一种基于正态分布信号的指纹优化方法与流程

本发明属于无线通信、模式识别及室内定位领域，涉及一种基于正态分布信号的指纹优化方法。

背景技术

无线通信、计算机以及智能终端技术的日渐成熟使得基于无线局域网(wirelesslocalareanetworks，wlan)的指纹法室内定位系统得到快速的发展。指纹法定位的优点在于用户仅使用智能终端在wlan环境中即可实现定位，消除了额外硬件部署的限制。基于wlan的指纹法室内定位主要分为离线采集阶段和在线定位阶段。在离线采集阶段中，利用终端采集设备在预先选取的离线参考点上采集环境中各无线接入点(accesspoint，ap)的信号强度值。将每个离线参考点的位置坐标与对应的接收信号强度(receivedsignalstrength，rss)值以及ap的媒体访问控制(mediaaccesscontrol，mac)地址一起构成一条离线指纹，所有离线指纹的集合构成离线指纹数据库。在线定位阶段，同样利用终端采集设备采集环境中各ap的rss值，这些rss值与对应的mac地址形成在线指纹，将在线指纹与离线指纹数据库中的离线指纹进行匹配，从而得到终端位置信息。在基于wlan的指纹法室内定位中，定位所使用的指纹为由各ap信号强度分量组成的矢量，现有技术中一般直接利用未加处理过的原始离线指纹及在线指纹进行匹配定位。但由于室内障碍物遮挡及同频无线电干扰等的影响，指纹中的部分ap信号强度分量受到干扰，不能反映正确的信息，因此室内定位终端的定位精度较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于正态分布信号的指纹优化方法，该方法能够实现室内定位终端的精确定位。

为达到上述目的，本发明所述的基于正态分布信号的指纹优化方法包括以下步骤：

1)采集离线指纹；

2)对步骤1)采集得到的离线指纹进行优化；

3)采集在线指纹；

4)通过步骤2)优化后的离线指纹对步骤3)采集得到的在线指纹进行优化，完成基于正态分布信号的指纹优化。

步骤1)的具体操作为：在各离线参考点上，设定固定采样时长，然后以固定频率连续采集环境中各ap的接收信号强度样本。

步骤2)的具体操作为：

a1)设离线参考点上各ap采集到的接收信号强度样本为rssi1,rssi2,...,rssin，分别计算各ap采集到的接收信号强度样本的均值及方差其中，n为样本数，再设置门限ω1，然后剔除方差σ²>ω1对应的ap；

a2)通过经步骤a1)剔除后剩余各ap对应的均值构建均值序列得该均值序列的均值及方差其中，n为出现相应ap的离线参考点个数，再设置门限ω2，然后剔除方差对应的ap。

步骤3)的具体操作为：在各在线测试点上，采集任一时刻时环境中各ap的接收信号强度样本，以形成单次在线指纹样本。

步骤4)的具体操作为：

b1)将测试区域划分成若干面积相等且不重叠的子区域，其中，每个子区域内包含相同数量的离线参考点，再利用在线指纹进行定位，以判断定位终端所在子区域；

b2)对于任意一个ap，设该ap在离线参考点j上一段时间内采集到的多组接收信号强度样本为则该多组接收信号强度样本的均值该多组接收信号强度样本的标准差其中，n为样本数，k为出现该ap的离线参考点个数，其中，该ap在在线阶段的实测值为rssi'；

令统计在步骤b1)中所判定子区域内各离线参考点中满足|v'j|<3σ^j的离线参考点的个数m，然后设置门限ω，最后剔除m小于门限ω对应的ap。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于正态分布信号的指纹优化方法，先采集离线指纹，再对离线指纹进行优化，以剔除误差较大的离线指纹；然后采集在线指纹，最后通过优化后的离线指纹对在线指纹进行优化，以剔除误差较大的在线指纹，从而提高定位终端在室内定位的精度。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明测试环境的平面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的本发明所述的基于正态分布信号的指纹优化方法包括以下步骤：

