一种基于多源信号融合的室内定位方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多源信号融合的室内定位方法及系统，其方法包括：构建多种信号源在无噪声环境下的多张位置指纹地图，并根据其构建多源信号归一化后的梯度分布图；根据梯度分布图和多张位置指纹地图，确定用于目标室内定位的一种或多种第一信号源,以及用于辅助定位的多个第二信号源；接收一个或多个第一信号源的信号，将其信号强度与对应位置指纹地图进行特征匹配，得到目标在当前位置的一个或多个估计值；利用行人轨迹推算方法和滤波算法对所述一个或多个估计值进行校正，得到最终的目标位置。本发明专利技术通过多张指纹地图确定最佳信号源，并通过相关条件和校正方法确定兼顾了成本、时延、精度的室内定位方法。精度的室内定位方法。精度的室内定位方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多源信号融合的室内定位方法及系统


[0001]本专利技术属于室内定位
，具体涉及一种基于多源信号融合的室内定位方法及系统。

技术介绍

[0002]随着通信技术和无线传感技术的快速发展，以及各种智能终端的日益普及和应用，人们对获取室内外无缝位置的需求日渐增大，而复杂的室内电磁环境对传统利用信号测量的室内定位技术提出挑战。另一方面，基于位置的服务（LocationBasedService，LBS）正逐渐改变人们的生活方式和工作形式，例如定位与导航、社交网络、精准广告投放、公共安全与突发事件处置等。其中，大众用户所需的位置服务有70%~90%是在室内，同时室外环境中全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）已经基本满足用户需求，因此可靠的室内定位技术成为目前满足大众无缝位置服务需求的主要瓶颈。
[0003]由于基于感知方法的室内定位方法准确度不高、基于几何测量方法需增加额外硬件并且在室内环境下测量受阻，而基于指纹识别的场景分析方法无需额外硬件、定位算法灵活、准确度高，因此越来越受到青睐，其中基于概率性方法能充分利用RSS（Received Signal Strength，接收信号强度）信号的信息，比确定性方法具有更好的定位效果。在一些大型医院的室内场景中，例如候诊大厅或住院部，同时存在大量移动的行人和运行中的医疗仪器设备，多种电磁信号相干和相扰形成复杂的多径信号，导致基于RSS的定位技术容易发生较大偏差，延误病人救治。可见，现有技术无法同时满足低成本、低延时和高精确度的室内定位方法。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术无法同时满足室内定位的低成本、低延时和高精确度的问题，在本专利技术的第一方面提供了一种基于多源信号融合的室内定位方法，包括：构建多种信号源在无噪声环境下的多张位置指纹地图，并根据其构建多源信号归一化后的梯度分布图，所述多种信号源至少包括磁场和毫米波；根据梯度分布图和多张位置指纹地图，确定用于目标室内定位的一种或多种第一信号源,以及用于辅助定位的多个第二信号源；接收一个或多个第一信号源的信号，将其信号强度与对应位置指纹地图进行特征匹配，得到目标在当前位置的一个或多个估计值；利用行人轨迹推算方法和滤波算法对所述一个或多个估计值进行校正，得到最终的目标位置。
[0005]本专利技术的第二方面，提供了一种基于多源信号融合的室内定位系统，包括：构建模块，用于构建多种信号源在无噪声环境下的多张位置指纹地图，并根据其构建多源信号归一化后的梯度分布图，所述多种信号源至少包括磁场和毫米波；确定模块，用于根据梯度分布图和多张位置指纹地图，确定用于目标室内定位的一种或多种第一信号源,以及用于辅助定位的多个第二信号源；匹配模块，用于接收一个或多个第一信号源的信号，将其信号强度与对应位置指纹地图进行特征匹配，得到目标在当前位置的一个或多个估计值；校正模
块，用于利用行人轨迹推算方法和滤波算法对所述一个或多个估计值进行校正，得到最终的目标位置。
[0006]本专利技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本专利技术在第一方面提供的基于多源信号融合的室内定位方法。
[0007]本专利技术的第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本专利技术在第一方面提供的基于多源信号融合的室内定位方法。
[0008]本专利技术的有益效果是：1.本专利技术通过多张指纹地图确定最佳信号源，并通过相关条件和校正方法确定兼顾了成本、时延、精度的室内定位方法；2.为了确保数据的准确性和可靠性，通过预先在离线阶段多次采样不同型号源的信号，这样就会形成较大的位置指纹信息库，从而提升预测数据的准确性，减少长时间的在线匹配，降低计算时间和匹配范围；3.面对多径信号与室内边缘地区，通过行人轨迹推算方法和滤波算法对定位估计值进行校正，进一步地提高了鲁棒性和精确度。
附图说明
