融合地磁场与wifi信号的室内定位方法
【专利摘要】本发明涉及室内定位【技术领域】，具体涉及融合地磁场与WIFI信号的室内定位方法。本发明的方法在离线采样阶段同时采集WIFI信号强度与地磁场信息样本上传至定位中心数据库，在定位中心采用主成份分析方法进行数据特征融合分析，生成融合投影矩阵，利用投影矩阵对数据库内所有采样信息进行投影，得到融合样本。在线定位阶段利用融合投影矩阵对终端接收到的WIFI与地磁场强度信息向量进行投影，生成融合向量，利用融合向量与定位中心数据库中的融合样本进行比对，得到定位结果。本发明方法在现有的普通智能手机上实现融合WIFI与地磁场强度信息的准确定位。
【专利说明】融合地磁场与WIFI信号的室内定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及室内定位【技术领域】，具体涉及融合地磁场与WIFI信号的室内定位方法。
【背景技术】
[0002]室内定位技术在室内公共场所监控、室内导航应用中具有重大价值，其中WIFI信号目前广泛存在于城市大多数场合，而目前大众消费的智能手机都具有WIFI接收功能，因此WIFI定位具有普遍性与易实现性；地球磁场因室内环境(钢筋混凝土结构、铁制门窗等)的影响，使地磁场在室内不同位置具有不同的场强分布，同时目前大众消费的智能手机基本带有磁感应计(最常见的应用就是手机上的电子指南针)，因此利用地磁场强度信息进行定位也是一种易于广泛使用的方法，但是单一的室内定位技术并不能取得十分理想的定位精度。
[0003]在发明专利201010176333.1与201010176348.8中提出了一种利用地磁信息进行室内定位与导航的装置，正如专利中所说，地磁信息往往受到电磁干扰(室内环境下通常是WIF1、电器等干扰)，因此该发明采用了复杂的谐振式巨磁阻抗非晶丝传感器来克服干扰，而实际上，WIFI信号本身也是一种有效的定位信息(发明专利201310107068.5、200910242700.0等)，单一的抗干扰方法不仅没有充分利用有效定位信息，而且需要增加额外的复杂抗电磁干扰设备，不利于在普通消费品手机终端上使用。而纵观现有的WIFI定位技术，也没有综合考虑地磁场强度信息。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种室内定位方法及系统，综合考虑WIFI与地磁场强度信息，进行有效的信息融合，能够充份利用与位置相关的有效信息，得到更为精确的定位结果。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案之一是，融合地磁场与WIFI信号的室内定位方法，包括以下步骤:
[0006]步骤1:在WIFI环境下,米集每个米样点的WIFI信号和地磁信号,将每一米样点的WIFI信号与地磁信号归一化处理，使其值域在同一个区间上，将同一采样点归一化后的WIFI信号与地磁信号组合成归一化混合指纹向量；
[0007]步骤2:排除归一化混合指纹向量中相互干扰影响的数值分量，提取出有鉴别力的定位信息，将所有采样点的归一化混合指纹向量构成训练矩阵，对训练矩阵进行方差进行主成分分析，提取出训练矩阵的主特征向量构成投影矩阵，利用投影矩阵将每一采样点归一化混合指纹向量投影，得到每一采样点的融合向量，并将所有采样点的融合向量存储到数据库中；
[0008]步骤3:采集待定位点的WIFI信号和地磁信号，并将该待定位点的WIFI信号和地磁信号归一化处理，将归一化后的WIFI信号与地磁信号组合成待定位点的归一化混合指纹向量，再利用投影矩阵对该待定位点的归一化混合指纹向量投影，得到该待定位点的融合向量；
[0009]步骤4:遍历数据库中所有采样点的融合向量，找出与该待定位点的融合向量相似度最大的采样点，并将该采样点作为定位位置。
[0010]进一步的，所述步骤I具体包括:
[0011]步骤11:在室内每隔一定距离进行均匀采样，并记录每一采样点Pi
(1=1,2, 3,......,N，N为正整数)的经纬度坐标位置、M个WIFI MAC ID (无线网卡物理地
址，M为正整数)、m个WIFI信号强度Xi (i=l, 2，3，......, m, m为正整数且m≥M)，地磁场
强度匕在乂、Y、Z方向上的三个分量(biX，biy，biZ)；
[0012]步骤12:将每一采样点Pi的m个WIFI信号强度Xi采用公式x, ^进行归一
化处理，使每一 WIFI信号强度Xi的值域在[0，I]之间，信号强度Xi最强为I，信号强度Xi最弱为0，对接收不到信号的WIFI MAC ID对应WIFI信号强度Xi设为O，构成一个M维WIFI指纹