1)采集离线指纹；

步骤1)的具体操作为：在各离线参考点上，设定固定采样时长，然后以固定频率连续采集环境中各ap的接收信号强度样本。

2)对步骤1)采集得到的离线指纹进行优化；

步骤2)的具体操作为：

a1)设离线参考点上各ap采集到的接收信号强度样本为rssi1,rssi2,...,rssin，分别计算各ap采集到的接收信号强度样本的均值及方差其中，n为样本数，再设置门限ω1，然后剔除方差σ²>ω1对应的ap；

a2)通过经步骤a1)剔除后剩余各ap对应的均值构建均值序列得该均值序列的均值及方差其中，n为出现相应ap的离线参考点个数，再设置门限ω2，然后剔除方差对应的ap。

3)采集在线指纹；

步骤3)的具体操作为：在各在线测试点上，采集任一时刻时环境中各ap的接收信号强度样本，以形成单次在线指纹样本。

4)通过步骤2)优化后的离线指纹对步骤3)采集得到的在线指纹进行优化，完成基于正态分布信号的指纹优化。

步骤4)的具体操作为：

b1)将测试区域划分成若干面积相等且不重叠的子区域，其中，每个子区域内包含相同数量的离线参考点，再利用在线指纹进行定位，以判断定位终端所在子区域；

b2)对于任意一个ap，设该ap在离线参考点j上一段时间内采集到的多组接收信号强度样本为则该多组接收信号强度样本的均值该多组接收信号强度样本的标准差其中，n为样本数，k为出现该ap的离线参考点个数，其中，该ap在在线阶段的实测值为rssi'；

令统计在步骤b1)中所判定子区域内各离线参考点中满足|v'j|<3σ^j的离线参考点的个数m，然后设置门限ω，最后剔除m小于门限ω对应的ap。

实施例一

本实施例的测试环境为某一典型办公室区域，整个实验环境大小为52.0m×60.0m，具体测试环境如图2所示，终端采集设备为荣耀magic智能手机，具体操作过程为：

1)采集离线指纹；以3m为间隔在实验环境中均匀选取离线参考点，整个实验环境中包含135个离线参考点，在每个离线参考点上以200ms的采样间隔连续采集60s的ap接收信号强度样本；

2)在步骤1)中离线指纹采集完成后，对于在离线参考点上任一ap采集到的多组接收信号强度样本rssi1,rssi2,...,rssin，分别计算其均值及方差其中，n为样本数，再设置门限ω1＝15，然后将满足σ²>ω1的ap进行剔除；

3)通过步骤2)中剔除后剩余各ap对应均值构建均值序列计算该均值序列对应的均值及方差其中，n为出现相应ap的离线参考点个数，设置门限ω2＝10，然后将满足的ap进行剔除；

4)采集在线指纹；在实验环境中任意选取在线测试点，在每个在线测试点上扫描一次，即仅采集一组ap接收信号强度值作为在线指纹；

5)将测试环境均匀分成四个子区域，每个子区域面积约为25.0m×13.0m，每个子区域包含约35个离线参考点；利用原始在线指纹进行粗定位，判断定位终端所在子区域；

6)对于任意一个ap，设其在离线参考点j上一段时间内采集到的多组接收信号强度样本为则均值为标准差为其中，n为样本数，k为出现该ap的离线参考点个数，该ap在在线阶段的实测值为rssi'；

令统计在步骤5)中所判定子区域内各离线参考点中满足|v'j|<3σ^j的离线参考点的个数m，再设置门限ω＝1，然后剔除满足m<ω所对应的ap；

本实施例的定位结果如表1所示，对比方法为未经指纹优化的基于wlan的指纹法室内定位方法；从表1可以看出，本发明的平均定位误差和95％定位误差均有明显降低，证明本发明可以有效提升定位系统的平均精度及鲁棒性。

表1