一种Wi-Fi指纹辅助的室内移动终端惯性导航方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及室内导航领域，尤其适用于移动终端传感器的室内导航方法。
【背景技术】
[0002] 目前，室内环境中定位与导航的需求日益增大，但是受复杂室内环境、定位精度等 条件的限制，基于卫星的全球定位系统（GPS)在室内、楼宇间等地方无法发挥其优势，因此 需要采用其他技术来完成室内定位导航功能。
[0003] 室内定位技术主要包括Wi-Fi、射频识别（RFID)、超声波、Zigbee、蓝牙、红外线、 基于运动传感器的惯性导航等技术。考虑到成本及实施复杂度问题，Wi-Fi定位与惯性导 航技术具有较大优势。
[0004] Wi-Fi热点分布广泛，如地下停车场、仓库、图书馆、大型商场、机场大厅等环境中。 这得Wi-Fi定位技术的应用可以节约大量成本，拥有巨大优势。其中基于指纹的定位方法 由于相对简单、成本低，而被广泛应用。但是Wi-Fi信号容易受到干扰，信号强度容易产生 跳变，并且信号存在盲区，这会导致定位出现偏差，因此，只利用WiFi技术进行定位无法满 足人们的需求。
[0005] 智能移动终端普遍配有陀螺仪、加速度传感器、电子罗盘等运动传感器，这使得基 于移动终端传感器的惯性导航技术具有较好的推广性。利用移动智能终端自带传感器进行 导航具有不易受环境影响、稳定性高等优势。但是，由于电子罗盘易受环境干扰，会导致航 向角度出现偏差，且步态判断误差和步长估计误差会导致行走距离误差。这些因素造成的 累积误差会导致惯性导航系统无法长时间精准工作。利用其他定位技术来辅助消除惯性导 航累计误差成为了解决问题的关键。
[0006] 目前，室内定位导航技术中，大多采用基于移动终端传感器的惯性导航技术，但是 由于惯性导航容易产生累积误差，无法长时间精准工作。因此，本发明提出Wi-Fi指纹辅助 的室内移动终端惯性导航方法，周期地校正惯性导航位置，能够有效消除传感器惯性导航 累积误差问题，提高了系统精度与鲁棒性。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是由于惯性导航技术易产生累积误差，用于提高室内定 位导航精度。
[0008] 本发明的基本原理为：惯性导航技术中会产生累积误差，根据Wi-Fi指纹定位技 术欧式距离与移动终端惯性导航距离的大小，确定加权系数，定时对惯性导航位置进行加 权校正，从而提高定位精度。
[0009] 本发明提供的联合定位方法如图1，具体实现步骤如下：
[0010] 步骤1 :确定整个定位区域内的所有采样点N ;
[0011] 步骤2 :利用移动终端在第n个采样点处采集得到k个Wi-Fi无线接入点AP的信 号强度值，即RSSIdRSSI2, ? ? ?，RSSIk，n= 1，2,…，N;
[0012] 步骤3 :把每个RSSI与其对应的MAC地址ID -起组成采样点的位置指纹矩阵FP， 其中第n个采样点的位置指纹记为
【主权项】
1. 一种Wi-Fi指纹辅助的室内移动终端惯性导航方法，其特征在于：包括以下实施步 骤： 步骤1 :确定整个定位区域内的所有采样点N ; 步骤2 :利用移动终端在第η个采样点处采集得到k个Wi-Fi无线接入点AP的信号强 度值，即 RSSI1, RSSI2, · · ·，RSSIk，η = 1，2,…，N ; 步骤3 :把每个RSSI与其对应的MAC地址ID -起组成采样点的位置指纹矩阵FP，其 中第η个采样点的位置指纹记为
IDi即为RSSI i对应的MAC地 址； 步骤4 :记下第η个采样点的坐标FPn (X，y)并将该采样点的坐标FPn(X，y)和位置指纹 ??"添加到指纹数据库中； 步骤5 :重复执行步骤2?4,直到遍历采样区域内的所有采样点，为采样区域建立完整 的位置指纹数据库； 步骤6 :移动终端导航工作时，设定行人起始位置（Χ(ι，％)和位置校正时间周期W，且计 时器开始计时； 步骤7 :行人行走时，移动终端惯性传感器实时计算行人位置坐标，若行走时间达到位 置校正时间周期W之后，惯性传感器计算出行人当前位置坐标（xd，yd)和行走距离L ; 步骤8 :移动终端开始扫描Wi-Fi无线接入点AP，得到k个AP的RSSI值，按照步骤3 获取当前位置的指纹，即得到当前位置处的RSSI序列以及每个RSSI对应的MAC地址； 步骤9 :把当前位置的位置指纹的MC地址序列与指纹库中所有采样点的位置指纹的 MAC地址序列进行对比，计算指纹欧式距离d ; 步骤10 :对欧式距离d进行升序排序，选出前k个对应的指纹并平均其平面位置坐标， 获得Wi-Fi指纹定位所得行人当前坐标为（xw, yw)，其中
