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一種基于WIFI定向天線的室內移動定位方法與流程

文檔序號:12136989閱讀:1014來源:國知局
本發(fā)明涉及室內移動定位方法,尤其涉及基于WIFI定向天線的室內移動定位方法。
背景技術
:無線局域網絡技術是20世紀末發(fā)展起來的一種高速無線網絡通信技術。WIFI網絡具有高速通信、部署方便的特點,目前很多室內環(huán)境和人們活動的熱點地區(qū)(如機場、車站、寫字樓、會展中心、大型酒店)均廣泛布置了WIFI網絡。在復雜的室內環(huán)境,如醫(yī)院、會展大廳、圖書館、超市、咖啡廳等環(huán)境中,常常需要確定人員在室內的位置,對于室內的無線定位技術有著相當大的需求?,F有的室內WIFI定位技術基本都是移動終端用戶自己主動請求定位,然后后臺服務器根據待定位終端采集的室內環(huán)境分布的多個WIFI接入節(jié)點的信號強度值、信號到達時間差等信號特征參數,利用位置指紋、三角定位等方法完成對目標終端的定位,并將定位結果返回用戶的智能WIFI終端。然而隨著社會的發(fā)展和網絡監(jiān)管的需要,在一些室內公共場合,網絡監(jiān)管方或移動終端用戶的監(jiān)護人需在移動終端用戶沒有主動參與、提出定位請求的情況下,對正在利用WIFI上網的移動終端位置進行精確定位。第三方定位因其特殊性,要求設備盡量小巧便攜,方便工作人員隨身攜帶;同時也要求定位算法精煉高效,既保證定位算法的實時性,還要保證定位算法的定位性能。目前,WIFI雖然在室內環(huán)境大量部署,但極少有WIFI網絡能在其覆蓋區(qū)域內提供基于某種定位技術對移動終端進行定位的功能.同時,面對目前市面上紛繁復雜的各類智能WIFI終端,對定位技術及其算法的普適性也提出了較高的要求,需要定位算法可以克服不同終端的射頻參數的差別,實現對目標的精確定位。為此,本發(fā)明提出了一種利用帶有定向天線,攜帶方便的移動WIFI路由器(簡稱移動AP)作為第三方設備,對室內環(huán)境中正在WIFI上網的移動智能終端進行精確定位的方法。技術實現要素:本發(fā)明的目的是提供一種基于WIFI定向天線的室內移動定位方法,該方法能夠實現室內環(huán)境下對正在利用WIFI上網的移動終端用戶實施快速、準確的第三方定位。本發(fā)明實現其發(fā)明目的所采用的技術方案是,一種基于WIFI定向天線的室內移動定位方法,包括以下步驟:A、第一測量點的測量:以當前所在的測量點為第一測量點,通過旋轉移動AP定向天線的角度,找出天線能接收到被測目標的信號強度值最大的角度;并將該角度指向被測目標的方向定義為y軸正方向,以第一測量點為坐標原點(0,0),建立測量坐標系;然后將移動AP的定向天線保持在y軸方向,再測出并記錄從被測目標接收到的信號強度值作為第一測量點的信號強度值Pr1;B、距離計算:將第一測量點的信號強度值Pr1與被測目標的信號發(fā)射強度標準值Pt代入路徑損耗模型中,計算出第一測量點與被測目標之間的估計距離d1;C、第二測量點的測量:將移動AP在測量坐標系中沿與x軸成移動角θ的方向移動距離d到達第二測量點(x2,y2);在第二測量點通過旋轉移動AP的定向天線的角度,找出能接收到被測目標的信號強度值最大時天線與x軸的角度ψ;然后將定向天線保持在角度ψ,再測出并記錄從被測目標接收到的信號強度值作為第二測量點的信號強度值Pr2;D、定位計算:根據第一測量點的信號強度值Pr1和第二測量點的信號強度值Pr2和第二測量點的坐標(x2,y2),算出信號強度差參數K,式中n是環(huán)境因子、其取值范圍為1.7-3.0;進而得出二次測量位置的橫坐標參數p,和二次測量位置的縱坐標參數q,再算出:定位計算中間參數一a,定位計算中間參數二b,定位計算中間參數三c,最后算出被測目標的縱坐標y,和被測目標的橫坐標x,得到被測目標的坐標位置(x,y),完成定位估計。與現有技術相比,本發(fā)明的有益效果是:一、與位置指紋定位法相比,本發(fā)明在實施定位前,不需要采集定位區(qū)域的信號強度指紋信息,建立指紋信息庫,減少了前期人力和時間的成本。同時,對定位區(qū)域的WIFI熱點分布沒有特殊要求,只要目標終端保持WIFI連接,就能采用本發(fā)明對其進行定位。二、本發(fā)明在定位過程中,不需要使用GPS等衛(wèi)星定位技術,避免了GPS定位技術在室內環(huán)境中具有較大誤差,甚至會因衛(wèi)星信號的丟失而無法定位;三、與基于TOA、TDOA、RSSI測距等利用多個固定的路由器采用三角定位法對目標進行定位的方法相比,本發(fā)明無需事先部署多個路由器,更容易實施;且受多徑、點播非視距傳播的影響很小,定位更準確可靠。四、本發(fā)明在定位解算部分,將兩個測量點的信號強度值相減,得到路徑損耗差:本發(fā)明利用信號強度差的方法,將兩個測量點的測量中涉及到的被測目標的智能WIFI終端的發(fā)射功率Pt直接抵消了,從而避免了不同的智能終端發(fā)射信號功率的差異對本定位算法形成的不利影響。