一种实时室内定位系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种实时室内定位系统及方法，该方法包括：1、在间隔时间段内，读卡器连续采集标签的RSSI数据；2、将RSSI数据存储于缓冲区，构成RSSI数据序列S；3、判断所述RSSI数据序列S是否收敛，是则转步骤6，否则转步骤4；4、预测RSSIi值，预测协方差；5、更新RSSIi值，更新协方差，转步骤3；6、更新缓冲区中的RSSI数据序列；7、对更新后的RSSI数据序列进行归一化中位加权处理，得到对应的信号数据RSSIend；8、用对数-距离路径损耗模型进行RSSIend距离估计；9、将估计的距离作为质心定位算法的输入来计算质心，质心即是目标节点的坐标。该系统及方法定位精度高，稳定性强。
【专利说明】一种实时室内定位系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及室内定位【技术领域】，特别涉及一种实时室内定位系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着无线射频识别(RFID)技术的发展，RFID设备的成本越来越便宜，性能越来越高。RFID技术已走向大规模应用，被广泛采用于会议管理、考勤管理、资产跟踪、重刑犯人监管及精神病人管理等。而利用RFID系统信号强度及标签的唯一性应用于目标物体的室内位置服务计算是一个有广阔前景的挑战性领域，精确定位能为决策支持提供非常重要的信息服务。
[0003]室外位置服务的计算通常采用GPS或北斗定位方法，但却不适合室内环境，因为复杂的室内环境使信号传播变得异常复杂。基于RFID的室内定位能够充分利用现有的网络设施，实现定位任务。相对于传统定位技术，它不需要额外的硬件来实现角度测量和时间同步。RFID定位系统受节点形状、放置方向、物体遮挡、反射、漫射、天线增益等因素的影响，使得传输数据不仅混杂幅度较小且数量较多的随机误差，而且还产生了因信号传输障碍等因素造成的测距误差(显著误差，gross errors),这二种误差使基于信号强度的定位系统可能产生不可忍受的定位误差。
[0004]目前已经有许多基于RFID的接收信号强度(RSSI)室内定位的典型研究。SpotON利用至少三个读卡器基于RSSI进行三边测距法对标签进行定位研究，其误差在3m左右。LANDMARC创新性的引入参考标签作为定位辅助，是一种经典的最近邻居室内定位算法，其定位误差大约在2m。LPM方法采用参考标签与读卡器同步定位的方法，定位的误差也在3m。Bekkali等采用多标签构成一种概率映射的方式，结合卡尔曼滤波对目标进行定位，其误差在0.5m到5m的范围,跳跃性非常大。Apostolia等提出了一种基于推理的定位机制。Festa等人提出了一种材料跟踪与室内定位的方法，其误差精度在Im到1.9m之间。Zou等研究者提出加权路径损失具有非常好的定位性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种实时室内定位系统及方法，该系统及方法定位精度高，稳定性强。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种实时室内定位系统，包括:
硬件层，包括定位激发器Exciter、读卡器Reader和设于移动目标物体上的标签tag,所述定位激发器Exciter设置于各区域入口，作为移动标签tag出入区域的标识，定位激发器Exciter将区域位置ID标识传送给可达范围内的标签tag ;各区域内布设有若干所述读卡器Reader,所述读卡器Reader用于接收标签tag发送的区域位置ID与本身的ID,并转发至通信层；
通信层，用于在获取硬件层发送的数据后，依据相关设备通讯协议进行解析得到可被理解的数据；数据获取层，用于对解析后的数据进行清洗及预处理；
位置计算层，用于根据清洗及预处理后的数据进行标签tag位置计算；
应用层，用于将位置计算层的计算结果展示给用户。
[0007]本发明还提供一种实时室内定位方法，包括以下步骤:
步骤S1:在间隔时间段Δ t内，读卡器连续采集设于移动目标物体上的标签tag的RSSI数据； 步骤S2:将采集到的RSSI数据存储于内存缓冲区，构成RSSI数据序列S={7?5^J1，RSSI2,…，RSSIn)；
