室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法技术

本发明专利技术属于导航定位和位置服务领域，公开了一种室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法，对每个定位源以一定时间间隔采集一组观测值，形成一个观测值矩阵；从观测值矩阵得到关于定位源位置的泛在信号特征表征；在定位区域，若干个位置采集观测值矩阵，建立一个与位置关联的泛在信号特征表征矩阵；对采集到的定位信号观测值进行处理得到定位特征量，将该特征量与定位特征指纹库中的特征指纹进行匹配；计算移动终端设备的当前位置，并进行显示。本发明专利技术采用泛在信号指纹特征稀疏表征指纹库建库方法和稀疏表征指纹匹配定位方法，易于以众筹方式采集指纹库和推广应用。

Sparse representation and matching location method of ubiquitous location fingerprint database in indoor space

The invention belongs to the field of navigation, positioning and position service, and discloses a sparse characterization and matching positioning method for indoor ubiquitous positioning signal fingerprint database, which collects a set of observation values at a certain time interval for each location source to form an observation matrix, and obtains the ubiquitous signal characteristics about the location source position from the observation matrix. In the localization region, several positions collect observation value matrices to establish a ubiquitous signal feature representation matrix associated with the location; process the observed value of the localization signal to get the localization feature quantity, and match it with the characteristic fingerprint in the localization feature fingerprint database; calculate the mobile terminal setup. The current location of the device is displayed and displayed. The invention adopts the method of building a universal signal fingerprint characteristic sparse characterization fingerprint database and the method of matching and locating the sparse characterization fingerprint, and is easy to collect the fingerprint database by means of crowdsourcing and popularize the application.

【技术实现步骤摘要】
室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法
本专利技术属于导航定位和位置服务领域，尤其涉及一种室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着移动通信产业的壮大和发展，用户在享受无线网络给社会生产生活带来的巨大便利时，对基于多元化和个性化的位置信息服务需求也呈大幅度增长趋势。与此同时，随着移动终端的广泛普及，为高效便携的位置估计提供了强有力的支撑。得益于前期市场培养，用户已经习惯于将移动终端作为生活服务入口，并充分使用位置服务带来的便利。随着生活服务与移动终端的深度结合与场景化运营的探索，移动终端的入口属性将进一步扩大。在无遮挡的空旷室外环境中，全球定位系统和蜂窝网络定位系统以其成熟的技术和良好的系统性能成为当前最具有发展潜力的定位方法。