其次,定位算法中的定位方程式是一元二次方程,有明確的閉式解,且計算復雜度較低,可以保證算法的實時性。進一步,本發(fā)明的移動AP設備是有定向天線和陀螺儀的WIFI路由器。進一步,本發(fā)明的步驟A中,測出并記錄從被測目標接收到的信號強度值作為第一測量點的信號強度值Pr1的具體做法是:5秒時間內連續(xù)十次測量接收到的被測目標發(fā)射信號的信號強度值,將十次測量值的平均值作為第一測量點的信號強度值Pr1;所述的步驟C中,測出并記錄從被測目標接收到的信號強度值作為第二測量點的信號強度值Pr2的具體做法是:5秒時間內連續(xù)十次測量接收到的被測目標發(fā)射信號的信號強度值,將十次測量值的平均值為第二測量點的信號強度值Pr2。進一步,本發(fā)明的步驟B中,被測目標的信號發(fā)射強度標準值Pt為80mW。由于市面上的智能WIFI終端種類繁雜,物理參數都有一些差別,且智能WIFI終端本身在使用時的設備狀態(tài)也比較多變。IEEE802.11給出的WIFI設備發(fā)射功率范圍為60mW~100mW,所以本發(fā)明在距離計算中,取IEEE推薦范圍的均值80mW作為智能WIFI終端的發(fā)射功率,具有普適性,盡量減小了因為未知終端設備發(fā)射信號功率的差異造成的距離計算誤差。進一步,本發(fā)明的步驟B中的路徑損耗模型為:模型中ξ是路徑損耗中的誤差因子,該誤差因子ξ和環(huán)境因子n的具體取值如下表所示。室內環(huán)境類型nξ超市2.28.7雜貨鋪1.85.2硬裝辦公環(huán)境3.07軟裝辦公環(huán)境2.49.6商業(yè)廣場1.77.9進一步,本發(fā)明的步驟C中,移動角θ的大小為80°-100°,移動距離d大于等于第一測量點與被測目標之間的估計距離d1的一半。以下結合具體實施方式,對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。具體實施方式實施例本發(fā)明的一種具體實施方式是,一種基于WIFI定向天線的室內移動定位方法,包括以下步驟:A、第一測量點的測量:以當前所在的測量點為第一測量點,通過旋轉移動AP定向天線的角度,找出天線能接收到被測目標的信號強度值最大的角度;并將該角度指向被測目標的方向定義為y軸正方向,以第一測量點為坐標原點(0,0),建立測量坐標系;然后將移動AP的定向天線保持在y軸方向,再測出并記錄從被測目標接收到的信號強度值作為第一測量點的信號強度值Pr1;B、距離計算:將第一測量點的信號強度值Pr1與被測目標的信號發(fā)射強度標準值Pt代入路徑損耗模型中,計算出第一測量點與被測目標之間的估計距離d1;C、第二測量點的測量:將移動AP在測量坐標系中沿與x軸成移動角θ的方向移動距離d到達第二測量點(x2,y2);在第二測量點通過旋轉移動AP的定向天線的角度,找出能接收到被測目標的信號強度值最大時天線與x軸的角度ψ;然后將定向天線保持在角度ψ,再測出并記錄從被測目標接收到的信號強度值作為第二測量點的信號強度值Pr2;D、定位計算:根據第一測量點的信號強度值Pr1和第二測量點的信號強度值Pr2和第二測量點的坐標(x2,y2),算出信號強度差參數K,式中n是環(huán)境因子、其取值范圍為1.7-3.0;進而得出二次測量位置的橫坐標參數p,和二次測量位置的縱坐標參數q,再算出:定位計算中間參數一a,定位計算中間參數二b,定位計算中間參數三c,最后算出被測目標的縱坐標y,和被測目標的橫坐標x,得到被測目標的坐標位置(x,y),完成定位估計。本例的移動AP設備是有定向天線和陀螺儀的WIFI路由器。本例的步驟A中,測出并記錄從被測目標接收到的信號強度值作為第一測量點的信號強度值Pr1的具體做法是:5秒時間內連續(xù)十次測量接收到的被測目標發(fā)射信號的信號強度值,將十次測量值的平均值作為第一測量點的信號強度值Pr1;步驟C中,測出并記錄從被測目標接收到的信號強度值作為第二測量點的信號強度值Pr2的具體做法是:5秒時間內連續(xù)十次測量接收到的被測目標發(fā)射信號的信號強度值,將十次測量值的平均值為第二測量點的信號強度值Pr2。本例的步驟B中,被測目標的信號發(fā)射強度標準值Pt為80mW。本例的步驟B中的路徑損耗模型為:模型中ξ是路徑損耗中的誤差因子,該誤差因子ξ和環(huán)境因子n的具體取值如下表所示。室內環(huán)境類型nξ超市2.28.7雜貨鋪1.85.2硬裝辦公環(huán)境3.07軟裝辦公環(huán)境2.49.6商業(yè)廣場1.77.9本例的步驟C中,移動角θ的大小為80°-100°,移動距離d大于等于第一測量點與被測目標之間的估計距離d1的一半。當前第1頁1 2 3 
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