一种基于Wi-Fi的室内定位方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于空间定位技术领域，具体涉及一种基于Wi-Fi的室内定位方法。
【背景技术】
[0002] 空间定位技术不仅应用于军事领域，随着网络技术的不断发展，也越来越多的应 用在民用领域。尤其是在移动互联网时代的今天，基于位置的服务已经成为移动互联网应 用的关键环节。
[0003] 目前常用的空间定位系统有全球定位系统(Global PositioMiMg System,GPS)和 北斗导航定位系统。这两种定位系统可在无遮挡环境下满足室外定位的要求，可是当在室 内环境或建筑物密集的街道中，由于卫星信号被建筑物等阻隔，定位精度低，难以达到室内 定位的要求。随着IEEE802.il技术的成熟，Wi-Fi的应用已经十分普遍。虽然Wi-Fi并不是为 定位而设计，但Wi-Fi的接入点(Access PoiMt，AP)定期发送的信号中所含的接收信号强度 (Received SigMal StreMgth，RSS)信息为定位提供了可能性，将其应用于定位场合受到了 学术界与产业界的极大关注。
[0004] 但是，由于室内环境下障碍物比较多，Wi-Fi信号很多时候无法通过L0S(LiMe of Sight)路径到达，而只能通过MLOS(M〇M LiMe of Sight)路径传播，从而使电磁信号经历了 由障碍物引起的附加传播损耗，使得基于接收信号强度指示(Received SigMal StreMgth 頂dicatioM，RSSI)的测距不准确，因此ML0S路径传播对定位精度影响很大，如何识别和消 除ML0S传播造成的影响，成为提尚室内定位精度的一个关键因素。
[0005] 现有技术中，研究人员已经提出了几种鉴别和抑制ML0S误差的方法，其中，鉴别方 法主要包括:Wy 1 ie识别算法、残差分析判决法、假设检验判决法等;抑制算法主要有残差加 权(Rwgh)算法、加权最小二乘(WLS)算法、带约束条件的最优化求解算法等。但这些方法都 需要ML0S误差的统计特性或历史信息，而在实际应用中获得这些统计特性或历史信息的难 度很大，不利于定位精度的提高，同时增加了定位技术的开发难度。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例的目的是提供一种基于Wi-Fi的室内定位方法，通过计算几何面积 来进行测距优化，有效消除了NL0S因素对室内定位造成的影响，提高了定位精度。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种基于Wi-Fi的室内定位方法，所述方法包括以 下步骤：
[0008] 步骤1，计算待定点到Wi-Fi第i个节点和第i+1个节点的第i个测量距离和第i+1个 测量距离，得到待定点的第i个偏移位置；
[0009] 步骤2,计算待定点真实位置与Wi-Fi室内所有相邻节点所组成的三角形面积之和 得到第一总面积，同时计算待定点所有偏移位置与Wi-Fi室内所有相邻节点所组成的三角 形面积之和得到第二总面积，计算所述第二总面积与所述第一总面积的差记为偏移总面 积；
[0010] 步骤3,根据信号衰减值与所述偏移总面积建立计算待定点真实位置、第i个偏移 位置与第i个节点和第i+1个节点所组成的四边形面积的第一方程；
[0011] 步骤4,根据所述第i个测量距离、第i+1个测量距离、第i个节点到第i+1个节点的 距离及海伦公式，计算待定点的第i个偏移位置与Wi-Fi第i个节点和第i+1个节点所组成的 三角形面积记为第i个测量面积；
[0012] 步骤5,设定待定点与Wi-Fi第i个节点的第i个真实距离和第i+1个节点的第i+1个 真实距离、第i个节点到第i+1个节点的距离及海伦公式，计算待定点真实位置与Wi-Fi第i 个节点和第i+1个节点所组成的三角形面积记为第i个真实面积；
[0013]步骤6,将第i个测量面积与第i个真实面积作差，得到由待定点真实位置、第i个偏 移位置与第i个节点和第i+1个节点所组成的四边形面积的第二方程；