但是，在室内复杂环境中无线信号受到多径效应的影响，全球定位系统和蜂窝网络定位系统不能很好满足人们对于定位性能的要求。因此，众多国内外知名学术研究机构对室内定位系统展开了深入的研究，根据不同的无线信号特性提出了多种室内定位系统，如基于蓝牙的室内定位系统、基于射频标签的室内定位系统、基于UWB的室内定位系统以及无线局域网室内定位技术等。基于蓝牙的室内定位系统不但要求移动设备具有蓝牙功能，而且还必须重新部署蓝牙接入点，由于其整体造价太高，该方法目前还没有投入市场推广；基于射频标签的室内定位系统通常适用于短距离定位，且不具有通信能力；基于UWB的室内定位系统在定位准确度、定位成本、系统能耗以及服务质量等方面都具有良好的市场竞争优势，是目前很有潜力的室内定位技术，但是就目前而言，UWB技术尚未成熟，还有很多核心问题亟待解决，并且没有实际可用硬件设备。对比上述的几种室内定位系统，无线局域网室内定位系统不需要额外的硬件设备，只需要在移动设备上安装相应的数据采集软件就可以实现用户的高精度室内定位，因此无线局域网室内定位系统可以有效地弥补室外定位系统的不足和缺陷。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术，高精度定位系统需要特制的硬件，整个系统的成本很高。(2)目前，泛在信号指纹匹配室内定位系统以其成熟的理论基础、实施的低成本和潜在的市场应用价值，成为国内外高校和企业研发机构的研究热点。指纹匹配方法有基于贝叶斯原理，或基于信号域的距离最短原理等不同的方法。无论采用哪种原理，指纹匹配方法都需要在离线阶段采集足够数量的泛在信号观测值，并建立信号特征指纹库，用于在线阶段匹配定位。指纹匹配方法的优点包括1)不需额外布设基础设施、成本低；2)易于以众筹方式采集指纹库和推广应用。但是在应用中，采集观测值生成指纹库的过程繁琐，需要人工现场作业，且易受作业环境的干扰。这些问题降低了指纹匹配方法的可用性和市场接收程度。解决上述技术问题的难度和意义：解决现有技术问题的难度：指纹匹配定位过程中，指纹特征库的精确程度决定了定位结果的精度。在传统方法中，指纹特征库的精确程度与指纹特征库训练的采样样本数密切相关；要提高指纹特征库的精确度，则要求增加指纹特征库的采集样本数，从而导致指纹库训练的效率低下，使得整个定位系统的部署、维护、更新费时费力，成本增加。而减少指纹库训练样本数导致定位精度下降。因此在传统方法中，提高指纹库的精确程度与降低系统的成本成为一对矛盾；解决现有技术问题带来的意义：通过稀疏特征表征方法，用较少的指纹库训练样本计算出特征表征模型参数，能够维持较好的定位精度，同时减少指纹库样本采集量，降低定位特征指纹库采集和整个定位系统的部署、维护、更新成本，提高指纹匹配定位方法和系统的可用性和市场接受程度。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法。本专利技术是这样实现的，一种室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法，包括：训练定位信号特征指纹库：对每个定位源以一定时间间隔采集一组观测值，形成一个观测值矩阵；从观测值矩阵得到关于所述定位源位置的泛在信号特征表征；在定位区域，若干个位置采集观测值矩阵，建立一个与位置关联的泛在信号特征表征矩阵；在线匹配定位计算；对采集到的定位信号观测值进行处理得到定位特征量，将该特征量与定位特征指纹库中的特征指纹进行匹配；计算移动终端设备的当前位置，并进行显示。进一步，所述室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法具体包括：步骤1、选定一个或几个定位信号源用于定位：设计定位信号源的位置分布、信号功率强度，并在定位区域布置定位信号源；当利用区域空间中已经存在的机会信号时，信号源布置及设置操作省略；步骤2、指纹库定位信号源观测值采集：用一个或多个移动设备采集空间中的定位信号源观测值，并将采集到的观测值进行空间参考位置标定；所述空间位置标定包括在空间中确定若干已知坐标值的参考点，利用移动终端在每个参考点位置接收定位信号源的观测值以及信号源身份识别码，最后记录每个参考点的位置信息以及该点观测的多个信号源的观测值以及信号源身份识别码；步骤3、生成虚拟定位信号观测值：利用采集到的定位信号源观测值及定位信号源观测值对应的参考位置，生成虚拟定位信号观测值；包括移动设备在同一时刻观测的不同定位源的观测值求差，或移动设备在不同空间位置处对同一定位源的观测值求差；步骤4、生成泛在信号观测值指纹库：利用同一参考位置的原始观测或虚拟定位观测值计算指纹特征库参数，包括贝叶斯密度模型参数；步骤5、向用户分发匹配定位指纹库：将生成的匹配定位指纹库发布给其他用户移动设备使用，或配置在云服务器用于提供定位服务；步骤6、定位用户采集观测值：用户移动设备采集环境中的定位信号源观测值，然后生成相应的定位信号虚拟观测值，根据原始观测值或虚拟观测值查询指纹特征库参数，重构指纹特征分布；步骤7、指纹匹配定位：将用户移动设备采集生成定位信号虚拟观测值，利用原始观测值和虚拟观测值与定位指纹特征进行匹配，采用选定的匹配算法，确定用户移动设备当前时刻的空间位置；步骤8、下一时刻重复步骤6至7，直到定位任务结束。