一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法。首先，在测试区域内部署若干个位置已知的AP并进行组合，获得包含测试区域的初始四边形集合并提取该集合中四边形质心得到初始四边形质心集合；其次，在待定位点处采集来自AP的接收信号强度，结合传播模型公式和三边测量定位法计算待定位点的初步估计坐标，基于该初步估计坐标并利用内角和法提取所有包含待定位点的四边形以获得目标四边形集合及其质心集合；最后，计算目标四边形质心集合的平均质心坐标并将其与初步估计坐标加权融合即得到待定位点的最终估计坐标。本专利基于测试区域内目标四边形集合的几何约束，提出了一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法，增强了定位系统稳定性并实现低开销室内定位。

A Centroid Constrained Indoor Location Method Based on AP Quadrilateral Network

【技术实现步骤摘要】
一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法
本专利技术属于室内定位技术，具体涉及一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法。
技术介绍
在互联网高速发展的信息时代，利用智能化便携设备，无线用户就可以随时随地享受互联网带来的便利。因此，人们对室内位置服务(LBS,Location-basedService)的需求的也不呈大幅度增长趋势。然而，在室内环境下，不易持续稳定地捕获全球定位系统(GPS,lobalPositioningSystem)的卫星信号，所以室外常用的GPS难以满足大多室内LBS对定位精度的要求。与此同时，蓝牙、红外(IR,InfraredRay)、ZigBee、超宽带(UWB,UltraWideBand)等定位系统通常需要增加额外的基础设施，使得其应用范围受到极大限制。相比而言，Wi-Fi网络具有覆盖范围广、部署成本低且无需特殊硬件设备等优势，于是基于接收信号强度(RSS,ReceivedSignalStrength)的Wi-Fi定位已逐渐成为室内定位技术的主流。Wi-Fi定位方法大致分为传播模型法和位置指纹法。前者通过Wi-Fi信号传播模型建立传播距离与RSS的数学关系，然后根据已知的Wi-Fi接入点(AP,AccessPoint)位置，利用三边测量等几何定位算法来估计待定位点位置，但该方法在复杂室内环境下难以建立精确的Wi-Fi信号传播模型，从而影响定位精度。后者则主要包括离线和在线两个阶段，在离线阶段通过采集预先标定的若干参考点(RP,ReferencePoint)处的来自不同AP的RSS，构建位置指纹数据库；然后在在线阶段将新采集的RSS与位置指纹数据库进行匹配，以得到目标的估计位置。然而随着研究人员在室内定位领域上的深入研究和人们在实际生活中对室内定位服务日益增加的需求，现有的许多室内定位算法由于开销庞大和实现较复杂等原因已经不能满足室内定位发展的要求。针对此问题，本专利技术提出了一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法，通过采集和计算得到目标四边形质心集合，从而获得在几何约束条件下的待定位点最终估计坐标，该方法增强了定位系统稳定性并实现低开销室内定位。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法，它通过在测试区域加权融合目标四边形集合的质心坐标平均值与待定位点初步估计坐标来获取待定位点的最终估计坐标，该方法增强了定位系统稳定性并实现低开销室内定位。本专利技术所述的一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法，包括以下步骤：步骤一、在测试区域内放置n(n≥4,n为整数)个位置已知的无线接入点(AccessPoint,AP),AP的通信范围包含测试区域，并且保证这n个AP至少能够组成一个包含测试区域的四边形。步骤二、对n个AP进行组合得得到p(p为整数)个不同的初始四边形并获取其质心坐标集合；具体包括以下步骤：步骤二(一)、对于n个AP，它们的位置坐标分别为(x11,y11),…,(xnn,ynn),任选4个AP进行排列组合，一共可以得到p个不同的初始四边形，记第i个四边形为Pi(i＝1,…,p)。步骤二(二)、对于所得到的p个不同的初始四边形，依次提取四边形Pi的质心坐标，记为Gi(xi,yi)(i＝1,…,p)。质心坐标的计算方法：分别计算组成该四边形四个顶点的横纵坐标平均值。当AP1、AP2、AP3和AP4组成第一个四边形P1时，可获得质心坐标为G1(x,y)，其中步骤二(三)、重复步骤二(二)，直到获得测试区域内所有初始四边形的质心坐标G1(x1,y1),…,Gi(xi,yi)，集合化处理所有四边形质心的坐标，得到初始四边形质心坐标集合O＝[G1(x1,y1),…,Gi(xi,yi)]。步骤三、在待定位点S处采集AP发送的信号，获得平均接收信号强度集合具体包括以下步骤：步骤三(一)、对于n个AP发射信号，在待定位点S处分别进行k次信号采集，提取接收信号强度序列RSS1,…,RSSj,…,RSSk，其中，RSSj(j＝1,…,k)表示在待定位点S处第j次采集到的来自n个AP的信号强度序列；其中，表示在待定位点S处第j次采集的来自第n个AP的信号强度，因此可获得接收信号强度集合为：步骤三(二)、对于在待定位点S处采集到的来自第l(l＝1,…,n)个AP的信号强度计算其均值获得待定位点S接收到的来自第l个AP发送信号的平均信号强度，记为其中，步骤三(三)、重复步骤三(二)直到在待定位点S处遍历k次采集来自n个AP发送的平均信号强度记平均接收信号强度集合为步骤四、根据平均接收信号强度集合利用传播模型公式，获得待定位点S到n个AP的传播距离集合D；具体包括以下步骤：步骤四(一)、记di为待定位点S与第i个AP的传播距离，利用公式获得di，其中，RSS0为参考距离为d0处的信号强度，为待定位点S接收到的来自第l(l＝1,…,n)个AP的平均接收信号强度，ρ为路径衰减指数，本实验中ρ取值为2，Z是均值为0方差为的高斯噪声，用于表示测量误差，本实验中取值为4dBm。步骤四(二)、重复步骤四(一)直到获得n个AP与待定位点S之间的传播距离d1,…,di,…,dn。步骤四(三)、整合所有AP与待定位点S之间的传播距离，构建待定位点S到n个AP的传播距离集合D＝{d1,…,di,…,dn}。步骤五、根据待定位点S到n个AP的传播距离集合D，利用三边测量定位法可以计算待定位点S的初步估计坐标具体包括以下步骤：步骤五(一)、对待定位点S到n个AP的传播距离进行排序，提取最小的三个传播距离对应的AP坐标，且保证这三个AP不在同一直线上，所提取的AP坐标分别记为(xmin1,ymin1)，(xmin2,ymin2)，(xmin3,ymin3)。步骤五(二)、根据最小的三个传播距离对应的AP坐标，已知待定位点S到这三个AP的距离分别为d1，d2，d3，则可得到方程组如下：由于存在测量误差和噪声影响，待定位点S的初步估计坐标无法精确获得，故利用其估计坐标进行表示。于是，可将上述方程组表示为如下矩阵形式：其中，为待定位点S的初步估计坐标，此时，基于最小二乘法，则有：步骤六、根据待定位点S的初步估计坐标，利用内角和法提取所有包含待定位点S的四边形即目标四边形的集合M；具体包括以下步骤：步骤六(一)、假设四边形Pi(i＝1,…,p)的四个顶点为A、B、C、D，若待定位点S位于四边形任意两个相邻顶点的连线上时，判定待定位点S在该四边形外部，即该四边形不是目标四边形。步骤六(二)、当待定位点S不在四边形Pi任意两个顶点的连线上时，将待定位点S与四边形Pi的四个顶点A、B、C、D分别相连，分别计算出待定位点S与四个顶点相连所组成的四个夹角。利用三角形余弦定理分别计算每个夹角，在四边形Pi中，将待定位点S与A、B、C、D四个顶点连接，其中α表示边SA与边SB的夹角，β表示边SB与边SC的夹角，γ表示边SC与边SD的夹角，表示边SA与边SD的夹角，则可以下述公式求出α的角度值：其中|SA|、|SB|、|AB|分别表示边SA、SB、AB的模长，同理，求出β、γ、的角度值。步骤六(三)、获取步骤六中计算出的四个夹角的和μ，如果μ＝2π，则判定待定位点S位于该四边形内，即该四边形为目标四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在测试区域内组放置n(n≥4,n为整数)个位置已知的无线接入点(Access Point，AP),AP的通信范围包含测试区域，并且保证这n个AP至少能够组成一个包含测试区域的四边形。步骤二、对n个AP进行组合得到p(

