基于测距信息融合的室内定位方法

摘要

本发明公开了一种基于测距信息融合的室内定位方法，涉及测量距离的通信方法技术领域。所述方法从多种测量融合出发，提出了一种依靠手机的蓝牙与无线网络功能，实现精确室内定位的方法。通过对数正态模型，将蓝牙与无线网络测量中的接收信号强度转换为距离信息，通过构建距离差的代价函数，利用搜索方法，达到了仅需两个无线网络基站便可精确定位的效果。方法可以从信号强度较高的基站中选取两个，从而尽量避免多径，阻挡等因素使对数正态信道模型无法刻画实际信道的情况；定位方法在较低的运算复杂度情况下，达到了较好的定位效果。

主权项

一种基于测距信息融合的室内定位方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：在WLAN网络中加入精准测距基站BS，在精准测距基站BS位置(x₁,y₁)已知情况下，以精准测距基站BS为圆心，以测得的与移动站MS的距离d₁为半径画圆，将所估计的移动站MS坐标定位于圆上，圆上各点坐标(x_Mi,y_Mi)表示为：x_Mi＝x₁+d₁*cos(i*θ)           (1)y_Mi＝y₁+d₁*sin(i*θ)其中i＝1,2,...,N，θ是角位移的单位转动量，θ＝2π/N；同时，WLAN网络中的各个接入点AP还会扫描到移动站MS的发射信号强度，产生对应移动站MS的接收信号强度RSS值，通过对数正态模型，在接收信号强度RSS估计中测量值P_ij是节点i接收到由节点j发出的信号强度，其对数形式P_ij(dBm)＝10log₁₀P_ij服从高斯正态分布$P_{\mathrm{ij}}\left(\mathrm{dBm}\right)~N({\bar{P}}_{\mathrm{ij}}\left(\mathrm{dBm}\right),{\sigma }_{\mathrm{dB}}^2)---\left(2\right)$其中均值可以表示为${\bar{P}}_{\mathrm{ij}}\left(\mathrm{dBm}\right)=P_0\left(\mathrm{dBm}\right)-10\beta {\log }_{10}(d_{\mathrm{ij}}/d_0)---\left(3\right)$其中：P₀(dBm)是参考距离d₀的接收信号强度分贝，根据自由空间路径损耗模型计算得到，路径损耗系数β是环境的函数，节点i接收到由节点j发出的信号强度测量值p_ij的概率密度函数表示为$P_{\mathrm{ij}}(P_{\mathrm{ij}};{\gamma }_i,{\gamma }_j)=\frac{10/\log 10}{\sqrt{2\pi {\sigma }_{\mathrm{dB}}^2}}\frac{1}{P_{\mathrm{ij}}}\exp [-\frac{b}{8}{\left(\log \frac{d_{\mathrm{ij}}^2}{{\tilde{d}}_{\mathrm{ij}}^2}\right)}^2]---\left(4\right)$其中$b={\left(\frac{10\beta }{{\sigma }_{\mathrm{dB}}\log 10}\right)}^2---\left(5\right)$${\tilde{d}}_{\mathrm{ij}}=d_0{(p_0/p_{\mathrm{ij}})}^{1/\beta }---\left(6\right)$是在给定接收信号强度p_ij时，距离d_ij的最大似然估计值，最终生成各个接入点AP与移动站MS的距离估计；提取接收信号强度RSS值最强的两个接入点AP与移动站MS的距离估计值并以d₂,d₃表示，在定位过程中，首先计算所画圆上各点与接收信号强度RSS值最强两个接入点AP的距离，$d_{2\mathrm{\theta i}}=\sqrt{{(x_{\mathrm{Mi}}-x_2)}^2+{(y_{\mathrm{Mi}}-y_2)}^2}$          (7)$d_{3\mathrm{\theta i}}=\sqrt{{(x_{\mathrm{Mi}}-x_3)}^2+{(y_{\mathrm{Mi}}-y_3)}^2}$并与距离估计做差，Err_1i＝|d₂‑d_2θi|          (8)Err_2i＝|d₃‑d_3θi|代价函数最终表示为，$\underset{i}{\mathrm{Min}}\sqrt{{{\mathrm{Err}}_{1i}}^2+{{\mathrm{Err}}_{2i}}^2}---\left(9\right)$搜索整个圆上的代价函数，选取代价函数最小值所对应的移动站MS坐标值，作为移动站MS的位置估计值。