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专利号: 2018110830505
申请人: 桂林电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于WIFI与PDR融合的室内定位方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)建立WIFI离线指纹数据库;

在定位区域布置M个发射Wifi热点的AP节点,将定位区域划分为N个节点,计算各个节点的实际位置,采集N个节点中来自各个AP节点的信号强度RSSI,得到RSSI训练样本,将RSSI训练样本与其实际位置对应,建立指纹数据库;

(2)聚类训练样本得到聚类样本和对应类别;

通过K-means算法对训练样本集I进行聚类,将训练样本分为V个类{c1,c2,.cv..cV},每个类中心向量定义为{C1,C2,...CV},指纹数据库中训练样本分别划分到V个类中,得到聚类样本数据集:L={(r1,cv1),(r2,cv2),...(ri,cvi),...,(rN,cvN)}    (2)其中,ri=(ri1,ri2,...,riM)∈RM表示M个AP的RSSI,其对应的类别 表示其属于的V类别,cv类由p个训练样本{rv1,rv2,...,rvp}组成,对所有cv类训练样本取平均值得到cv类中心向量(3)通过加权K近邻算法得到定位坐标;

在线获取RSSI样本,找出与获取的RSSI样本最相似的类,通过K个最近邻样本预测在线获取的RSSI样本的属性值,对K个训练样本对应的位置进行加权,获得其位置坐标;在线获取的RSSI样本记为T=((rj1,rj2,...,rjM),(x,y)),其中在线获取的RSSI向量r由rj=(rj1,rj2,...,rjM)∈RM表示,表示在线接收的M个AP的RSSI,位置向量o=(x,y)表示在线获取的RSSI的位置信息,其中在线获取的RSSI向量已知,位置向量(x,y)未知;

首先计算r向量与V个类中心RSSI向量{C1,C2,...CV}的相似度,确定与r向量最相似的类别,r向量{rj1,rj2,...,rjM}与第i个类中心的RSSI向量 的余弦相似度定义为:同理,计算r向量与其他类别中心RSSI向量的相似度,经过V次计算,得到V个余弦相似度{Sim1,Sim2,...,SimV},其中最大相似度所对应的类别cv就是与r向量最相似的类别;

确定最相似类别cv与r向量最相似的K个样本rK1,rK2,.rKi..,rKK相似度分别为SimK1,SimK2,...,SimKK,(xK1,yK1),(xK2,yK2),...,(xKK,yKK)表示对应的坐标,(ri1,r12,...riM)表示选取的最相似的样本rKi对应的RSSI样本,归一化处理相似度,定义影响定位结果的权重为{wK1,wK2,...,wKK};

加权样本坐标,得到在线获取的RSSI的位置坐标:

x=wK1xK1+wK2xK2+...+wKKxKK    (6)y=wK1yK1+wK2yK2+...+wKKyKK    (7)(4)融合PDR定位进行状态和位置的更新;

构建行人行走的系统模型,PDR定位的初始位置坐标通过WIFI定位获得,融合WIFI定位和PDR定位得到误差阈值门限;通过智能终端内置传感器、陀螺仪、方向传感器可以获得行人完成一步后的位置,使用量测方程更新状态信息和位置信息;

(5)使用融合结果作为PDR的校正源;

设定PDR偏差阈值门限εpdr,如果偏差超过设定的门限值,校正定位结果,使用WIFI和PDR融合结果作为PDR的校正源;

(6)通过评价参数获取校正因子校正PDR结果;

使用间隔时间段的数据来获取评价参数,通过评价参数获取校正因子,对PDR结果进行校正;具体过程如下:表示通过融合定位后的定位结果, 表示PDR单独定位结果,PDR单独定位结果由下式获得,

y2=y1+S12cosθ1    (10)

x2=x1+S12sinθ1    (11)

(x1,x2)为PDR初始位置,(x2,y2)为PDR定位坐标,位移S由步长模型匹配加速度传感器获得,选取为行人步长60cm,方向角θ通过传感器及陀螺仪获得。

其定位结果差为:

设在[0,K]时间内,累积误差表示为:

使用该特征作为PDR定位的校正因子,其校正原则如下:

若累计误差Cx和Cy绝对值∈[0,σ1],定位误差可忽略,无需校正;

若累计误差Cx和Cy绝对值∈[σ1,σ2],满足误差评价要求,校正定位结果;

若累计误差Cx和Cy绝对值∈[σ2,∞],不满足误差评价要求,WIFI定位误差较大,重新进行融合定位;

由于PDR定位结果存在累积误差等问题,会导致校正信息不对应,矫正能力过弱,通过设置校正比例因子α来代表当前时间的误差和前一段时间的误差的比例关系,[0,K]表示时间段,CN=αCk表示比例关系,通过下式平滑M时间段内的校正过程,解决定位结果突变问题:式中,j∈[1,M]。

2.根据权利要求1所述的基于WIFI与PDR融合的室内定位方法,其特征在于,步骤(1)中,所述训练样本的数集表示为:I={(r1,o1),(r2,o2),...,(ri,oi),...,(rN,oN)}    (1)其中,向量ri=(ri1,ri2,...,riM)∈RM表示来自M个WIFI热点的RSSI向量,ri1为来自第1个WIFI热点的RSSI,riM为第M个AP的RSSI,位置向量oi=(x,y)∈R2表示ri向量对应的位置,x为该位置的x轴坐标,y为该位置的y轴坐标,训练样本的RSSI向量ri和位置向量oi都是已知的,i=1,2,...N。

3.根据权利要求1或2所述的基于WIFI与PDR融合的室内定位方法,其特征在于,步骤(4)中,所述行人行走的系统模型如下:其中行走的步数用K表示,行走后的位置信息用xk,yk表示,θk表示K步后的方位朝向角,Wk-1表示噪声,为步长平均值,通过步长模型匹配加速度传感器结果,选择步长为60cm,为朝向角变化量;模拟量测方程如下所示:其中,xk,yk表示通过WIFI定位获得的定位结果;sk表示行人平均行走步长,可以通过加速度传感器获得,设置为Δθk表示行人行走后的朝向角变化量,可以通过智能终端内置陀螺仪获取,θk表示行人行走后的朝向角;Vk表示噪声。