專利名稱：一種無線信號接收強度分布曲線的自動估算方法
技術領域：
本發(fā)明設計無線室內定位技術領域，利用無線信號接收強度來進行設備定位，特別是一種能夠自動學習信號接收強度分布曲線采用點取值的自動估算方法。
背景技術：
室內定位技術是一種在室內環(huán)境中獲取人員物品位置信息的技術。室內定位技術在諸多領域有著廣泛的應用，如博物館導游、商場購物向導、物品人員追蹤、智能樓宇、機器人、普適計算以及物流等等。由于建筑物對無線信號有著很強的屏蔽作用，基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)如GPS等在室內無法正常工作。目前的室內定位技術主要是指利用室內的無線信號來進行定位技術，這些無線信號包括無線局域網(wǎng)信號、室內無繩電話信號、無線傳感器網(wǎng)絡以及其他專屬頻段的信號等等。通常來說，通過測量位置已知的發(fā)射機參看點(簡稱參考點) 發(fā)出的射頻信號的傳播時間和接收信號強度可以計算發(fā)射端到接收端的距離，然后由三角定位的方法，就可以測算出物體的位置。但是這兩種方法都存在較大的缺陷，首先，由于室內的距離很短，對傳播時間的計算精度要求很高，目前普通的無線系統(tǒng)都無法達到，必須使用特殊設計的設備，因此成本很高。其次，由于室內環(huán)境包括墻體、門、家具等諸多障礙，無線信號的傳播很不規(guī)則，無法用簡單的模型來表示，因此無論是用傳播時間還是接收信號強度計算所得的距離都存在較大的誤差。目前主流的室內定位系統(tǒng)采用的技術是對無線信號接收強度的分布進行提前校準，也就是說，在系統(tǒng)使用之前，由技術人員在建筑物的各個地方提前測量無線信號的接收強度，得到信號接收強度與位置的關系曲線，并記錄到數(shù)據(jù)庫中，沒在系統(tǒng)使用的時候，將待定位的設備觀測到的無線信號強度與數(shù)據(jù)庫進行比較，找到數(shù)據(jù)庫中最接近接受信號強度的記錄，從而得到設備所在的位置。這種方法的精度往往比較高，但是由于在系統(tǒng)運行前需要在建筑物各處進行提前校準，因此耗費大量的時間和安裝成本，同時，當系統(tǒng)發(fā)生變化，如參考點的位置發(fā)生變化、室內布置發(fā)生變化等情況發(fā)生時，射頻能量分布需要重新校準，因此這種方法的維護成本也很高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠在系統(tǒng)運行過程中，自動學習無線信號強度分布曲線，并能自適應由于系統(tǒng)環(huán)境變化如參考點的位置、參考點發(fā)射功率、室內設備的位置等參數(shù)的變化導致的無線信號強度分布曲線的變化。解決傳統(tǒng)室內定位系統(tǒng)需要人工定期對無線信號強度分布曲線進行校準的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案為一種無線信號接收強度分布曲線的自動估算方法，適用于在系統(tǒng)運行過程中自動學習無線信號接收強度分布曲線并能自適應環(huán)境變化導致的分布曲線變化，其特征在于包括步驟步驟I、選取室內環(huán)境下四個以上位置已知的參考點作為無線信號源，使用至少一個移動設備在室內環(huán)境中移動并對所接收到的各個參考點發(fā)出的信號強度進行采樣，得到
3一系列采樣點，發(fā)送至定位服務器；步驟II、定位服務器采用對數(shù)線性模型理論的無線信號和參數(shù)作為最初的場強分布曲線，并對每個參考點發(fā)出的信號在每個采樣點上的強度值進行計算；步驟III、當定位服務器收集到足夠多的接收信號強度信息后，基于該些信號強度信息利用最大期望算法對各采樣點上的場強進行學習，并對信號強度分布曲線在采樣點的取值進行自動估算1)對每個移動設備發(fā)送的每個接收信號強度Oi,計算在現(xiàn)有的信號強度分布曲線條件下，其位置在每個參考點&的概率分布P (Xk I Oi)，其中，Oi為觀測到的隨機變量序列，i 取值于有限集{1，2，…，M}，{xk:k彡1}是取值于有限狀態(tài){1，2，…，L}的潛在狀態(tài)序列， X1的分布稱為其初始分布；2)信號強度分布曲線在參考點&的值更新為
權利要求
1.一種無線信號接收強度分布曲線的自動估算方法，適用于在系統(tǒng)運行過程中自動學習無線信號接收強度分布曲線并能自適應環(huán)境變化導致的分布曲線變化，其特征在于包括步驟步驟I、選取室內環(huán)境下四個以上位置已知的參考點作為無線信號源，使用至少一個移動設備在室內環(huán)境中移動并對所接收到的各個參考點發(fā)出的信號強度進行采樣，得到一系列采樣點，發(fā)送至定位服務器；步驟II、定位服務器采用對數(shù)線性模型理論的無線信號和參數(shù)作為最初的場強分布曲線，并對每個參考點發(fā)出的信號在每個采樣點上的強度值進行計算；步驟III、當定位服務器收集到足夠多的接收信號強度信息后，基于該些信號強度信息利用最大期望算法對各采樣點上的場強進行學習，并對信號強度分布曲線在采樣點的取值進行自動估算1)對每個移動設備發(fā)送的每個接收信號強度0i，計算在現(xiàn)有的信號強度分布曲線條件下，其位置在每個參考點&的概率分布P Uk Ioi)，其中，Oi為觀測到的隨機變量序列，i取值于有限集{1，2，…，M}，{xk :k ^ 1}是取值于有限狀態(tài){1，2，…，L}的潛在狀態(tài)序列，X1 的分布稱為其初始分布；2)信號強度分布曲線在參考點&的值更新為
2.根據(jù)權利要求1所述的一種無線信號接收強度分布曲線的自動估算方法，其特征在于在步驟III后定位服務器利用最新的信號強度分布曲線，采用最小均方差統(tǒng)計估算法對移動設備的位置進行估算，計算公式為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線信號接收強度分布曲線的自動估算方法，采用理論的無線信號傳播模型和參數(shù)作為最初的強度分布曲線，系統(tǒng)運行過程中，只用移動設備不斷將接收到的接收信號強度和最大期望算法對強度分布函數(shù)進行學習，得到精確的場強分布曲線。在得到新的場強分布曲線后采用最小均方差統(tǒng)計估計算法對移動設備的位置進行估算。本發(fā)明提供的方法避免了無線定位系統(tǒng)繁瑣的校準過程，并能當系統(tǒng)發(fā)生變化時，自動重新校準，大大減少了定位系統(tǒng)的安裝和維護成本。本發(fā)明適用于無線局域網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡、藍牙或者手機網(wǎng)絡等。
文檔編號H04B17/00GK102307382SQ201110124440
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權日2011年5月16日
發(fā)明者劉文芝, 劉昭斌, 吳鑫, 王志紅, 王輝, 馬永 申請人:蘇州市職業(yè)大學