消除多天线方向偏差的WLAN定位方法技术

消除多天线方向偏差的WLAN定位方法，本发明专利技术涉及WLAN定位方法。本发明专利技术是为了解决传统的基本的WLAN定位算法使得定位精度变差，及算法对于定位终端天线方向恰处于两个方向中间时，系统误差会变大，并且会带来定位位置的跳跃与不连续的问题，而提出消除多天线方向偏差的WLAN定位方法。该方法是通过：(一)以矩阵集表示N个方向的Radiomap指纹图；（二）得出位置向量和（三）得到最终的定位位置向量实现的。本发明专利技术应用于消除多天线方向偏差的WLAN定位方法领域。

【技术实现步骤摘要】
消除多天线方向偏差的WLAN定位方法
本专利技术涉及消除多天线方向偏差的WLAN定位方法。
技术介绍
WLAN定位系统的基本原理是定位终端通过接收周围AP的信号强度，构成RSS向量，将此向量与Radiomap指纹图进行对比，最终得到用户当前位置。Radiomap指纹图是离线阶段在建立的网格点上多次采集各AP节点的信号强度，取平均所得。Radiomap指纹图中存储各网格点的物理坐标和RSS向量。加权K近邻法（WKNN）是基本的定位算法，由于算法简单、精度较高且研究成熟而得到广泛的应用。它充分利用了测试点与不同参考点处信号强度的欧几里德距离进行加权计算，根据空间近邻点具有相似信号特征准则来估计测试点的实际位置。该方法首先计算实时来自多个AP的RSS值与中对应RSS值之间的欧氏距离，即RSS矢量与Radiomap指纹图中各参考点RSS均值矢量之间的距离：其中是在第m(m=1,2,...,M)个参考点上来自于第j个AP的RSS均值，RSSj是在线阶段第j个AP的一个观测值，J表示AP的个数，M是参考点个数。加权K近邻法（WKNN）从最小RSS欧氏距离开始从小到大选取K(K≥2)个RSS欧氏距离作为参考点，给对应的坐标乘上了一个加权系数后输出位置：其中，为定位估计结果，di是实时RSS值与第i个近邻参考点之间的RSS欧氏距离，η为加权系数归一化参数，ε是很小的正常数，从而防止分母出现零，Pi=(xi,yi)是第i个最近邻参考点对应的坐标矢量。以上是基本的WLAN定位算法，并且上述方法中是基于理想的天线接收，即将定位终端当成全向接收天线，而实际中这种天线是不存在的，因而必然会因天线朝向不同产生系统的偏差，导致定位精度的下降。在实际系统设计中，通常有两种解决方法，一种是在离线阶段将不同的天线方向的RSS向量取平均作为最终的Radiomap指纹图；另一种是在离线阶段将不同天线方向的RSS向量分别作为Radiomap指纹图，在线定位是首先判断定位终端的天线方向，并选取天线方向最接近的Radiomap指纹图进行计算。然而上述两种算法都存在问题，第一种算法虽然消除了由天线方向带来的系统误差，却使得定位精度变差；第二种算法对于定位终端天线方向恰处于两个方向中间时，系统误差会变大，并且会带来定位位置的跳跃与不连续。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统的基本的WLAN定位算法使得定位精度变差，及算法对于定位终端天线方向恰处于两个方向中间时，系统误差会变大，并且会带来定位位置的跳跃与不连续的问题而提出的消除多天线方向偏差的WLAN定位方法。本专利技术消除多天线方向偏差的WLAN定位方法是通过以下技术方案实现的：步骤一、N个方向采集Radiomap指纹图，以矩阵集表示N个方向的Radiomap指纹图，其中矩阵集由组成的；步骤二、采取定位位置加权，分别以作为计算标准得出位置向量和以作为计算标准得出位置向量其中和分别表示加权后得到的横坐标，纵坐标和竖坐标；步骤三、根据位置向量和计算结果进行加权，得到最终的定位位置向量其中和分别表示定位终端朝向与基准方向的夹角α时的加权后得到的横坐标，纵坐标和竖坐标，其中基准方向为由采集指纹图时，人为指定一个方向为基准方向作为方向1，然后顺时针依次为方向2，方向3直到方向N；即完成了消除多天线方向偏差的WLAN定位方法。