[0009]图1为本专利技术的一些实施例中的基于多源信号融合的室内定位方法的基本流程示意图；图2为本专利技术的一些实施例中的位置指纹地图构建过程示意图；图3为本专利技术的一些实施例中的梯度分布图；图4为本专利技术的一些实施例中的第一信号源与位置指纹地图进行特征匹配进行特征匹配的示意图之一；图5为本专利技术的一些实施例中的第一信号源与位置指纹地图进行特征匹配进行特征匹配的示意图之二；图6为本专利技术的一些实施例中的滤波算法对定位估计值进行校正的示意图；图7为本专利技术的一些实施例中的人轨迹推算方法对定位估计值进行校正的流程图；图8为本专利技术的一些实施例中的利用建筑物特点对定位估计值进行校正的流程图；图9为本专利技术的一些实施例中的基于多源信号融合的室内定位系统的结构示意图；图10为本专利技术的一些实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0010]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0011]参考图1，在本专利技术的第一方面，提供了一种基于多源信号融合的室内定位方法，
包括：S100.构建多种信号源在无噪声环境下的多张位置指纹地图，并根据其构建多源信号归一化后的梯度分布图，所述多种信号源至少包括磁场和毫米波；S200.根据梯度分布图和多张位置指纹地图，确定用于目标室内定位的一种或多种第一信号源,以及用于辅助定位的多个第二信号源；S300.接收一个或多个第一信号源的信号，将其信号强度与对应位置指纹地图进行特征匹配，得到目标在当前位置的一个或多个估计值；S400.利用行人轨迹推算方法和滤波算法对所述一个或多个估计值进行校正，得到最终的目标位置。
[0012]可以理解，位置指纹识别（位置指纹地图）算法是一种基于联合AP（Acess point，无线接入点）集的定位技术，观测者通过在场景一些点测得来自各AP信号的强度。指纹识别分为两个部分：离线勘测阶段和在线定位阶段。离线勘测阶段主要是记录场景选取的特定点的指纹信息（即RSS），并建立RSS与场景中位置的对应关系数据库；接下来，基于无线设备的待测目标在场景中通过AP接收到的信号强度，借助特定算法进行处理，然后在数据库中寻找与计算结果最相近点对应的位置坐标，就可估计为该点位置坐标，从而完成在线定位。
[0013]参考图2与图3，在本专利技术的一些实施例的步骤S200中，所述根据梯度分布图和多张位置指纹地图，确定用于目标室内定位的一种或多种第一信号源,以及用于辅助定位的多个第二信号源包括：S201.选取多张位置指纹地图中的接收信号强度的平均信噪比最高的N个位置指纹地图；S202.从所述N个位置指纹地图对应的多个梯度分布图中选取均方差最小的梯度分布图，将其对应的信号源作为第一信号源；S203.将余下的N
‑
1个位置指纹地图对应的信号源作为第二信号源。为兼顾精度、成本和延时，3≤N≤5，优选的，第一信号源为磁场，第二信号源为毫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多源信号融合的室内定位方法，其特征在于，包括：构建多种信号源在无噪声环境下的多张位置指纹地图，并根据其构建多源信号归一化后的梯度分布图，所述多种信号源至少包括磁场和毫米波；根据梯度分布图和多张位置指纹地图，确定用于目标室内定位的一种或多种第一信号源,以及用于辅助定位的多个第二信号源；接收一个或多个第一信号源的信号，将其信号强度与对应位置指纹地图进行特征匹配，得到目标在当前位置的一个或多个估计值；利用行人轨迹推算方法和滤波算法对所述一个或多个估计值进行校正，得到最终的目标位置。2.根据权利要求1所述的基于多源信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述根据梯度分布图和多张位置指纹地图，确定用于目标室内定位的一种或多种第一信号源,以及用于辅助定位的多个第二信号源包括：选取多张位置指纹地图中的接收信号强度的平均信噪比最高的N个位置指纹地图；从所述N个位置指纹地图对应的多个梯度分布图中选取均方差最小的梯度分布图，将其对应的信号源作为第一信号源；将余下的N
‑
1个位置指纹地图对应的信号源作为第二信号源。3.根据权利要求1所述的基于多源信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述接收一个或多个第一信号源的信号，将其信号强度与对应位置指纹地图进行特征匹配，得到目标在当前位置的一个或多个估计值包括：接收多个第一信号源的信号；将连续多帧或多个位置接收到的多个第一信号源的信号处理为序列，与对应位置指纹地图中的信号接收强度序列进行特征匹配；利用动态时间规整算法和贪婪算法搜索匹配度最高的信号接收强度序列，将其对应的位置作为目标在当前位置的估计值。4.根据权利要求3所述的基于多源信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述将连续多帧或多个位置接收到的多个第一信号源的信号处理为序列，与对应位置指纹地图中的信号接收强度序列进行特征匹配包括：若第一信号源的多个接收信号强度的最大信噪比低于阈值，则将接收到的第一信号源和多个第二信号源的信号处理为序列，与对应位置指纹地图中的信号接收强度序列进行特征匹配；若第一信号源的多个接收信号强度的变化率大于阈值，则将接收到的多帧第一信号源的信号处理为序列，与对应位置指纹地图中的信号接收强度序列进行特征匹配。5.根据权利要求1所述的基于多源信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述利用行人轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟浩，陈林，梁青松，
申请(专利权)人：武汉华康世纪医疗股份有限公司，
类型：发明
国别省市：