLoS传播时由于发生反射、穿透等所造成的信号强度衰减。
步骤五(三)、设定接收信号强度差阈值Pthr(Pthr≥0)，判断ΔPij是否偏离阈值Pthr。若ΔPij＞Pthr，则所对应dij被判定为Wi-Fi信号在APi与TPj间进行NLoS传播时的距离，将其舍弃且不用于后续测试点位置的解算；若ΔPij≤Pthr，则所对应dij被判定APi与TPj之间的直线距离并保留dij。
步骤六、基于步骤一中AP的位置坐标和步骤五中筛选后的测距结果，应用最小二乘法计算每个TP的位置。此处以TPj为例，假设TPj在步骤五中仅舍弃了与APm的测距结果，其位置解算过程具体包括以下步骤：
步骤六(一)、构建关于AP的位置坐标和筛选后测距结果的方程，即
步骤六(二)、在方程中从上往下依次与最后一式相减，可得
步骤六(三)、构建矩阵
步骤六(四)、构建矩阵
步骤六(五)、计算TPj的位置其中，(·)T表示矩阵的转置，(·)-1表示矩阵的逆。
Claims (1)
1.一种基于Wi-Fi精准时间测量的无线定位方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、在目标区域内随机部署m个接入点AP，记为AP1,…,APm，其中，m≥3且m为整数；第i个AP记为APi，其位置坐标表示为其中，1≤i≤m且i为整数；在目标区域内随机放置n个测试点TP，记为TP1,…,TPn，其中，n≥1且n为整数；第j个TP记为TPj，且其位置坐标表示为/>其中，1≤j≤n且j为整数；
步骤二、在每个AP处对每个TP执行a次FTM测量，其中，a≥1且a为整数，记APi与TPj之间的FTM测量结果为且其平均值为/>
步骤三、在每个TP处采集来自每个AP的实际RSS值b次，其中，b≥1且b为整数，记TPj采集的来自APi的实际RSS为且其平均值为/>
步骤四、基于步骤二中的APi与TPj间往返时延RTTij计算APi与TPj之间的测距结果其中，c表示光速；此处计算出的dij可能是APi与TPj之间的直线距离，也可能是Wi-Fi信号在APi与TPj之间NLoS传播时的距离，因此需要对其进行判别；
步骤五、根据步骤三中的实际接收信号强度RSSij和步骤四中的测距结果dij进行NLoS判别，并对步骤四中的测距结果进行筛选，具体包括以下步骤：
步骤五(一)、利用对数传播模型公式计算参考接收信号强度/>其中，RSS0为距无线接入点d0远处的接收信号强度，β为路径衰减指数；
步骤五(二)、计算接收信号强度差其中，ΔPij表示Wi-Fi信号在NLoS传播时由于发生反射、穿透等所造成的信号强度衰减；
步骤五(三)、设定接收信号强度差阈值Pthr，判断ΔPij是否偏离阈值Pthr，其中，Pthr≥0；若ΔPij＞Pthr，则所对应dij被判定为Wi-Fi信号在APi与TPj间进行NLoS传播时的距离，将其舍弃且不用于后续测试点位置的解算；若ΔPij≤Pthr，则所对应dij被判定APi与TPj之间的直线距离并保留dij；
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1744763A (zh) * | 2005-09-30 | 2006-03-08 | 上海贝豪通讯电子有限公司 | 在td－scdma和wifi系统下的联合定位方法 |
| CN104869585A (zh) * | 2014-02-21 | 2015-08-26 | 株式会社理光 | 在无线环境中估计两个设备之间的距离的方法和系统 |
| CN106793060A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-05-31 | 哈尔滨工程大学 | 一种超宽带室内定位方法 |
| CN110087308A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-02 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于rss和toa互补的矿井移动目标定位方法 |
| CN111867056A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-10-30 | 重庆邮电大学 | 基于定位精度与指纹开销优化的Wi-Fi定位参考点标记方法 |
| CN112073895A (zh) * | 2019-06-10 | 2020-12-11 | 重庆邮电大学 | 一种基于csi高精度人员定位跟踪方法 |
| CN112399350A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-02-23 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 适用于手机实现室内定位的基于WiFi-RTT测距定位系统及方法 |
| CN115589569A (zh) * | 2022-09-06 | 2023-01-10 | 大连理工大学 | 一种使用Wi-Fi物理层信息校准FTM的方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9775007B2 (en) * | 2013-10-09 | 2017-09-26 | Mediatek Singapore Pte. Ltd. | Group based location service in wireless local area networks |
| GB201704216D0 (en) * | 2017-03-16 | 2017-05-03 | Ranplan Wireless Network Design Ltd | WIFI multi-band fingerprint-based indoor positioning |
-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1744763A (zh) * | 2005-09-30 | 2006-03-08 | 上海贝豪通讯电子有限公司 | 在td－scdma和wifi系统下的联合定位方法 |
| CN104869585A (zh) * | 2014-02-21 | 2015-08-26 | 株式会社理光 | 在无线环境中估计两个设备之间的距离的方法和系统 |
| CN106793060A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-05-31 | 哈尔滨工程大学 | 一种超宽带室内定位方法 |
| CN110087308A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-02 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于rss和toa互补的矿井移动目标定位方法 |
| CN112073895A (zh) * | 2019-06-10 | 2020-12-11 | 重庆邮电大学 | 一种基于csi高精度人员定位跟踪方法 |
| CN111867056A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-10-30 | 重庆邮电大学 | 基于定位精度与指纹开销优化的Wi-Fi定位参考点标记方法 |
| CN112399350A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-02-23 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 适用于手机实现室内定位的基于WiFi-RTT测距定位系统及方法 |
| CN115589569A (zh) * | 2022-09-06 | 2023-01-10 | 大连理工大学 | 一种使用Wi-Fi物理层信息校准FTM的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Smartphone-based Indoor Localization Using Wi-Fi Fine Timing Measurement;Kyuwon Han;2019 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN);全文 * |
| 一种Wi-Fi网络下的室内定位接入点选择算法;李珂;任修坤;郑娜娥;宗宇雷;;信息工程大学学报(第04期);全文 * |
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