无线定位方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种无线定位方法和装置。该无线定位方法用于根据移动设备的给定无线信号特征来确定移动设备的位置，其包括以下步骤：通过几何剖分将无线通信空间中的预定多个参考位置剖分为多边形网格，其中各个参考位置分别构成各个多边形的顶点并且与一个或多个参考无线信号特征相关联；通过给定无线信号特征与参考无线信号特征来确定移动设备的位置所在的多边形；以及通过所确定的多边形的顶点位置，确定移动设备的位置。
【专利说明】无线定位方法和装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种无线定位方法和装置。
【背景技术】
[0002]随着移动互联网的发展，基于位置的系统和服务成为新的技术热点，针对传统的GPS (Global Posit1ning System,全球定位系统)信号无法覆盖室内的情况,研发了许多新的无线定位技术。受到成本以及实现难度的制约，在各种定位系统(例如WIFKWirelessFidelity,无线保真)、GSM (Global System for Mobile Communicat1ns,全球移动通信系统)以及Bluetooth (蓝牙)等)中，被最广泛地接受的是使用信号强度的指纹进行定位的技术。然而，由于无线信号信道的固有特征，信号强度等无线信号特征存在天然的测量误差，这一特点制约了室内定位的精确实现。
[0003]为改善这一现象，存在很多考虑了定位过程中的误差处理的方法。例如，WKNN(Weighted K-Nearest Neighbor,加权K近邻)方法通过加权来调整定位结果，回归模型对信号强度空间进行分割来更准确地确定信号强度与位置之间的关系，等等。
[0004]但是，在现有技术中，首先假定了采样的无线信号特征与物理位置的对应关系是可完全信赖的，而实际上由于采样的无线信号特征本身存在噪声，使得无线信号特征与实际物理位置的对应关系不能唯一确定，因此这一点本身制约了定位精度的改善。另外，现有的区域分割技术中，首先对采样的无线信号特征空间进行分割，并将此分割依照无线信号特征与物理位置的对应关系映射到物理空间，由于无线信号特征与物理位置对应的不确定关系，使得实际获得的物理区域的分割发生了重叠，从而减弱了对定位效果的改善。
【发明内容】
[0005]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0006]本发明的一个主要目的在于提供一种无线定位方法和装置，以至少克服在现有技术中由于测量到的无线信号特征本身存在噪声，使得无线信号特征与实际物理位置的对应关系不能唯一确定，从而定位精度低的问题。
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种无线定位方法，该无线定位方法用于根据移动设备的给定无线信号特征来确定移动设备的位置。该无线定位方法包括以下步骤:通过几何剖分将无线通信空间中的预定多个参考位置剖分为多边形网格，其中各个参考位置分别构成各个多边形的顶点并且与一个或多个参考无线信号特征相关联；通过给定无线信号特征与参考无线信号特征来确定移动设备的位置所在的多边形；以及通过所确定的多边形的顶点位置，确定移动设备的位置。
[0008]在根据本发明的一个方面的无线定位方法中，通过给定无线信号特征与参考无线信号特征来确定移动设备的位置所在的多边形具体包括以下步骤:在与各个参考位置相关联的参考无线信号特征当中确定与给定无线信号特征邻近的多个邻近无线信号特征；通过多个邻近无线信号特征判定移动设备的位置所在的多边形。
[0009]在根据本发明的一个方面的无线定位方法中，通过多个邻近无线信号特征判定移动设备的位置所在的多边形具体包括以下步骤:分别计算给定无线信号特征对于各个参考位置的从属度；对于每一个多边形，计算给定无线信号特征对于该多边形的各个顶点的从属度之和，从属度之和最大的多边形被判定为移动设备的位置所在的多边形。
