一種自適應的高精度室內定位方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自適應的高精度室內定位方法和系統(tǒng)，屬于無線室內定位領域。
【背景技術】
[0002] 無論是在室內還是在室外環(huán)境下，快速而準確地獲得終端的位置信息以及位置服 務的需求變得日益迫切。室內定位算法的性能指標有定位精度、時間開銷、定位實時性、算 法復雜度等。其中，定位精度是室內定位算法的關鍵指標。目前室內定位系統(tǒng)采用的技術主 要有射頻識別(RFID)、ZigBee、超聲波、視頻、超寬帶等;定位算法按照是否對距離進行測定 分為基于測距和非測距兩類。前者主要有T0A(Time of Arrivel)、AOA(Angle of Arrive)、 TDOA(TimeDifference of Arive)等方法，后者主要有基于接收信號強度（Received Signal Strength Indicator，以下簡稱為RSSI)的定位算法等。由于室內無線信號存在多 徑傳播，以及參考時鐘的不精確性，這些因素都將使距離估計的準確性大打折扣。另外，室 內情況下設備之間的距離較短，存在嚴重的反射、衍射和繞射等非直線傳播的情況，信號在 各條多徑分量上的時間相當接近，現(xiàn)有設備的分辨率不足以區(qū)分時間上如此接近的各路信 號，所以幾乎無法實現(xiàn)精確地Τ0Α估計和TD0A估計。
[0003] 而基于RSSI技術則具有檢測設備硬件成本低、測量信號穩(wěn)定可靠、定位算法簡單 等優(yōu)點被廣泛應用。室內定位系統(tǒng)較多采用的一種技術方案是采用RFID技術，由于其非基 礎和非視距等優(yōu)點成為優(yōu)選的定位技術。目前基于RSSI測距的方案通常采用三邊定位法， 其成本較低，較容易實現(xiàn)。一般情況是4個閱讀器中采用3個閱讀器聯(lián)立3個二元二次方程去 求出一組待定位的坐標，在4個閱讀器中選擇3個閱讀器對標簽進行定位坐標估計，可以得 到C43 = 4組待定位標簽的坐標，存在運行的時間長，計算出的坐標誤差大，算法魯棒性不好 等缺點。
[0004] 此外因為一些干擾源，包括溫度、空氣的運動以及運行在相同頻率的其他設備，會 使得某些位置的接收信號隨著時間發(fā)生漂移，造成采集到的數(shù)據(jù)存在較大的不可靠性和不 確定性。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術因接收信號漂移造成的誤差和坐標計算復雜度大的問題，根據(jù)本發(fā) 明技術方案的一個方面，提供了一種自適應的高精度室內定位方法，包括以下步驟
[0006] 步驟S10:采集各測量單元和待測點之間的原始RSSI值；
[0007] 步驟S20:判斷采集的各所述原始RSSI值是否為零，如果不為零，則對所述各RSSI 值做自循環(huán)卡爾曼濾波，獲得將原始RSSI的漂移移除后的值即RSSI_DR，自循環(huán)的次數(shù)大于 等于3;
[0008] 步驟S30:根據(jù)原始RSSI值獲取經(jīng)驗閾值γ，其中采用以下公式計算經(jīng)驗閾值γ : [0009]公式（l):p(d)=a · RSSI(d)raw2+b · RSSI(d)raw+c;
[0010]公式（2) :d = 10(p(dQ)-p⑷)/10n;
[0011] 其中d表示所述測量單元和所述待測點的距離，RSSI(d)raw表示在距離d采集的所 述原始RSSI值;p(d)表示閱讀器接收到標簽在距離d處發(fā)送的經(jīng)過加工后的信號強度;d0表 示近地參考距離，取值為1米;η為路徑損耗指數(shù)，取值范圍為η大于等于1，小于等于4;a，b，c 為經(jīng)驗系數(shù)，將取值(RSSI(d)raw，p(d)) = (0，-90)，（255，-30)，（RSSI(d0)raw，-40MfA&S (1)，可求得a，b，c的值和經(jīng)驗系數(shù)已知的公式（1);根據(jù)經(jīng)驗系數(shù)已知的公式（1)和公式(2) 聯(lián)立方程組，求得d的最大值，取d的最大值對應的RSSI_DR值為經(jīng)驗閾值γ ;
[0012] 步驟S40:判斷RSSI_DR與經(jīng)驗閾值γ的大小，當RSSI_DR大于經(jīng)驗閾值γ時，根據(jù) 公式（1)和公式(2)建立方程組，
[0013]
[0014] 代入（1?31((1)爾，？（(1)) = (0，-90)，（255，-30)，（1?31((10)爾，-40))及所述原始 RSSI值，從而計算出對應各所述測量單元和所述待測點之間的距離與所述原始RSSI值之間 的關系；當RSSI_DR小于于經(jīng)驗閾值γ時，根據(jù)公式（1)和公式⑵建立方程組，同時經(jīng)驗系 數(shù)a取0，
[0015]
[0016] 代入(RSSI (d)raw，p(d) ) = (0,-90)，（255,-30)及所述原始RSSI值，從而計算出對 應各所述測量單元和所述待測點之間的距離；
