本发明涉及室内移动定位方法，尤其涉及基于WIFI定向天线的室内移动定位方法。
背景技术：
：无线局域网络技术是20世纪末发展起来的一种高速无线网络通信技术。WIFI网络具有高速通信、部署方便的特点，目前很多室内环境和人们活动的热点地区(如机场、车站、写字楼、会展中心、大型酒店)均广泛布置了WIFI网络。在复杂的室内环境，如医院、会展大厅、图书馆、超市、咖啡厅等环境中，常常需要确定人员在室内的位置，对于室内的无线定位技术有着相当大的需求。现有的室内WIFI定位技术基本都是移动终端用户自己主动请求定位，然后后台服务器根据待定位终端采集的室内环境分布的多个WIFI接入节点的信号强度值、信号到达时间差等信号特征参数，利用位置指纹、三角定位等方法完成对目标终端的定位，并将定位结果返回用户的智能WIFI终端。然而随着社会的发展和网络监管的需要，在一些室内公共场合，网络监管方或移动终端用户的监护人需在移动终端用户没有主动参与、提出定位请求的情况下，对正在利用WIFI上网的移动终端位置进行精确定位。第三方定位因其特殊性，要求设备尽量小巧便携，方便工作人员随身携带；同时也要求定位算法精炼高效，既保证定位算法的实时性，还要保证定位算法的定位性能。目前，WIFI虽然在室内环境大量部署，但极少有WIFI网络能在其覆盖区域内提供基于某种定位技术对移动终端进行定位的功能.同时，面对目前市面上纷繁复杂的各类智能WIFI终端，对定位技术及其算法的普适性也提出了较高的要求，需要定位算法可以克服不同终端的射频参数的差别，实现对目标的精确定位。为此，本发明提出了一种利用带有定向天线，携带方便的移动WIFI路由器(简称移动AP)作为第三方设备，对室内环境中正在WIFI上网的移动智能终端进行精确定位的方法。技术实现要素：本发明的目的是提供一种基于WIFI定向天线的室内移动定位方法，该方法能够实现室内环境下对正在利用WIFI上网的移动终端用户实施快速、准确的第三方定位。本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种基于WIFI定向天线的室内移动定位方法，包括以下步骤：A、第一测量点的测量：以当前所在的测量点为第一测量点，通过旋转移动AP定向天线的角度，找出天线能接收到被测目标的信号强度值最大的角度；并将该角度指向被测目标的方向定义为y轴正方向，以第一测量点为坐标原点(0,0)，建立测量坐标系；然后将移动AP的定向天线保持在y轴方向，再测出并记录从被测目标接收到的信号强度值作为第一测量点的信号强度值Pr1；B、距离计算：将第一测量点的信号强度值Pr1与被测目标的信号发射强度标准值Pt代入路径损耗模型中，计算出第一测量点与被测目标之间的估计距离d1；C、第二测量点的测量：将移动AP在测量坐标系中沿与x轴成移动角θ的方向移动距离d到达第二测量点(x2,y2)；在第二测量点通过旋转移动AP的定向天线的角度，找出能接收到被测目标的信号强度值最大时天线与x轴的角度ψ；然后将定向天线保持在角度ψ，再测出并记录从被测目标接收到的信号强度值作为第二测量点的信号强度值Pr2；D、定位计算：根据第一测量点的信号强度值Pr1和第二测量点的信号强度值Pr2和第二测量点的坐标(x2,y2)，算出信号强度差参数K，式中n是环境因子、其取值范围为1.7-3.0；进而得出二次测量位置的横坐标参数p，和二次测量位置的纵坐标参数q，再算出：定位计算中间参数一a，定位计算中间参数二b，定位计算中间参数三c，最后算出被测目标的纵坐标y，和被测目标的横坐标x，得到被测目标的坐标位置(x,y)，完成定位估计。与现有技术相比，本发明的有益效果是：一、与位置指纹定位法相比，本发明在实施定位前，不需要采集定位区域的信号强度指纹信息，建立指纹信息库，减少了前期人力和时间的成本。同时，对定位区域的WIFI热点分布没有特殊要求，只要目标终端保持WIFI连接，就能采用本发明对其进行定位。二、本发明在定位过程中，不需要使用GPS等卫星定位技术，避免了GPS定位技术在室内环境中具有较大误差，甚至会因卫星信号的丢失而无法定位；三、与基于TOA、TDOA、RSSI测距等利用多个固定的路由器采用三角定位法对目标进行定位的方法相比，本发明无需事先部署多个路由器，更容易实施；且受多径、点播非视距传播的影响很小，定位更准确可靠。四、本发明在定位解算部分，将两个测量点的信号强度值相减，得到路径损耗差：本发明利用信号强度差的方法，将两个测量点的测量中涉及到的被测目标的智能WIFI终端的发射功率Pt直接抵消了，从而避免了不同的智能终端发射信号功率的差异对本定位算法形成的不利影响。