WiFi環境中的定位方法及其系統的製作方法

2023-04-25 17:44:41

專利名稱：WiFi環境中的定位方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及定位領域，尤其涉及WiFi環境中的定位方法及其系統。
背景技術：
隨著現代通信技術的發展以及計算技術的普及，對於定位的要求已不再局限於戶 外，對室內位置感知計算(Indoor-Location-Aware Computing)的需求也日益增多，例如機 場、大型購物廣場內的導航、會議指南、資源查找、井下工作人員的定位、老人與兒童監護等 等。基於衛星通信的GPS(全球定位系統)是目前應用最為廣泛的定位技術，它通過GPS接 收器，利用來自4個不同衛星信號到達的時間來估算位置，以提供接近全球的定位覆蓋範 圍服務。GPS系統良好的定位精度，使其在軍事和民用領域都獲得了廣泛的應用。但其最大 的限制在於需要與衛星保持視線可視的條件，在室內或建築物環境中，由於無線信號無法 直接傳送到移動端設備，因此無法達到要求的定位精度，甚至無法定位；此外應用GPS系統 的用戶終端的造價也較高，因此GPS不適用於室內定位系統。 基於WiFi協議的無線區域網(WLAN)的定位已得到日益廣泛的應用，目前主流的 PDA、筆記本等行動裝置中都內置了無線網卡，為定位技術提供了設備保障。基於信號強度 的定位技術的基本原理是根據接收到的信號的強度推算信號接收器與信號源之間的距離.
在室內定位系統當中，會發生信源的損耗、故障或斷電等狀況。某些信源無法正常 工作，對於整體環境而言，意味著信號場發生變化。此問題稱為動態信源問題。
例如，在現有技術中，室內定位系統根據設備所接收到的RSS信號估計其物理位 置。以圖1為例，圖1中規定任一物理位置為L = (x， y)，其中x和y各自表示x坐標和y 坐標值。以圖片左上角為原點，向右為x增加的方向，向下為y增加的方向。該環境中布置 N個AP信號源，在圖1中N為7。 N個AP(接入點)信號源以及牆壁等各結構構成該室內空間特有的信號場分布。 在訓練階段， 一個安裝信號採集軟體的移動客戶端進入該環境，搜索得到N個AP信號源，接 收N個AP的信號，該N個AP的信號強度組成N維信號向量。因此，由該設備在某一固定位 置所接收到的信號可描述為S = (Sl， s2，， sN)T G RN，並且由地圖上的坐標，可計算出對 應的位置L二 (x，y)。通過在不同位置採集信號，建立出信號到位置的映射模型；測試階段， 基於該模型將實時接收到的信號所處的位置估計出來。 對於動態信源問題，訓練階段設備接收N維向量，而測試階段設備只接收到N'個 向量，S二(Sp^，…，s,)T當中只有部分AP的信號Si被探測到。同時，又由於時隔一段時 間，兩階段環境發生改變且設備也會發生改變，因此測試階段與訓練階段的信號相比，此時 的信號不僅維數不同，而且信號值也並不一致，因此無法用測試階段的信號與訓練階段的 信號進行匹配。 現有技術中一種方法是直接丟棄異常信源信號，另一種方法中論文Terrestrial Mobile User Positioning Using TD0A and FingerprintingTechniques. PhD , University of New South Wales, 2006，中將所有異常信源信號值用-lOOdBm補齊。現有技術中的該些方法都造成定位精度的明顯下降。

發明內容
為了解決上述的技術問題，提供了 WiFi環境中的定位方法及其系統，能夠提高 WiFi環境中定位的精確度。 本發明公開了一種WiFi環境中的定位方法，包括 步驟l，對WiFi環境的區域進行位置劃分，採集所有位置在所有信源無缺失環境 下的信號強度建立信號強度到位置標號間的映射模型； 步驟2，採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度，根據採集到的所有位置 在所有信源無缺失環境下的信號強度和部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度按流 行正則化方法求解回歸函數； 步驟3，在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強度，將所述信號強 度帶入所述回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源對應的補充信號強 度，依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由所述映射模型計算出所述待定位位 置的位置標號。 所述步驟2進一步為， 步驟21，採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度；