[0014]步骤7,将所述第一方程与所述第二方程进行联立，得到真实距离的第i求解方程； [0015]步骤8,对Wi-Fi所有节点重复步骤2至步骤7,得到待定点到所有节点的真实距离 的求解方程，建立求解方程组；
[0016]步骤9,对所述方程组进行求解，得到所述待定点真实距离的解；
[0017]步骤10,将所述真实距离的解代入三边质心定位算法中对待定点进行定位。
[0018] 上述方案中，设定Wi-Fi在室内有3个节点AP^AP3,待定点为0，PLi是Wi-Fi节点 APi到待定点0的信号衰减值，待定点0到各Wi-Fi节点APi的真实距离为dSi，Wi-Fi节点APi到 APj的距离为dij;
[0019] 步骤2进一步包括：
[0020]依次计算0与所有相邻节点所组成的三个三角形的面积512、523、531，其中，S 12为0与 第1个节点和第2个节点所组成的三角形的面积，S23为0与第2个节点和第3个节点所组成的 三角形的面积，S 31为0与第3个节点和第1个节点所组成的三角形的面积;计算S = S12+S23+ S31 ;
[0021]设定待定点的偏移位置为(/，依次计算与所有相邻节点所组成的三个三角形的 面积5/12、5/23、5/31，其中，5/12为0 /与第1个节点和第2个节点所组成的三角形的面积，5/23 为〇'与第2个节点和第3个节点所组成的三角形的面积，S'31为0'与第3个节点和第1个节点 所组成的三角形的面积;计算S = S' 12+S'23+S'31;
[0022] 计算偏移总面积AS = S/_S。
[0023] 上述方案中，所述步骤3进一步包括：矣
[0024]所述第一方程具体为
[0026]上述方案中，计算待定点0到Wi-Fi节点APi的测量距离dSi '；其中，i = 1，2，3;相应 的，
[0027]所述第1个至第3个测量面积为：
[0030]所述第1个至第3个真实面积为
[0033] 所述第二方程为：
[0034] ASi2 = S/i2-Si2
[0035] A S23 = S/ 23_S23
[0036] ASi3 = S/ 31-S31
[0037] 上述方案中，将所述第一方程与所述第二方程联立，求解得到(^:的表达式，其中 自变量为 dSi'、dij、PLi;
[0038]将dSi作为dSi'的优化值，代入三边质心定位算法中对待定点0进行定位。
[0039]从以上实施例可以看出，本发明实施例的一种基于Wi-Fi的室内定位方法，首先通 过待定点的偏移位置计算出真实位置、偏移位置及所有相邻节点所组成的四边形的面积并 记为偏移总面积，在此位置信息基础上，再结合信号强度变化，通常为信号衰减值，建立计 算待定点真实位置、偏移位置与第i个节点和第i + 1个节点所组成的四边形面积的第一方 程;另一方面，根据路径损耗模型计算待定点到具体的两个相邻节点的测量距离，如第i个 节点和第i+1个节点，并根据测量面积及设定的真实面积得到第i个测量面积、第i个真实面 积，进一步得到计算待定点真实位置、偏移位置与第i个节点和第i+1个节点所组成的四边 形面积的第二方程，将所述第一方程与所述第二方程进行联立，得到真实距离的第i求解方 程;对Wi-Fi所有节点进行方程的联立，得到待定点到所有节点的真实距离的求解方程，建 立求解方程组;对所述方程组进行求解，得到所述待定点真实距离的解。其实真实距离的解 是测量值的优化值，然后将优化值代入三边质心定位算法中进行定位。本实施例以二维空 间中Wi-Fi节点的位置信息和信号强度为基础，基于路径损耗模型和海伦三角形面积法，通 过简单的计算多个三角形的面积，对测量距离进行优化，有效的提高了定位精度，巧妙的消 除了 NL0S对室内定位的影响，解决了原有消除NL0S影响需要获得NL0S统计特性或历史信息 的问题。
【附图说明】
[0040]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，