一种基于WiFi和UWB组合的抗干扰室内快速定位方法与流程

本发明涉及一种定位技术领域，尤其是一种基于wifi和uwb组合的抗干扰室内快速定位方法。

背景技术：

目前，基于wifi(wirelessfidelity，无线保真)指纹定位和uwb(ultrawideband)，定位技术在短距离快速无线定位领域，特别是室内复杂场景中得到了广泛的应用。

其中，基于接收信号强度的wifi指纹定位方法在经济型和系统的布设和应用方面具有较大优势，但是由于wifi信号受设备分布和室内环境影响强烈，使得rss值具有较强的动态性和随机性，其定位精度仅能达到3-5米。对于uwb定位技术，尽管uwb定位系统具有功耗低、抗多径效应强且可以实现厘米级定位等优点，却受限于布设成本高而无法普遍应用于不同室内场景的定位需求。

专利号为200810016551.1的中国专利公布了一种无线传感器网络的垂直相交定位算法，用于功率受限的、随机分布的无线传感器网络。它是以一个知道自身位置的移动信标为前提的，移动信标在其移动轨线上不断广播信号和自己当前位置，节点通过比较信号强度，记下信号强度最高的点，并根据每相邻两条边上得到的两个信号强度最高的点，利用几何学方法来计算节点的位置。它要求移动信标的轨线为一个等边三角形的两条边，其边长等于移动信标传播半径r。

专利号为201710648315.0的中国专利，公布了一种基于rfid带修正的室内定位算法，该算法包括以下几个步骤：(1)数据处理过程，对采集的数据进行高斯滤波，构建指纹库；(2)理论分析并通过仿真得到最佳的邻居标签的数量；(3)参考标签以三角形摆放，实现tri-landmarc算法；(4)通过几何关系剔除错选的标签并得到修正后的坐标。通过理论分析与实验验证，修正与优化后算法的定位精度有明显的提高和改善。

现有技术亟需开发一种定位精度高、高干扰能力强、响应速度快，适用于不同室内场景的定位需求的组合定位算法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于wifi和uwb组合的抗干扰室内快速定位方法，本方法定位精度高、抗干扰能机枪，且响应速度快。

本发明的技术方案为：一种基于wifi和uwb组合的抗干扰室内快速定位方法，包括以下步骤：

s1)、接收wifi扫描信息s及uwb测距信息d，其中，

s＝{mac1,rss1；...；maci,rssi}；

s2)、将wifi扫描信息s与wifi指纹库中的指纹匹配，得到与每个指纹匹配的平均欧式距离lj及与每个指纹中wifi节点的匹配个数nj；

式中，lj是指在线测得的rss向量与rss指纹库中第j个指纹匹配的平均欧式距离；nj是指在线测得的rss向量中与指纹库中第j个rss向量中相同wifi节点的个数；

s3)、选取k个最小平均欧式距离所对应的位置点(d1,...dk)；

s4)、利用wifi节点匹配个数nj为权重，由k个位置点(d1,...dk)计算出k+1个估计位置点dk+1，该点作为wifi定位的结果；

s5)、计算k+1个点与uwb节点之间的距离，选取结果中与uwb测距值d最接近的值所对应位置点作为最终组合定位结果。

优选的，步骤s5)中，计算k+1个可能点位置坐标与uwb节点之间的距离，其计算式为：

式中，di为k+1个可能位置中第i个位置点与uwb节点之间的距离；(xj,yj)为k+1个位置中第i个位置的横纵坐标；(x0,y0)为已知的uwb节点位置横纵坐标。

优选的，步骤s5)中，uwb测距可得出定位标签与uwb节点间的距离d0，选取k+1个位置点中与uwb节点间的距离最接近d0的那个位置坐标作为最终定位坐标。

优选的，步骤s1)中，获取的wifi扫描信息s为采用多次测量取平均的方法获得，以提高容错率，进而减弱多径干扰对wifi强度的影响；

并且，通过边缘检测或music技术对所述的uwb测距信息d进行处理，以提高uwb测距精度。

优选的，步骤s1)中，对获取的wifi扫描信息s和uwb测距信息d进行卡尔曼滤波或者粒子滤波处理，以避免环境对wifi扫描信息s和uwb测距信息d干扰。

优选的，步骤s2)中，所述的wifi指纹库的构建为：定位标签在固定位置扫描到该位置的wifi信息后，将wifi的mac地址与强度写进数据库；并通过对该位置周围的wifi信息进行扫描，将扫描到的wifi信息中的mac地址与信号强度提取出来写入数据库中。