【权利要求】
1.一种融合地磁场与WIFI信号的室内定位方法,其特征在于:包括 步骤1:在WIFI环境下，采集每个采样点的WIFI信号和地磁信号，将每一采样点的WIFI信号与地磁信号归一化处理，使其值域在同一个区间上，将同一采样点归一化后的WIFI信号与地磁信号组合成归一化混合指纹向量； 步骤2:排除归一化混合指纹向量中相互干扰影响的数值分量，提取出有鉴别力的定位信息，将所有采样点的归一化混合指纹向量构成训练矩阵，对训练矩阵进行方差进行主成分分析，提取出训练矩阵的主特征向量构成投影矩阵，利用投影矩阵将每一采样点归一化混合指纹向量投影，得到每一采样点的融合向量，并将所有采样点的融合向量存储到数据库中； 步骤3:采集待定位点的WIFI信号和地磁信号，并将该待定位点的WIFI信号和地磁信号归一化处理，将归一化后的WIFI信号与地磁信号组合成待定位点的归一化混合指纹向量，再利用投影矩阵对该待定位点的归一化混合指纹向量投影，得到该待定位点的融合向量; 步骤4:遍历数据库中所有采样点的融合向量，找出与该待定位点的融合向量相似度最大的采样点，并将该采样点作为定位位置。
2.根据权利要求1所述的一种融合地磁场与WIFI信号的室内定位方法,其特征在于:所述步骤I具体包括: 步骤11:在室内每隔一定距离进行均匀采样，并记录每一采样点Pi(i=l,2, 3,......,N，N为正整数)的经纬度坐标位置、M个WIFI MAC ID (无线网卡物理地址，M为正整数)、m个WIFI信号强度Xi (i=l, 2，3，......, m, m为正整数且m≤M)，地磁场强度匕在乂、Y、Z方向上的三个分量(biX，biy，biZ)； 步骤12:将每一采样点Pi的m个WIFI信号强度Xi采用公式.^进行归一化处理，使每一 WIFI信号强度Xi的值域在[O，I]之间，信号强度Xi最强为1，信号强度Xi最弱为O，对接收不到信号的WIFI MAC ID对应WIFI信号强度Xi设为O，构成一个M维WIFI指纹{χ?> Χ2> χ3)...，， 步骤13:将每一采样点Pi的地磁场强度匕在X、Y、Z方向上的三个分量(biX，biy, biZ)
b -40采用公式4 = io- M进行归一化处理，使地磁场信号强度bi在X、Y、Z方向上的三个分量
IZU — 4U(biX，biy，biZ)的值域分别都在[0，I]之间，信号最强为1，信号最弱为0， 步骤14:将归一化后的WIFI指纹Ix1, X2, X3,, XM}与归一化后的地磁场bi在X、Y、Z方向上的三个分量(bp, b^, b^)组成归一化混合指纹向量Pi=Uil, xi2, xi3,...，xiM, bix, biy,1^厂并将该混合指纹向量上传到定位中心服务器，记录至数据库的原始数据表， 步骤15:判断采样点Pi (i=l,2, 3,..., N, N为正整数)是否均匀遍布需要实现室内定位的区域，如果否则返回步骤11，如果是则执行步骤2。
3.根据权利要求1所述的一种融合地磁场与WIFI信号的室内定位方法,其特征在于:所述步骤2具体包括: 步骤21:从原 始数据表中取出N个归一化混合指纹向量Pi (i=l, 2，3，...，N)求平均向量
4.根据权利要求1所述的一种融合地磁场与WIFI信号的室内定位方法,其特征在于:所述步骤3具体包括: 步骤31:采集待定位点Pd的M个MAC ID、m个WIFI信号强度xDi (i=l, 2，3，......，m，m为正整数且m≥Μ)和地磁场强度bD在X、Y、Z方向上的三个分量(bDx，bDy, bDz)，
步骤32:将待定位点Pd的m个WIFI信号强度xDi采用公式
5.根据权利要求1所述的一种融合地磁场与WIFI信号的室内定位方法,其特征在于:所述步骤4具体包括:步骤41:遍历数据库中所有采样点Pi (i=l, 2, 3,..., N)的融合向量Fi(i=l, 2，3，...，N)，计算融合数据表中每个采样点Pi的融合向量Fi与终端融合向量Fd的相似度S:
S=| Fi-FD| 步骤42:将S值最小的采样点Pi作为待定位点PD，并将该待定位点Pd的经纬度坐标位置做为定位结果下发 到终端，完成定位。
【文档编号】G01S5/02GK103630873SQ201310632930
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】涂岩恺, 黄家乾, 陈典全, 时宜 申请人:厦门雅迅网络股份有限公司