步驟22，對位置接收的信號源的信號強度進行聚類； 步驟23，對應每個聚類，根據聚類中所有位置採集到的在所有信源無缺失環境下 的信號強度和聚類中部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度按流行正則化方法求解 回歸函數。 所述步驟3進一步為， 步驟31，在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強度； 步驟32，確定所述待定位位置接收到的信源的信號強度所屬的聚類； 步驟33，將所述待定位位置接收到的信源的信號強度帶入所屬聚類對應的回歸函
數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源對應的補充信號強度； 步驟34，依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由所述映射模型計算出
所述定位位置的位置標號。 所述步驟1和所述步驟2中都被採集到的信號的信源為正常信源，在所述步驟2 中未被採集到的信源為異常信源；
所述步驟22進一步為， 步驟41，將所述步驟1中採集的所有位置上接收的正常信源的信號強度和所述步 驟2中採集的部分位置接收的正常信源的信號強度組成信號強度矩陣，矩陣中的行代表位 置，列代表正常信號源的信號強度，行向量為對應位置的信號向量； 步驟42，計算各個位置的信號向量間明氏距離，將明氏距離小於預設閥值的信號
向量分為同一個聚類。 所述步驟32進一步為， 步驟51，對於每個聚類，計算聚類中所有信號向量對應於同一信源的信號強度的 平均值，所述平均值組成聚類中心向量；
步驟52，計算待定位位置的信號向量同各個聚類的聚類中心向量間明氏距離，最
小明氏距離對應的聚類為所述待定位位置的信號向量所屬的聚類。 所述步驟23進一步為， 步驟61，根據聚類中位置的信號向量，計算聚類的拉普拉斯圖； 所述62，將所述聚類的拉普拉斯圖，聚類中所有位置在所述步驟1中採集的所有
信源的信號強度，所述聚類的部分位置在所述步驟2中採集的正常信源的信號強度帶入流
行正則化公式，求解出所述聚類的回歸函數。 所述步驟21和所述步驟22間還包括 步驟71，對所述步驟1和所述步驟2中採集的信號強度進行高斯平滑和歸一化；
所述步驟31和所述步驟32間還包括 步驟72，對待定位位置所接收到的信源的信號強度進行高斯平滑和歸一化。
本發明還公開了一種WiFi環境中的定位系統，包括 映射模型建立模塊，用於對WiFi環境的區域進行位置劃分，採集所有位置在所有
信源無缺失環境下的信號強度建立信號強度到位置標號間的映射模型； 回歸函數求解模塊，用於採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度，根據
採集到的所有位置在所有信源無缺失環境下的信號強度和部分位置在部分信源缺失環境
下的信號強度按流行正則化方法求解回歸函數； 位置標識模塊，用於在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強度， 將所述信號強度帶入所述回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源對應 的補充信號強度，依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由所述映射模型計算出 所述待定位位置的位置標號。 所述回歸函數求解模塊進一步用於採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號 強度；對位置接收的信號源的信號強度進行聚類；對應每個聚類，根據聚類中所有位置採 集到的在所有信源無缺失環境下的信號強度和聚類中部分位置在部分信源缺失環境下的 信號強度按流行正則化方法求解回歸函數。 