[0017] 步驟S40:判斷RSSI_DR與經(jīng)驗閾值γ的大小，當RSSI_DR大于經(jīng)驗閾值γ時，將原 始RSSI值代入二次方程，從而計算出對應所述測量單元和所述待測點之間的距離；當RSSI_ DR小于于經(jīng)驗閾值γ時，將原始RSSI值代入線性方程，從而計算出對應所述測量單元和所 述待測點之間的距離；
[0018] 步驟S50,根據(jù)各所述測量單元與待測點之間的距離，利用雙邊測量法確定待測點 的位置。
[0019] 優(yōu)選地，所述自循環(huán)卡爾曼濾波的次數(shù)為3次。
[0020] 優(yōu)選地，所述測量單元的數(shù)量是4個。
[0021] 優(yōu)選地，所述測量單元和所述待測點獲取所述RSSI值基于的無線通信技術是 RFID、藍牙或 WiFi。
[0022] 優(yōu)選地，所述路徑損耗指數(shù)η為1.8。
[0023] 優(yōu)選地，表示近地參考點RSSI值的所述RSSI(dO)raw的值為157
[0024] 優(yōu)選地，各所述測量單元的位置呈位于同一平面上的矩形。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明技術方案的另一個方面，提供了一種自適應的高精度室內定位系統(tǒng)， 包括以下模塊：
[0026] RSSI采集模塊，用于采集各測量單元和待測點之間的原始RSSI值；
[0027] 漂移移除模塊，用于判斷采集的各所述原始RSSI值是否為零，如果不為零，則對所 述各RSSI值做自循環(huán)卡爾曼濾波，獲得將原始RSSI的漂移移除后的值即RSSI_DR，自循環(huán)的 次數(shù)大于等于3;
[0028] 經(jīng)驗閾值獲取模塊，用于根據(jù)原始RSSI值獲取經(jīng)驗閾值γ，其中采用以下公式計 算經(jīng)驗閾值γ:
[0029] 公式（1) :p(d) =a · RSSI(d)raw2+b · RSSI(d)raw+c;
[0030] 公式（2) :d = 10(p(d°)-p(d))/10n;
[0031] 其中d表示所述測量單元和所述待測點的距離，RSSI(d)raw表示在距離d采集的所 述原始RSSI值;p(d)表示閱讀器接收到標簽在距離d處發(fā)送的經(jīng)過加工后的信號強度;d0表 示近地參考距離，取值為1米;η為路徑損耗指數(shù)，取值范圍為η大于等于1，小于等于4;a，b，c 為經(jīng)驗系數(shù)，將取值(RSSI(d)raw，p(d)) = (0，-90)，（255，-30)，（RSSI(d0)raw，-40MfA&S (1)，可求得a，b，c的值和經(jīng)驗系數(shù)已知的公式（1);根據(jù)經(jīng)驗系數(shù)已知的公式（1)和公式(2) 聯(lián)立方程組，求得d的最大值，取d的最大值對應的RSSI_DR值為經(jīng)驗閾值γ ;
[0032] 距離獲取模塊，用于判斷RSSI_DR與經(jīng)驗閾值γ的大小，當RSSI_DR大于經(jīng)驗閾值 γ時，根據(jù)公式（1)和公式(2)建立方程組，
[0033]
[0034] 代入（1?31((1)爾，？（(1)) = (0，-90)，（255，-30)，（1?31((10)爾，-40))及所述原始 RSSI值，從而計算出對應各所述測量單元和所述待測點之間的距離與所述原始RSSI值之間 的關系；當RSSI_DR小于于經(jīng)驗閾值γ時，根據(jù)公式（1)和公式⑵建立方程組，同時經(jīng)驗系 數(shù)a取0，
[0035]
[0036] 代入(RSSI (d)raw，p(d) ) = (0,-90)，（255,-30)及所述原始RSSI值，從而計算出對 應各所述測量單元和所述待測點之間的距離；
[0037] 定位模塊，用于根據(jù)各所述測量單元與待測點之間的距離，利用雙邊測量法確定 待測點的位置。
[0038] 本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:采取3次自循環(huán)卡爾曼濾波，能夠在控制運算量 的基礎上較為精確地移除漂移。根據(jù)漂移移除的RSSI_DR與經(jīng)驗閾值γ的大小，分別采用不 同的轉換函數(shù)，在提高精度的同時還可以降低運算量。比較采取雙邊測量法根據(jù)各所述測 量單元和待測點的距離，定位待測點的位置，可減少運算量，減少時間開銷，并且安全性更 高，誤差更小。
【附圖說明】
[0039]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對 本發(fā)明進行詳細描述。
[0040] 圖1所示為RSSI值經(jīng)過1到4次自循環(huán)卡爾曼濾波后的漂移移除的RSSI值與時間的 關系的折線圖。
[0041] 圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的