本专利技术消除多天线方向偏差的WLAN定位方法是通过以下技术方案实现的：步骤一、N个方向采集Radiomap指纹图，以矩阵集表示N个方向的Radiomap指纹图，其中矩阵集由组成的；步骤二、根据测得的定位终端相邻方向上Radiomap指纹图和得到相应的加权后的Radiomap指纹图步骤三、利用WKNN算法将加权后Radiomap指纹图进行计算，得到最终的定位位置向量其中和分别表示定位终端方向α时得到的横坐标，纵坐标和竖坐标；即完成了消除多天线方向偏差的WLAN定位方法。专利技术效果：本专利技术为了解决传统的算法没有考虑天线方向，只是将测得各方向的Radiomap指纹图简单地做平均；及将各方向的Radiomap做简单的传统二分法影响定位精度，无法充分利用各方向的Radiomap造成资源的浪费的问题，而提出两种对相邻两个方向的Radiomap指纹图向量或计算得到定位位置进行合理加权，充分利用不同方向的Radiomap指纹图资源，使得到的定位结果受天线方向的影响大大减小，从而提高WLAN定位精度的目的。本专利技术由构建的实际场景测试得出Radiomap指纹图的网格大小为0.5米，并且根据网格的大小分别采用本专利技术的加权法累积概率误差和采用传统的二分法的累积概率误差制作了曲线图如图2所示，根据曲线图中采用本专利技术的加权法累积概率误差曲线和采用传统的二分法的累积误差概率曲线进行了比较。比较结果表明采用本专利技术提出的加权算法（加权算法是哪种算法）的定位误差小于3米的概率是95%，采用传统的二分法算法的定位误差小于3米的概率是85%，采用加权算法的定位结果要比采用传统的二分法算法的定位结果高10个百分点；采用加权算法的1σ定位误差为1.8米，而采用传统的二分法算法的1σ定位误差为2.2米，定位精度提高了0.4米。因此本专利技术提出的方向加权的定位解算算法，能够充分利用各个方向的Radiomap指纹图数据，并进行合理的加权，得到的定位结果明显优于传统的方向传统的二分法的定位解算算法。附图说明图1是具体实施方式一中提出的消除多天线方向偏差的WLAN定位方法流程图；图2是具体实施方式一中提出本专利技术的的加权法与传统的二分法定位结果的累积概率与误差曲线图；表示本专利技术的加权法累积误差概率；表示传统的二分法累积误差概率；图3是具体实施方式五中提出的消除多天线方向偏差的WLAN定位方法流程图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的消除多天线方向偏差的WLAN定位方法按以下步骤实现：步骤一、N个方向采集Radiomap指纹图，以矩阵集表示N个方向的Radiomap指纹图，其中矩阵集由组成的；步骤二、采取定位位置加权，分别以作为计算标准得出位置向量和以作为计算标准得出位置向量其中和分别表示加权后得到的横坐标，纵坐标和竖坐标；步骤三、根据位置向量和计算结果进行加权，得到最终的定位位置向量其中和分别表示定位终端朝向与基准方向的夹角α时的加权后得到的横坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
消除多天线方向偏差的WLAN定位方法，其特征在于消除多天线方向偏差的WLAN定位方法是按照以下步骤实现的：步骤一、N个方向采集Radiomap指纹图，以矩阵集表示N个方向的Radiomap指纹图，其中矩阵集由RSS‾1RSS‾2RSS‾3···RSS‾N]]>组成的；步骤二、采取定位位置加权，分别以作为计算标准得出位置向量和以作为计算标准得出位置向量其中和分别表示加权后得到的横坐标，纵坐标和竖坐标；步骤三、根据位置向量和计算结果进行加权，得到最终的定位位置向量其中和分别表示定位终端朝向与基准方向的夹角α时的加权后得到的横坐标，纵坐标和竖坐标，其中基准方向为由采集指纹图时，人为指定一个方向为基准方向作为方向1，然后顺时针依次为方向2，方向3直到方向N；即完成了消除多天线方向偏差的WLAN定位方法。