[0010]根据本发明的另一个方面，提供了一种无线定位装置，该无线定位装置用于根据给定无线信号特征来确定移动设备的位置。该无线定位装置包括:几何剖分模块，其被配置成通过几何剖分将无线通信空间中的预定多个参考位置剖分为多边形网格，其中各个参考位置分别构成各个多边形的顶点并且与一个或多个参考无线信号特征相关联；多边形确定模块，其被配置成通过给定无线信号特征与参考无线信号特征来确定移动设备的位置所在的多边形；以及位置确定模块，其被配置成通过所确定的多边形的顶点位置，确定移动设备的位置。
[0011]另外，本发明的实施例还提供了用于实现上述方法的计算机程序。
[0012]此外，本发明的实施例还提供了至少计算机可读介质形式的计算机程序产品，其上记录有用于实现上述方法的计算机程序代码。
[0013]本发明依照预定多个参考位置(B卩，采样点的物理位置)对无线通信空间直接进行剖分来获取一组不存在重叠的物理区域，从而提高了定位精度。
[0014]另外，区别于完全信赖无线信号特征与物理位置的对应关系的现有技术，本发明使用了模糊关系来描述无线信号特征与物理位置的不确定关系，并将此关系应用到无线定位过程中，从而进一步提高了定位精度。
[0015]通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0017]图1是示意性地示出根据本发明的实施例的无线定位方法的流程图；
[0018]图2是示意性地示出根据本发明的实施例的用于计算给定无线信号特征对于各个参考位置中的一个参考位置的从属度的方法的流程图；
[0019]图3是示意性地示出根据本发明的实施例的用于获得一个参考无线信号特征对于各个参考位置的从属度的方法的流程图；
[0020]图4是示意性地示出根据本发明的一个实施例的无线定位装置的框图；
[0021]图5是示意性地示出图4中的多边形确定模块的一种可能的示例结构的框图；
[0022]图6是示意性地示出图5中的判定单元的一种可能的示例结构的框图；
[0023]图7是示意性地示出图6中的从属度计算单元的一种可能的示例结构的框图；
[0024]图8是示意性地示出根据本发明的另一实施例的无线定位装置中包括的预定数据集获取模块的框图；
[0025]图9示出了可以用于实施本发明的无线定位方法和装置的计算设备的举例的结构图。
【具体实施方式】
[0026]下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0027]本发明的实施例的无线定位方法用于根据移动设备的给定无线信号特征来确定移动设备的位置。给定的无线信号特征可以是例如表示无线信号强度等的RSS矢量、TOA矢量或TDOA矢量等任意的特征矢量。下面以给定的无线信号特征是RSS矢量r的情况作为示例来描述本发明。
[0028]在例如室内空间等无线通信空间中对移动设备进行定位之前，需要预先在多个采样点的位置P1, P2,…，Ps (s e NI,N1={1, 2，3，…，η, η是大于、等于I的整数})对移动设备在无线通信空间中的无线信号特征进行采样。通过采样获得多个参考无线信号特征，即多个RSS矢量!T1, r2,..., T1 (i e N2,N2={1, 2，3，…，m, m是大于、等于η的整数})。多个采样点的位置P1, P2,…，Ps中的任一个位置与多个RSS矢量ri，r2，-,Ti中的一个或若干个相关联。
[0029]图1是示意性地示出根据本发明的实施例的无线定位方法的流程图。以下参照图1来描述根据本发明的实施例的无线定位方法。
[0030]首先，在步骤SlOl中，通过几何剖分将无线通信空间中的预定多个参考位置(即采样点的位置P1, P2，…，Ps)剖分为多边形网格，其中，各个参考位置分别构成各个多边形的顶点，并且每一个参考位置与参考无线信号特征-,Ti中的一个或多个相关联。