优选的，所述的定位标签作为客户端，不断对wifi信号进行扫描，然后将信息传送给服务器，再由服务器计算得出位置；

优选的，所述的定位标签先通过socket服务协议连接服务器，然后进入循环，不断扫描wifi信息，并提取出各个wifi信息中的mac地址和强度发送给服务器。

本发明的有益效果为：

1、本发明可适用于不同室内场景的定位需求，可靠性好；

2、结合硬件设备，该算法定位精度高、高干扰能力强、响应速度快。

3、本发明基于wifi的rss指纹库定位方法，无需关注其是否是通过视距传播或是非视距传播，通过采用抑制非视距干扰技术，抑制了复杂环境下的各类干扰，优化了测距精度，与传统wifi定位技术相比，可使得室内定位系统的精度提高35％。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明抗干扰的流程图；

图3为本发明构建指纹库的流程图；

图4为本发明在线定位的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，一种基于wifi和uwb组合的抗干扰室内快速定位方法，包括以下步骤：

s1)、接收wifi扫描信息s及uwb测距信息d，其中，

s＝{mac1,rss1；...；maci,rssi}；

s2)、将wifi扫描信息s与wifi指纹库中的指纹匹配，得到与每个指纹匹配的平均欧式距离lj及与每个指纹中wifi节点的匹配个数nj；

式中，lj是指在线测得的rss向量与rss指纹库中第j个指纹匹配的平均欧式距离；nj是指在线测得的rss向量中与指纹库中第j个rss向量中相同wifi节点的个数；

s3)、得到全部的平均欧式距离后，选取k个最小平均欧式距离所对应的位置点(d1,...dk)作为定位可能的目标位置点；

s4)、利用wifi节点匹配个数nj作为每个位置的权重，由k个位置点(d1,...dk)计算出k+1个估计位置点dk+1，该点作为wifi定位的结果；

s5)、计算k+1个点与uwb节点之间的距离，其计算式为：

，uwb测距可得出定位标签与uwb节点间的距离d0，选取k+1个位置点中与uwb节点间的距离最接近d0的那个位置坐标作为最终定位坐标。

式中，di为k+1个可能位置中第i个位置点与uwb节点之间的距离；(xj,yj)为k+1个位置中第i个位置的横纵坐标；(x0,y0)为已知的uwb节点位置横纵坐标。

优选的，步骤s1)中，多径干扰不仅会对基于rss指纹库的wifi定位带来误差，也会对uwb测距产生误差。在组合定位中，wifi标签测量wifi信号强度时，可采取多次测量取平均的方法来提高容错率，进而减弱多径干扰对wifi强度的影响。在uwb测距中，加入边缘检测或music等技术来有效的提高uwb测距精度。

在组合定位时，易受到外界环境变化的干扰。在定位时，由于人的活动或者物体的移动，会对wifi信号进行遮挡与吸收，从而使定位标签接收端接收到的信号强度大大衰减，引起定位误差。移动的人或物也会对uwb信号产生遮挡，使uwb信号发生折射或发射，折射或反射后的信号会到达标签接收端，导致uwb测出来的距离增加，使误差加大。处理过程中加入卡尔曼滤波或者粒子滤波，来对定位结果进行一定的修正，如图2所示。

优选的，步骤s2)中，所述的wifi指纹库的构建为：定位标签在固定位置扫描到该位置的wifi信息后，将wifi的mac地址与强度写进数据库；并通过对该位置周围的wifi信息进行扫描，将扫描到的wifi信息中的mac地址与信号强度提取出来写入数据库中，如图3所示。

优选的，所述的定位标签作为客户端，不断对wifi信号进行扫描，然后将信息传送给服务器，再由服务器计算得出位置；所述的定位标签先通过socket服务协议连接服务器，然后进入循环，不断扫描wifi信息，并提取出各个wifi信息中的mac地址和强度发送给服务器，如图4所示。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。