【技术特征摘要】
1.消除多天线方向偏差的WLAN定位方法，其特征在于消除多天线方向偏差的WLAN定位方法是按照以下步骤实现的：步骤一、N个方向采集Radiomap指纹图，以矩阵集表示N个方向的Radiomap指纹图，其中矩阵集由组成的；步骤二、采取定位位置加权，分别以作为计算标准得出位置向量和以作为计算标准得出位置向量其中和分别表示加权后得到的横坐标，纵坐标和竖坐标；其中，第n个天线方向上的RSS向量均值；n＝1,2,…,N；步骤三、根据位置向量和计算结果进行加权，得到最终的定位位置向量其中和分别表示定位终端朝向与基准方向的夹角α时的加权后得到的横坐标，纵坐标和竖坐标，其中基准方向为由采集指纹图时，人为指定一个方向为基准方向作为方向1，然后顺时针依次为方向2，方向3直到方向N；即完成了消除多天线方向偏差的WLAN定位方法。2.根据权利要求1所述消除多天线方向偏差的WLAN定位方法，其特征在于步骤一中N个方向采集Radiomap指纹图，以组成的矩阵表示N个方向的Radiomap指纹图，其中矩阵集由组成的过程是由以下推导的：定位系统有J个AP和M个参考点，确定M个参考点的物理坐标，采取离线阶段测n个方向的Radiomap指纹图，定位终端测得的天线方向为终端朝向与基准方向的夹角α；方向角度分别记为[θ1θ2θ3…θN]，α∈[θn,θn+1]，对于均匀测得的Radiomap指纹图各角度满足θn+1-θn＝2π/N，其中θn∈(-π,π]，n＝1,2,…,N；n个方向的Radiomap指纹图，即组成的矩阵分别为：其中，是在第n个天线方向上，第M个参考点上来自于第J个接入点AP的RSS向量均值，RSS为定位终端通过接收周围AP的信号强度构成的向量。3.根据权利要求2所述消除多天线方向偏差的WLAN定位方法，其特征在于步骤二所述采取定位位置加权，分别以作为计算标准得出位置向量和以作为计算标准得出位置向量其中和分别表示加权后得到的横坐标，纵坐标和竖坐标的具体过程为：(1)、计算实时来自AP的RSS向量值与第n、n+1个方向上的Radiomap指纹图中第m个参考点的RSS向量值之间的欧氏距离dn,m和dn+1m，其中dn,m为RSS向量值与Radiomap指纹图中各参考点RSS向量均值之间的距离：其中为在第n个方向上的第m个参考点上来自于第j个AP的RSS向量均值，RSSj是在线阶段第j个AP基站的一个观测值；(2)、根据WKNN算法，从来自AP的RSS向量值与Radiomap指纹图中对应RSS向量值之间的最小欧氏距离开始从小到大选取K个欧氏距离作为参考点，选取了K个参考点后，将对应的坐标乘上一个加权系数后作为输出位置：其中为定位估计结果，dn,i、dn+1,i是实时来自AP的RSS向量值与第n、n+1个方向上的指纹Radiomap指纹图中第i个参考点的RSS向量值之间的欧氏距离，ηn、ηn+1为加权系数归一化参数，Pi＝(xi，yi，zi)是第i个最近邻参考点对应的坐标向量；取ε＝0，则以第n个方向的Radiomap指纹图为计算标准和以ε＝0确定的ηn，得到定位向量为：以第n+1方向的Radiomap指纹图为计算标准和以ε＝0确定的ηn+1，得到定位向量为：4.根据权利要求3所述消除多天线方向偏差的WLAN定位方法，其特征在于步骤三所述根据位置向量和计算结果进行加权，得到最终的定位结果满足：为以第n个方向的Radiomap指纹图为标准计算的位置向量，为以第n+1个方向的Radiomap指纹图方向为标准计算的位置向量，θn为第...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩帅，李缙强，孟维晓，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23