[0031]可以采用例如德劳内三角分割方式，根据采样点的位置坐标对无线通信空间进行几何剖分。经过几何剖分后，无线通信空间被分割为一组不存在重叠的三角形，而采样点的位置P1, P2,…，Ps成为这些三角形的顶点。当然，也可以使用其它分割方式将无线通信空间分割为一组不存在重叠的四边形或六边形等多边形网格。
[0032]在步骤S102中，通过给定无线信号特征r与参考无线信号特征h r2,…，巧来确定移动设备的位置所在的多边形。
[0033]例如，由于无线通信空间的预定多个参考位置被分割为一组不存在重叠的多边形网格，并且每一个参考位置分别与一个或若干个参考无线信号特征相关联，因此对于其中的任意一个多边形，可以计算给定无线信号特征r分别与和该多边形的各个顶点相关联的各个参考无线信号特征:?, !Ttl2,…，rbb(rbb e Ir1, r2,…，rj)的RSS矢量距离，并计算和该多边形的各个顶点相关联的参考无线信号特征r02,…，rbb的总数量。将计算获得的多个RSS矢量距离求和并除以该总数量，获得给定无线信号特征r与和该多边形的各个顶点相关联的参考无线信号特征…，rbb的平均矢量距离。平均矢量距离最小的多边形被判定为移动设备的位置所在的多边形。然后，利用所确定的多边形的顶点位置坐标，来确定移动设备的位置(步骤S103)。
[0034]也可以通过计算邻近无线信号特征来确定移动设备的位置所在的多边形。例如，在与各个参考位置P1, P2,…，Ps相关联的参考无线信号特征T1, r2,..., Ti当中确定与给定无线信号特征r邻近的多个邻近无线信号特征。具体地，对于给定无线信号特征r，根据多个参考无线信号特征r2,-,r,分别与给定无线信号特征r的RSS矢量距离，来确定给定无线信号特征r在样本空间中的k个邻近无线信号特征rn, r12, **., rkk(rkk e Ir1, r2,…，rj)。
[0035]然后，通过多个邻近无线信号特征rn，r22，…，rkk判定移动设备的位置所在的多边形。具体地，可以通过计算无线信号特征对于位置的从属度的方式来判定移动设备的位置所在的多边形。例如，首先，分别计算给定无线信号特征r对于各个参考位置Pl，P2,…，Ps的从属度。然后，对于每一个多边形，计算给定无线信号特征r对于该多边形的各个顶点的从属度之和，从属度之和最大的多边形被判定为移动设备的位置所在的多边形。
[0036]在确定了多边形的顶点位置的情况下，将已给定无线信号特征r对于所确定的多边形的顶点的从属度进行归一化，将归一化后的从属度作为权重系数，对所确定的多边形的顶点位置坐标进行加权求和来确定移动设备的位置(步骤S103)。
[0037]图2是示意性地示出用于计算给定无线信号特征r对于各个参考位置中的一个参考位置ps的从属度的方法的流程图。
[0038]在图2的步骤S201中，首先分别计算多个邻近无线信号特征rn，r22,…，rkk的各个权重系数f (rkk)，各个权重系数f (rkk)分别与给定无线信号特征r和多个邻近无线信号特征rn，r22，…，rkk之间的距离相关，距离越大，则权重系数越小。可以采用径向基函数RBF (Radial Basis Funct1n)来计算权重。例如,常用的径向基函数RBF是由下列公式(I)表示的高斯核函数:
[0039]
【权利要求】
1.一种无线定位方法，用于根据移动设备的给定无线信号特征来确定所述移动设备的位置，所述无线定位方法包括以下步骤: 通过几何剖分将无线通信空间中的预定多个参考位置剖分为多边形网格，其中各个参考位置分别构成各个多边形的顶点并且与一个或多个参考无线信号特征相关联； 通过所述给定无线信号特征与所述参考无线信号特征来确定所述移动设备的位置所在的多边形；以及 通过所确定的多边形的顶点位置，确定所述移动设备的位置。
2.根据权利要求1所述的无线定位方法，其中，通过所述给定无线信号特征与所述参考无线信号特征来确定所述移动设备的位置所在的多边形具体包括以下步骤: 在与各个参考位置相关联的参考无线信号特征当中确定与所述给定无线信号特征邻近的多个邻近无线信号特征；以及 通过所述多个邻近无线信号特征判定所述移动设备的位置所在的多边形。