步骤11 :设定欧氏距离的最小阈值为Tmin，最大阈值为Tmax。选取本次扫描得到的最小 欧式距离dmin进行判断，若d min小于或等于T min，执行步骤13 ;若dmin大于或等于T _，执行步 骤8 ;若dmin大于T min并且小于T max，则执行步骤12 ; 步骤12 :计算加权系
b = l/dmin_Tmin和w = a+b。把当前所得惯性 传感器导航坐标（xd, yd)与Wi-Fi定位坐标（xw, yw)进行加权计算出行人位置坐标（xt, yt)， 其中 Xt= l/w(a*xw+b*xd)，yt= l/w(a*yw+b*yd)，执行步骤 14; 步骤13 :把Wi-Fi定位坐标（xw, yw)设定为用户终端当前坐标； 步骤14 :计时器清零，并重新开始计时，返回步骤7,直到定位结束。
2. 根据权利要求1所述的一种Wi-Fi指纹辅助的室内移动终端惯性导航方法，其特征 在于：实施场地布置有5个无线接入点AP， 利用Wi-Fi指纹辅助的室内移动终端惯性导航方法流程，包括以下步骤， (1) 在房间平面图内建立直角坐标系，将第一个采样点作为原点，并记为参考点 FP1 (0, 0)，然后每隔2米标记一个采样点，整个平面图内共48个采样点，即48个参考点； (2) 终端在参考点FP1 (0, 0)位置，扫描到5个无线接入点APl?AP5,检测到APl?AP5 的信号强度值RSSI，分别为：-66, -73, -100, -90, -80,单位dBm ; (3) 将步骤⑵得到的5个信号强度RSSI值及其对应的MAC地址ID1UD2UD3UD^ ID5 表示成参考点1的位置指纹：
(4) 终端将参考点1的地理坐标FP1O), 0)和对应的位置指纹FP^存到指纹数据库中， 完成参考点1的指纹采样； (5) 对采样区域内48个采样点重复执行步骤（2)?（4)，建立采样区域的指纹数据库， 将指纹数据库数据上传至服务器中； (6) 打开终端，设定测试人位置坐标为（0,2)，位置校正周期为30秒，开启计时器； (7) 实验人员开始向前行走，当实验人员行走30秒后，行走距离为28米，惯性导航推算 位置坐标为（26. 2, 2.6); (8) 终端自动扫描无线接入点APl?AP5,记下扫描到的五个AP的RSSI值， 即-71，-75, -105, -95, -82,以及对应的 MAC 地址[ID1，ID2, ID3, ID4, ID5]，得到当前位置 处的指纹：
(9) 终端自动下载服务器中指纹库，将位置A的位置指纹FP^ MAC地址序列[ID1， ID2, ID3, ID4, ID5]与服务器指纹库中48个采样点的位置指纹中的MAC地址序列进行指纹 匹配，得到欧式距离为序列为[145, 130, 138, 155, 170, ···，160]; (10) 选取最小三个欧式距离：130,138,145的指纹，将对应坐标进行平均得到Wi-Fi 定位坐标（31，2. 5); (11) 设定欧式距离最小阈值Tmin为120,最大阈值Tmax为150,本次扫描所得最小欧式 距尚(11^11为130，由于彳两足1'1^11〈(1 1^11〈1'_，继续向下执/(丁； (12) 计算加权系数a = 1/14, b = 1/10, w = 0. 17,对两种定位位置进行加权得到实验 人员最终坐标为（29. 2, 2. 52); (13) 计时器清零，并重新开始计时，重复执行步骤7?12,直到结束； 由上述实施步骤得到当行人行走时间达到校正周期后，实际坐标为（28. 5, 2)，Wi-Fi 指纹定位所得坐标为（31，2. 5)，传感器惯性导航所得坐标为（26. 2, 2. 6)，本发明所提方法 校正后得到的坐标为（29. 2, 2. 52)，由此可知本发明能够有效提高定位精度。
【专利摘要】本发明提供了一种Wi-Fi指纹辅助的室内移动终端惯性导航方法，利用Wi-Fi指纹定位技术得到的欧氏距离与移动终端惯性导航距离的值计算出加权系数，周期性地把Wi-Fi指纹定位得到的行人位置与移动终端惯性导航所得位置进行加权，由此计算得到移动终端的最终位置。与现有单纯基于移动终端惯性传感器的室内导航方法相比，本发明提出的方法能够消除惯性传感器导航的累积误差，有效地提高室内导航精度。
【IPC分类】G01C21-16
【公开号】CN104535064
【申请号】CN201410838518
【发明人】黎海涛, 王奇, 齐双
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月29日