所述位置標識模塊進一步用於在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的 信號強度；確定所述待定位位置接收到的信源的信號強度所屬的聚類；將所述待定位位置 接收到的信源的信號強度帶入所屬聚類對應的回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到 信號強度的信源對應的補充信號強度；依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由 所述映射模型計算出所述定位位置的位置標號。 所述映射模型建立模塊和所述回歸函數求解模塊中都被採集到的信號的信源為 正常信源，在所述回歸函數求解模塊中未被採集到的信源為異常信源； 所述回歸函數求解模塊根據位置接收的信號源的信號強度對信號強度進行聚類
時進一步用於將所述映射模型建立模塊採集的所有位置上接收的正常信源的信號強度和
所述回歸函數求解模塊採集的部分位置接收的正常信源的信號強度組成信號強度矩陣，矩
陣中的行代表位置，列代表正常信號源的信號強度，行向量為對應位置的信號向量；計算各
個位置的信號向量間明氏距離，將明氏距離小於預設閥值的信號向量分為同一個聚類。 所述位置標識模塊在根據所述待定位位置接收到的信源的信號強度確定所述信
號強度所屬的聚類時進一步對於每個聚類，計算聚類中所有信號向量對應於同一信源的信號強度的平均值，所述平均值組成聚類中心向量；計算待定位位置的信號向量同各個聚類 的聚類中心向量間明氏距離，最小明氏距離對應的聚類為所述待定位位置的信號向量所屬 的聚類。 所述回歸函數求解模塊在對應每個聚類求解回歸函數時進一步用於根據聚類中 位置的信號向量，計算聚類的拉普拉斯圖；將所述聚類的拉普拉斯圖，聚類中所有位置在所 述映射模型建立模塊採集的所有信源的信號強度，所述聚類的部分位置在所述回歸函數求 解模塊中採集的正常信源的信號強度帶入流行正則化公式，求解出所述聚類的回歸函數。
所述系統還包括歸一化平滑模塊，用於對所述映射模型建立模塊和所述回歸函數 求解模塊採集的信號強度進行高斯平滑和歸一化；以及對待定位位置所接收到的信源的信 號強度進行高斯平滑和歸一化。 本發明的有益效果在於，通過基於流形正則化框架的回歸方法來處理動態信源問 題，使得定位系統對信源的損耗以及斷電等故障有足夠的容錯能力以提高系統魯棒性，不 僅可以避免重複收集數據的人工勞動，同時能夠保持有效的定位精確度；並且定位精度同 不補充缺失信源的方法相比，3m以內提高13%，lm以內提高18%。


圖1是舉例的進行定位的WiFi環境示意圖； 圖2是本發明WiFi環境中的定位方法的流程圖； 圖3是本發明WiFi環境中的定位方法的具體實施方式
的流程圖； 圖4是本發明WiFi環境中的定位系統的結構圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明做進一步的詳細描述。 在一個舉例中，圖1所示的WiFi環境中檢測到的信號如表1所示。
APIAP2AP3AP4AP5AP6AP7
L4&Train@tl-69-52-49-56-58-68-65
L4&Train@t3-70-55-48-49-58-68-58
L4&Train@tl9-61-61-43-60-60-76-72
L4&Test@tl-65-59-50-57-61
L5&Train@tl-60-56-37-56-62-68-63
L5&Test@tl-52-54-30-58-66
8APIAP2AP3AP4AP5AP6AP7
L100&Train@tl-80-72-72-39-46-67-56
L100&Test@tl-72-62-59-41-31 表1 表1中Lx表示圖1中的標號x方格，如L4表示標號4的方格。Train表示訓練階 段，Test表示測試階段，tx表示在某一位置上的x時刻採集。採集數據時，在同一個地點 採集一定時間段的信號。在本例中，測試階段由於出現動態信源問題而無法探測到接入點 AP6和接入點AP7的信號。 在WiFi環境中的信號、時間、以及距離間具備如下特點。 (1)在同一個位置上兩階段所接收到的信號向量相比於其他位置的信號向量更為 接近，如在L4&Test接收到的信號向量相比於L5位置和L100位置更接近於L4&Train。
(2)在同一個位置上，時間相鄰更近的兩個信號向量，在信號空間中距離更接近， 如L4&Train@tl信號向量相比於L4&Train@tl9的信號向量同L4&Train@t3的信號空間向 量的距離更小。 (3)空間上接近的兩個位置，其對應的信號向量距離更為相近，如相比於LIOO， L4 上所採集到的信號向量同L5上的信號向量的距離更小。 (4)物理位置上更接近信號源的信號向量，其信號值更強，如L4接近AP3，在第3