步骤S3:判断所述RSSI数据序列S是否收敛，是则转步骤S6，否则转步骤S4 ；
步骤S4:预测RSSIi值，预测协方差，转步骤S5 ；
步骤S5:更新值，更新协方差，返回步骤S3 ；
步骤S6:更新内存缓冲区中的RSSI数据序列；
步骤S7:对更新后的RSSI数据序列进行归一化中位加权处理，得到对应的信号数据RSSIend ；
步骤S8:用对数-距离路径损耗模型进行RSSIend距离估计；
步骤S9:将估计的距离作为质心定位算法的输入来计算质心，质心即是目标节点的坐标。
[0008]进一步的，在步骤S4中，采用下式(I)预测RSSIi值:
【权利要求】
1.一种实时室内定位系统，其特征在于，包括: 硬件层，包括定位激发器Exciter、读卡器Reader和设于移动目标物体上的标签tag,所述定位激发器Exciter设置于各区域入口，作为移动标签tag出入区域的标识，定位激发器Exciter将区域位置ID标识传送给可达范围内的标签tag ;各区域内布设有若干所述读卡器Reader,所述读卡器Reader用于接收标签tag发送的区域位置ID与本身的ID,并转发至通信层； 通信层，用于在获取硬件层发送的数据后，依据相关设备通讯协议进行解析得到可被理解的数据； 数据获取层，用于对解析后的数据进行清洗及预处理； 位置计算层，用于根据清洗及预处理后的数据进行标签tag位置计算； 应用层，用于将位置计算层的计算结果展示给用户。
2.一种实时室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤S1:在间隔时间段Δ t内，读卡器连续采集设于移动目标物体上的标签tag的RSSI数据； 步骤S2:将采集到的RSSI数据存储于内存缓冲区，构成RSSI数据序列S={7?5^J1，RSSI2,…，RSSIn)； 步骤S3:判断所述RSSI数据序列S是否收敛，是则转步骤S6，否则转步骤S4 ； 步骤S4:预测RSSIi值，预测协方差，转步骤S5 ； 步骤S5:更新值，更新协方差，返回步骤S3 ； 步骤S6:更新内存缓冲区中的RSSI数据序列； 步骤S7:对更新后的RSSI数据序列进行归一化中位加权处理，得到对应的信号数据RSSIend ； 步骤S8:用对数-距离路径损耗模型进行RSSIend距离估计； 步骤S9:将估计的距离作为质心定位算法的输入来计算质心，质心即是目标节点的坐标。
3.根据权利要求2所述的一种实时室内定位方法，其特征在于，在步骤S4中，采用下式(1)预测/PUi值: X(k \k-1) = F.X(k-l\k-1)+B.V(Ji) (1)式中，Z(^-1)是利用上一时刻d-Ι)预测的结果计算得到的当前时刻(左-1)的值，ZHIU是上一时刻(U的最优预测值丫和A是系统参数._为现在状态的控制量。
4.根据权利要求3所述的一种实时室内定位方法，其特征在于，在步骤S4中，采用下式(2)预测协方差: Pik\k-l) = F- P{k-l\k-l)FT + C) (2) 式中产⑷左-1)是Z⑷左-1)对应的协方差，/是Hlk-1)对应的协方差，广是转置矩阵，^是系统噪声。
5.根据权利要求4所述的一种实时室内定位方法，其特征在于，在步骤5中，采用下式(3)更新TPUi值:
6.根据权利要求5所述的一种实时室内定位方法，其特征在于，在步骤S5中，采用下式(4)、(5)更新协方差:
7.根据权利要求1所述的一种实时室内定位方法，其特征在于，在步骤S7中，按如下方法对更新后的RSSI数据序列进行归一化中位加权处理: 在数据序列中，找到中位值i4^，然后以此中位值#^为基础计算每一个值的权值:
8.根据权利要求1所述的一种实时室内定位方法，其特征在于，在步骤S8中，用对数-距离路径损耗模型进行RSSIend距离估计的方法如下: 自由空间无线电传播路径损耗模型:
9.根据权利要求1所述的一种实时室内定位方法，其特征在于，在步骤S9中，质心的计算方法如下: 设目标节点的坐标为Cr，_7)，三个锚节点的坐标以及接收到的必值对应为:
(av b)，RSSI1 ； (a2, b2)，RSSI2 ； (a3, b)，RSSIz ； 接着，列出如下式子:
【文档编号】H04W64/00GK103997717SQ201410259297
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】肖如良, 李奕诺, 蔡声镇, 吴献, 林丽玉, 江少华 申请人:福建师范大学