3.根据权利要求2所述的无线定位方法，其中，通过所述多个邻近无线信号特征判定所述移动设备的位置所在的多边形具体包括以下步骤: 分别计算所述给定无线信号特征对于所述各个参考位置的从属度；以及 对于每一个多边形 ，计算所述给定无线信号特征对于该多边形的各个顶点的从属度之和，从属度之和最大的多边形被判定为所述移动设备的位置所在的多边形。
4.根据权利要求3所述的无线定位方法，其中，通过所确定的多边形的顶点位置，确定所述移动设备的位置具体为: 以所述给定无线信号特征对于所确定的多边形的顶点的从属度作为第一权重系数对所确定的多边形的顶点位置加权求和来确定移动设备的位置。
5.根据权利要求3或4所述的无线定位方法，其中，进一步包括以下步骤来计算所述给定无线信号特征对于所述各个参考位置中的一个参考位置的从属度: 分别计算所述多个邻近无线信号特征的各个第二权重系数，所述各个第二权重系数分别与所述给定无线信号特征和所述多个邻近无线信号特征之间的距离相关；以及 通过使用所述各个第二权重系数对所述各个邻近无线信号特征对于所述一个参考位置的从属度进行加权求和，获得所述给定无线信号特征对于所述一个参考位置的从属度。
6.根据权利要求5所述的无线定位方法，其中，通过查询预定数据集而获得所述各个邻近无线信号特征对于所述一个参考位置的从属度，所述预定数据集包括各个参考无线信号特征对于各个参考位置的从属度，其中，一个参考无线信号特征对于所述各个参考位置的从属度是通过下列步骤获得的: 在所有参考无线信号特征中确定与所述一个参考无线信号特征邻近的多个第二邻近无线信号特征； 基于所述各个参考位置将所述多个第二邻近无线信号特征进行聚类，每一个聚类包括零个、一个或若干个第二邻近无线信号特征；以及 计算每一个聚类中的第二邻近无线信号特征的个数与所述多个第二邻近无线信号特征的总数量之比，所得到的多个比值为所述一个参考无线信号特征对于各个参考位置的从属度。
7.一种无线定位装置，用于根据给定无线信号特征来确定移动设备的位置，所述无线定位装置包括: 几何剖分模块，其被配置成通过几何剖分将无线通信空间中的预定多个参考位置剖分为多边形网格，其中各个参考位置分别构成各个多边形的顶点并且与一个或多个参考无线信号特征相关联； 多边形确定模块，其被配置成通过所述给定无线信号特征与所述参考无线信号特征来确定所述移动设备的位置所在的多边形；以及 位置确定模块，其被配置成通过所确定的多边形的顶点位置，确定所述移动设备的位置。
8.根据权利要求7所述的无线定位装置，其中，所述多边形确定模块进一步包括: 邻近无线信号特征确定单元，其被配置成在与各个参考位置相关联的参考无线信号特征当中确定与所述给定无线信号特征邻近的多个邻近无线信号特征；以及 判定单元，其被配置成通过所述多个邻近无线信号特征判定所述移动设备的位置所在的多边形。
9.根据权利要求8所述的无线定位装置，其中，所述判定单元进一步包括: 从属度计算单元，其被配置成分别计算所述给定无线信号特征对于所述各个参考位置的从属度；以及 计算与判定单元，其被配置成对于每一个多边形，计算所述给定无线信号特征对于该多边形的各个顶点的从属度之和，从属度之和最大的多边形被判定为所述移动设备的位置所在的多边形。
10.根据权利要求9所述的无线定位装置，其中，所述位置确定模块以所述给定无线信号特征对于所确定的多边形的顶点的从属度作为第一权重系数对所确定的多边形的顶点位置加权求和来确定移动设备的位置。
【文档编号】G01S3/02GK104080039SQ201310100399
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月26日 优先权日:2013年3月26日
【发明者】张明明, 夏迎炬, 于浩, 杨宇航, 孙键 申请人:富士通株式会社