維的信號更強。 利用上述規律本發明WiFi環境中的定位方法，如圖2所示。 步驟SIOO，在訓練階段，對WiFi環境的區域進行位置劃分，採集所有位置在所有
信源無缺失環境下的信號強度建立信號強度到位置標號間的映射模型。 步驟S200，在訓練階段，採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度，根據採
集到的所有位置在所有信源無缺失環境下的信號強度和部分位置在部分信源缺失環境下
的信號強度按流行正則化方法求解回歸函數。 步驟S300，在測試階段，檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強度，將該些信 號強度帶入所述回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源對應的補充信 號強度，依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由映射模型計算出所述待定位位 置的位置標號。 較佳的，步驟S200進一步為， 步驟S210，採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度。
步驟S220，對位置接收的信號源的信號強度進行聚類。 步驟S230，對應每個聚類，根據聚類中所有位置採集到的在所有信源無缺失環境 下的信號強度和聚類中部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度按流行正則化方法求 解回歸函數。
較佳的， 所述步驟S300進一步為，
步驟S310，在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強度。 步驟S320，確定待定位位置接收到的信源的信號強度所屬的聚類。 步驟S330，將所述待定位位置接收到的信源的信號強度帶入所述信號強度所屬
聚類對應的回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源對應的補充信號強度。 步驟S340，依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由所述映射模型計算
出所述定位位置的位置標號。
具體實施方式
如圖3所示。 步驟S301，在訓練階段，對WiFi環境的區域進行位置劃分，採集所有位置在所有
信源無缺失環境下的信號強度建立信號強度到位置標號間的映射模型。 將WiFi環境的區域劃分m個位置，分別用設備1和設備2在位置上採集信號。設
備1採集階段模擬所有信源均無缺失時的環境，設備1採集到所有位置的所有信源信號。
WiFi環境中共有N個AP (接入點)，設備1採集m個位置的N個AP的信號，mXN的矩陣表
示各個位置接收的各個AP的信號強度，其中，行對應位置，列對應為AP。 設備2採集部分信源無法工作時的環境下部分位置的部分AP信號強度。 設備2採集m'個位置的N'個AP的信號，N〉N' ，m>m' ，m' XN'的矩陣表
示部分位置接收的部分AP的信號強度，其中，行對應位置，列對應為AP。 設備1和設備2在採集信號強度的同時，記錄下每個信號強度對應的採集時間。 步驟S302，對設備1和設備2採集的信號強度數據進行預處理。 因為AP信號具有高噪聲，對設備1和設備2採集的信號強度的數據進行了高斯平
滑；並對信號強度對應的數據進行歸一化處理，使信號強度歸一化到[O，l]區間。 因為用戶在短時間行走過程中不會跨越太長的距離，因而信號不會產生巨大的跳
躍，所以信號強度的數據應該是比較平滑的衰減過程。高斯平滑能夠有效地剔除噪聲數據，
提高定位的精確度。 步驟S303，對位置接收的信號源的信號強度進行聚類。 信號被設備1和設備2被採集到的信源為正常信源，信號沒有被設備2採集到的 信源為異常信源。 選取設備1採集的信號矩陣中N'個正常信源的mXN'矩陣，結合設備2採集的 m' XN'矩陣，構成信號矩陣S，信號矩陣S為(m+m' ) XN'，行對應位置，列對應為正常 信源。 採用距離相似函數計算位置間的相似度，根據相似度對位置聚類。