其次，定位算法中的定位方程式是一元二次方程，有明确的闭式解，且计算复杂度较低，可以保证算法的实时性。进一步，本发明的移动AP设备是有定向天线和陀螺仪的WIFI路由器。进一步，本发明的步骤A中，测出并记录从被测目标接收到的信号强度值作为第一测量点的信号强度值Pr1的具体做法是：5秒时间内连续十次测量接收到的被测目标发射信号的信号强度值，将十次测量值的平均值作为第一测量点的信号强度值Pr1；所述的步骤C中，测出并记录从被测目标接收到的信号强度值作为第二测量点的信号强度值Pr2的具体做法是：5秒时间内连续十次测量接收到的被测目标发射信号的信号强度值，将十次测量值的平均值为第二测量点的信号强度值Pr2。进一步，本发明的步骤B中，被测目标的信号发射强度标准值Pt为80mW。由于市面上的智能WIFI终端种类繁杂，物理参数都有一些差别，且智能WIFI终端本身在使用时的设备状态也比较多变。IEEE802.11给出的WIFI设备发射功率范围为60mW～100mW，所以本发明在距离计算中，取IEEE推荐范围的均值80mW作为智能WIFI终端的发射功率，具有普适性，尽量减小了因为未知终端设备发射信号功率的差异造成的距离计算误差。进一步，本发明的步骤B中的路径损耗模型为：模型中ξ是路径损耗中的误差因子，该误差因子ξ和环境因子n的具体取值如下表所示。室内环境类型nξ超市2.28.7杂货铺1.85.2硬装办公环境3.07软装办公环境2.49.6商业广场1.77.9进一步，本发明的步骤C中，移动角θ的大小为80°-100°，移动距离d大于等于第一测量点与被测目标之间的估计距离d1的一半。以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。具体实施方式实施例本发明的一种具体实施方式是，一种基于WIFI定向天线的室内移动定位方法，包括以下步骤：A、第一测量点的测量：以当前所在的测量点为第一测量点，通过旋转移动AP定向天线的角度，找出天线能接收到被测目标的信号强度值最大的角度；并将该角度指向被测目标的方向定义为y轴正方向，以第一测量点为坐标原点(0,0)，建立测量坐标系；然后将移动AP的定向天线保持在y轴方向，再测出并记录从被测目标接收到的信号强度值作为第一测量点的信号强度值Pr1；B、距离计算：将第一测量点的信号强度值Pr1与被测目标的信号发射强度标准值Pt代入路径损耗模型中，计算出第一测量点与被测目标之间的估计距离d1；C、第二测量点的测量：将移动AP在测量坐标系中沿与x轴成移动角θ的方向移动距离d到达第二测量点(x2,y2)；在第二测量点通过旋转移动AP的定向天线的角度，找出能接收到被测目标的信号强度值最大时天线与x轴的角度ψ；然后将定向天线保持在角度ψ，再测出并记录从被测目标接收到的信号强度值作为第二测量点的信号强度值Pr2；D、定位计算：根据第一测量点的信号强度值Pr1和第二测量点的信号强度值Pr2和第二测量点的坐标(x2,y2)，算出信号强度差参数K，式中n是环境因子、其取值范围为1.7-3.0；进而得出二次测量位置的横坐标参数p，和二次测量位置的纵坐标参数q，再算出：定位计算中间参数一a，定位计算中间参数二b，定位计算中间参数三c，最后算出被测目标的纵坐标y，和被测目标的横坐标x，得到被测目标的坐标位置(x,y)，完成定位估计。本例的移动AP设备是有定向天线和陀螺仪的WIFI路由器。本例的步骤A中，测出并记录从被测目标接收到的信号强度值作为第一测量点的信号强度值Pr1的具体做法是：5秒时间内连续十次测量接收到的被测目标发射信号的信号强度值，将十次测量值的平均值作为第一测量点的信号强度值Pr1；步骤C中，测出并记录从被测目标接收到的信号强度值作为第二测量点的信号强度值Pr2的具体做法是：5秒时间内连续十次测量接收到的被测目标发射信号的信号强度值，将十次测量值的平均值为第二测量点的信号强度值Pr2。本例的步骤B中，被测目标的信号发射强度标准值Pt为80mW。本例的步骤B中的路径损耗模型为：模型中ξ是路径损耗中的误差因子，该误差因子ξ和环境因子n的具体取值如下表所示。室内环境类型nξ超市2.28.7杂货铺1.85.2硬装办公环境3.07软装办公环境2.49.6商业广场1.77.9本例的步骤C中，移动角θ的大小为80°-100°，移动距离d大于等于第一测量点与被测目标之间的估计距离d1的一半。当前第1页1 2 3