一種Wi-Fi指紋輔助的室內移動終端慣性導航方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及室內導航領域，尤其適用于移動終端傳感器的室內導航方法。
【背景技術】
[0002] 目前，室內環境中定位與導航的需求日益增大，但是受復雜室內環境、定位精度等 條件的限制，基于衛星的全球定位系統（GPS)在室內、樓宇間等地方無法發揮其優勢，因此 需要采用其他技術來完成室內定位導航功能。
[0003] 室內定位技術主要包括Wi-Fi、射頻識別（RFID)、超聲波、Zigbee、藍牙、紅外線、 基于運動傳感器的慣性導航等技術。考慮到成本及實施復雜度問題，Wi-Fi定位與慣性導 航技術具有較大優勢。
[0004] Wi-Fi熱點分布廣泛，如地下停車場、倉庫、圖書館、大型商場、機場大廳等環境中。 這得Wi-Fi定位技術的應用可以節約大量成本，擁有巨大優勢。其中基于指紋的定位方法 由于相對簡單、成本低，而被廣泛應用。但是Wi-Fi信號容易受到干擾，信號強度容易產生 跳變，并且信號存在盲區，這會導致定位出現偏差，因此，只利用WiFi技術進行定位無法滿 足人們的需求。
[0005] 智能移動終端普遍配有陀螺儀、加速度傳感器、電子羅盤等運動傳感器，這使得基 于移動終端傳感器的慣性導航技術具有較好的推廣性。利用移動智能終端自帶傳感器進行 導航具有不易受環境影響、穩定性高等優勢。但是，由于電子羅盤易受環境干擾，會導致航 向角度出現偏差，且步態判斷誤差和步長估計誤差會導致行走距離誤差。這些因素造成的 累積誤差會導致慣性導航系統無法長時間精準工作。利用其他定位技術來輔助消除慣性導 航累計誤差成為了解決問題的關鍵。
[0006] 目前，室內定位導航技術中，大多采用基于移動終端傳感器的慣性導航技術，但是 由于慣性導航容易產生累積誤差，無法長時間精準工作。因此，本發明提出Wi-Fi指紋輔助 的室內移動終端慣性導航方法，周期地校正慣性導航位置，能夠有效消除傳感器慣性導航 累積誤差問題，提高了系統精度與魯棒性。
【發明內容】
[0007] 本發明要解決的技術問題是由于慣性導航技術易產生累積誤差，用于提高室內定 位導航精度。
[0008] 本發明的基本原理為：慣性導航技術中會產生累積誤差，根據Wi-Fi指紋定位技 術歐式距離與移動終端慣性導航距離的大小，確定加權系數，定時對慣性導航位置進行加 權校正，從而提高定位精度。
[0009] 本發明提供的聯合定位方法如圖1，具體實現步驟如下：
[0010] 步驟1 :確定整個定位區域內的所有采樣點N ;
[0011] 步驟2 :利用移動終端在第n個采樣點處采集得到k個Wi-Fi無線接入點AP的信 號強度值，即RSSIdRSSI2, ? ? ?，RSSIk，n= 1，2,…，N;
[0012] 步驟3 :把每個RSSI與其對應的MAC地址ID -起組成采樣點的位置指紋矩陣FP， 其中第n個采樣點的位置指紋記為
【主權項】
1. 一種Wi-Fi指紋輔助的室內移動終端慣性導航方法，其特征在于：包括以下實施步 驟： 步驟1 :確定整個定位區域內的所有采樣點N ; 步驟2 :利用移動終端在第η個采樣點處采集得到k個Wi-Fi無線接入點AP的信號強 度值，即 RSSI1, RSSI2, · · ·，RSSIk，η = 1，2,…，N ; 步驟3 :把每個RSSI與其對應的MAC地址ID -起組成采樣點的位置指紋矩陣FP，其 中第η個采樣點的位置指紋記為
IDi即為RSSI i對應的MAC地 址； 步驟4 :記下第η個采樣點的坐標FPn (X，y)并將該采樣點的坐標FPn(X，y)和位置指紋 ??"添加到指紋數據庫中； 步驟5 :重復執行步驟2?4,直到遍歷采樣區域內的所有采樣點，為采樣區域建立完整 的位置指紋數據庫； 步驟6 :移動終端導航工作時，設定行人起始位置（Χ(ι，％)和位置校正時間周期W，且計 時器開始計時； 步驟7 :行人行走時，移動終端慣性傳感器實時計算行人位置坐標，若行走時間達到位 置校正時間周期W之后，慣性傳感器計算出行人當前位置坐標（xd，yd)和行走距離L ; 步驟8 :移動終端開始掃描Wi-Fi無線接入點AP，得到k個AP的RSSI值，按照步驟3 獲取當前位置的指紋，即得到當前位置處的RSSI序列以及每個RSSI對應的MAC地址； 步驟9 :把當前位置的位置指紋的MC地址序列與指紋庫中所有采樣點的位置指紋的 MAC地址序列進行對比，計算指紋歐式距離d ; 步驟10 :對歐式距離d進行升序排序，選出前k個對應的指紋并平均其平面位置坐標， 獲得Wi-Fi指紋定位所得行人當前坐標為（xw, yw)，其中