进一步，所述移动终端设备包括手机、平板电脑、手环或其他移动终端；进一步，本专利技术所述匹配算法包括贝叶斯估计类方法、观测值域最短距离类方法以及基于其他定位原理的算法；其特征在于，定位指纹特征以稀疏表征模型描述，从较少的采样样本计算表征模型参数；实时定位阶段，从稀疏表征模型重构定位信号，进行匹配定位计算。定位信号源包括WiFi信号、蓝牙信号、地球磁场信号。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法的计算机程序。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法的信息数据处理终端。本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法。本专利技术的另一目的在于提供一种室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位系统包括：定位信号源设备；产生和发射定位信号的定位源设备；定位信号观测传感器；用于接收、观测定位信号的传感器；定位信号特征指纹库计算设备；将定位信号观测量采集设备采集到的定位信号计算生成定位信号特征指纹库；定位信号特征指纹库；根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法，其特征在于，所述室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法包括：训练定位信号特征指纹库：对每个定位源以一定时间间隔采集一组观测值，形成一个观测值矩阵；从观测值矩阵得到关于所述定位源位置的泛在信号特征表征；在定位区域，若干个位置采集观测值矩阵，建立一个与位置关联的泛在信号特征表征矩阵；在线匹配定位计算；对采集到的定位信号观测值进行处理得到定位特征量，将该特征量与定位特征指纹库中的特征指纹进行匹配；计算移动终端设备的当前位置，并进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法，其特征在于，所述室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法包括：训练定位信号特征指纹库：对每个定位源以一定时间间隔采集一组观测值，形成一个观测值矩阵；从观测值矩阵得到关于所述定位源位置的泛在信号特征表征；在定位区域，若干个位置采集观测值矩阵，建立一个与位置关联的泛在信号特征表征矩阵；在线匹配定位计算；对采集到的定位信号观测值进行处理得到定位特征量，将该特征量与定位特征指纹库中的特征指纹进行匹配；计算移动终端设备的当前位置，并进行显示。2.如权利要求1所述的室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法，其特征在于，所述室内空间泛在定位信号指纹库稀疏表征和匹配定位方法具体包括：步骤1、选定一个或几个定位信号源用于定位：设计定位信号源的位置分布、信号功率强度，并在定位区域布置定位信号源；当利用区域空间中已经存在的机会信号时，信号源布置及设置操作省略；步骤2、指纹库定位信号源观测值采集：用一个或多个移动设备采集空间中的定位信号源观测值，并将采集到的观测值进行空间参考位置标定；所述空间位置标定包括在空间中确定若干已知坐标值的参考点，利用移动终端在每个参考点位置接收定位信号源的观测值以及信号源身份识别码，最后记录每个参考点的位置信息以及该点观测的多个信号源的观测值以及信号源身份识别码；步骤3、生成虚拟定位信号观测值：利用采集到的定位信号源观测值及定位信号源观测值对应的参考位置，生成虚拟定位信号观测值；包括移动设备在同一时刻观测的不同定位源的观测值求差，或移动设备在不同空间位置处对同一定位源的观测值求差；步骤4、生成泛在信号观测值指纹库：利用同一参考位置的原始观测或虚拟定位观测值计算指纹特征库参数，包括贝叶斯密度模型参数；步骤5、向用户分发匹配定位指纹库：将生成的匹配定位指纹库发布给其他用户移动设备使用，或配置在云服务器用于提供定位服务；步骤6、定位用户采集观测值：用户移动设备采集环境中的定位信号源观测值，然后生成相应的定位信号虚拟观测值，根据原始观测值或虚拟观测值查询指纹特征库参数，重构指纹特征分布；步骤7、指纹匹配定位：将用户移动设备采集生成定位信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳景斌，杨帆，李正，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42