【技术特征摘要】
1.一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在测试区域内组放置n(n≥4,n为整数)个位置已知的无线接入点(AccessPoint，AP),AP的通信范围包含测试区域，并且保证这n个AP至少能够组成一个包含测试区域的四边形。步骤二、对n个AP进行组合得到p(p为整数)个不同的初始四边形并获取其质心坐标集合。步骤三、在待定位点S处采集AP发送的信号，获得平均接收信号强度集合步骤四、根据平均接收信号强度集合利用传播模型公式，获得待定位点S到n个AP的传播距离集合D。步骤五、根据待定位点S到n个AP的传播距离集合D，利用三边测量定位法获得待定位点S的初步估计坐标步骤六、根据待定位点S的初步估计坐标，利用内角和法提取所有包含待定位点S的四边形即目标四边形的集合M。步骤七、根据目标四边形集合M，提取每一个目标四边形对应的质心坐标，获得目标四边形的质心集合O。步骤八、根据目标四边形的质心集合O，计算O中所有质心坐标的平均值其中，步骤九、将待定位点S的初步估计坐标与目标四边形集合的质心坐标平均值加权融合获得待定位点S的最终估计坐标(x,y)，其中其中,λ1和λ2为融合权重，通过实验分析，本专利设置λ1＝0.8，λ2＝0.2。2.根据权利要求1所述的一种基于AP四边形组网的质心约束室内定位方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周牧，李欣玥，蒲巧林，谢良波，王勇，田增山，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50