步驟11 :設定歐氏距離的最小閾值為Tmin，最大閾值為Tmax。選取本次掃描得到的最小 歐式距離dmin進行判斷，若d min小于或等于T min，執行步驟13 ;若dmin大于或等于T _，執行步 驟8 ;若dmin大于T min并且小于T max，則執行步驟12 ; 步驟12 :計算加權系
b = l/dmin_Tmin和w = a+b。把當前所得慣性 傳感器導航坐標（xd, yd)與Wi-Fi定位坐標（xw, yw)進行加權計算出行人位置坐標（xt, yt)， 其中 Xt= l/w(a*xw+b*xd)，yt= l/w(a*yw+b*yd)，執行步驟 14; 步驟13 :把Wi-Fi定位坐標（xw, yw)設定為用戶終端當前坐標； 步驟14 :計時器清零，并重新開始計時，返回步驟7,直到定位結束。
2. 根據權利要求1所述的一種Wi-Fi指紋輔助的室內移動終端慣性導航方法，其特征 在于：實施場地布置有5個無線接入點AP， 利用Wi-Fi指紋輔助的室內移動終端慣性導航方法流程，包括以下步驟， (1) 在房間平面圖內建立直角坐標系，將第一個采樣點作為原點，并記為參考點 FP1 (0, 0)，然后每隔2米標記一個采樣點，整個平面圖內共48個采樣點，即48個參考點； (2) 終端在參考點FP1 (0, 0)位置，掃描到5個無線接入點APl?AP5,檢測到APl?AP5 的信號強度值RSSI，分別為：-66, -73, -100, -90, -80,單位dBm ; (3) 將步驟⑵得到的5個信號強度RSSI值及其對應的MAC地址ID1UD2UD3UD^ ID5 表示成參考點1的位置指紋：
(4) 終端將參考點1的地理坐標FP1O), 0)和對應的位置指紋FP^存到指紋數據庫中， 完成參考點1的指紋采樣； (5) 對采樣區域內48個采樣點重復執行步驟（2)?（4)，建立采樣區域的指紋數據庫， 將指紋數據庫數據上傳至服務器中； (6) 打開終端，設定測試人位置坐標為（0,2)，位置校正周期為30秒，開啟計時器； (7) 實驗人員開始向前行走，當實驗人員行走30秒后，行走距離為28米，慣性導航推算 位置坐標為（26. 2, 2.6); (8) 終端自動掃描無線接入點APl?AP5,記下掃描到的五個AP的RSSI值， 即-71，-75, -105, -95, -82,以及對應的 MAC 地址[ID1，ID2, ID3, ID4, ID5]，得到當前位置 處的指紋：
(9) 終端自動下載服務器中指紋庫，將位置A的位置指紋FP^ MAC地址序列[ID1， ID2, ID3, ID4, ID5]與服務器指紋庫中48個采樣點的位置指紋中的MAC地址序列進行指紋 匹配，得到歐式距離為序列為[145, 130, 138, 155, 170, ···，160]; (10) 選取最小三個歐式距離：130,138,145的指紋，將對應坐標進行平均得到Wi-Fi 定位坐標（31，2. 5); (11) 設定歐式距離最小閾值Tmin為120,最大閾值Tmax為150,本次掃描所得最小歐式 距尚(11^11為130，由于彳兩足1'1^11〈(1 1^11〈1'_，繼續向下執/(丁； (12) 計算加權系數a = 1/14, b = 1/10, w = 0. 17,對兩種定位位置進行加權得到實驗 人員最終坐標為（29. 2, 2. 52); (13) 計時器清零，并重新開始計時，重復執行步驟7?12,直到結束； 由上述實施步驟得到當行人行走時間達到校正周期后，實際坐標為（28. 5, 2)，Wi-Fi 指紋定位所得坐標為（31，2. 5)，傳感器慣性導航所得坐標為（26. 2, 2. 6)，本發明所提方法 校正后得到的坐標為（29. 2, 2. 52)，由此可知本發明能夠有效提高定位精度。
【專利摘要】本發明提供了一種Wi-Fi指紋輔助的室內移動終端慣性導航方法，利用Wi-Fi指紋定位技術得到的歐氏距離與移動終端慣性導航距離的值計算出加權系數，周期性地把Wi-Fi指紋定位得到的行人位置與移動終端慣性導航所得位置進行加權，由此計算得到移動終端的最終位置。與現有單純基于移動終端慣性傳感器的室內導航方法相比，本發明提出的方法能夠消除慣性傳感器導航的累積誤差，有效地提高室內導航精度。
【IPC分類】G01C21-16
【公開號】CN104535064
【申請號】CN201410838518
【發明人】黎海濤, 王奇, 齊雙
【申請人】北京工業大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月29日