信號矩陣的每一行對應為一個信號向量。 利用KNN方法，其中使用的距離相似函數為明氏距離| |Si-Sj| lp， Si表示信號矩 陣S的第i行，Sj表示信號矩陣S的第j行，信號矩陣的每一行可以叫做一個信號向量。 lsi-Sjl lp代表兩個信號向量的相似程度，值越小，說明兩個向量的相似度越大，越有可能 聚成一類。將相似度小於預設閥值的信號向量聚為一類，將採集到的所有信號聚類，聚合相 似向量。明氏距離的計算公式為lk-Sjllp二dij(p) = (|Si-Sj|p)1/p。
步驟S304，對每個聚類，利用流行正則化方法求對應的回歸函數。
步驟S304具體實現方式如步驟S304a和S304b所示。
步驟S304a，按正則化方法計算拉普拉斯圖L = D_W，，其中，W為鄰接矩陣，D為對 角矩陣；對角線矩陣D的對角線上元素為鄰接矩陣W各行元素的和。
構造鄰接矩陣W的方法如步驟S304al至S304a5所述。 步驟S304al，對於每個信號向量Si G S，按位置的信號向量間的明氏距離決定位 置的初始的k個鄰居，k個鄰居對應的信號向量為sn，…，Sik記為S,"' =[^, — ,^]，鄰居按
離Si的距離I |Si-Sj| lp升序排列。 Si表示信號矩陣S的第i行，信號矩陣的每一行為一個信號向量。 採用明氏距離I |Si-Sj| lp進行計算，如果信號向量Sj與Si的明氏距離最小，則兩
者相似度最大，則Sj為Si的一個鄰居，並升序排序時排在第一個，表示為Sil。 步驟S304a2 ，計算Si-^ I的所有奇異值集合{ o」(k' "}，並有序排列，表示為
a，') 2…2cr,(")，以第d個的奇異值為界，按如下公式計算比值。 步驟S304a3，如果仏</72，其中，^， n 2為預設的比值上下界，則& =《"，執 行步驟S304b。 步驟S304a4，如果/f <化，添加一個近鄰，k+l個近鄰並執行步驟S304al ;如果
，去除S，的最後鄰居，並得到S,—"，返回步驟S304al。 添加近鄰的方法具體為按明氏距離；將第k+l個離信號向量si最近的信號向量作 為第k+l個鄰居。 步驟S304a5，將小於一定時間間隔| | t「tj | | < A T的兩個信號向量連接起來，並 如同上述方法找出鄰居點。 步驟S304b，將聚類的拉普拉斯圖，聚類中所有位置在設備1採集的所有信源的信 號強度，聚類中對應於設備2採集的正常信源的信號強度帶入流行正則化公式，求解出所 述聚類的回歸函數。 文獻Belkin，M. ，Niyogi，P. ，& Sindhwani，V. (2004b) ，Manifoldregularization : A geometric framework for learning from examples, Technical Report TR_2004_06， University of Chicago中記載有流行正則化的具體計算步驟。 步驟S305，在測試階段，測試樣本為全部未標定的用戶行走軌跡形成的信號序列。
步驟S306，對測試樣本進行預處理。 採用和訓練樣本預處理一樣的高斯平滑方法，剔除測試樣本中的噪聲。對樣本進 行歸一化處理，使之變化到[O，l]區間。 步驟S307，確定未標記的待定位位置接收的信號的信號強度所屬的聚類。 對於每個聚類，計算聚類中所有信號向量對應於同一信源的信號強度的平均值，
所述平均值組成聚類中心向量。計算待定位位置的信號強度同各個聚類的聚類中心向量間
明氏距離，最小明氏距離對應的聚類為所述待定位位置的信號強度所屬的聚類。 步驟S308，將待定位位置所接收到的正常信源的信號強度帶入該信號強度所屬聚
類的回歸函數，計算出在待定位位置上異常信源對應的信號強度，該信號強度作為對應異
常信源的補充信號強度。
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輸入待定位位置上的包含N'個AP信號強度的信號向量到回歸函數中，得到待定 位位置上未接收到N-N'個AP的信號強度，該信號強度為對應AP的補充信號強度。步驟 S309，依據待定位位置接收的正常信源的信號強度和異常信源的補充信號強度由映射模型 計算出該定位位置的位置標號。 比如K最近鄰(K-NN)方法作為映射模型，首先將待定位位置接收的正常信源的信 號強度和異常信源的補充信號強度與採集所有位置在所有信源無缺失環境下的各個信號 強度向量進行比較，使用明氏距離公式計算它們兩兩之間的距離，並選出與之距離最小的K 個鄰居，然後對這K個鄰居所對應的位置坐標求平均，將此平均值作為信號強度對應的位置。 —種WiFi環境中的定位系統如圖4所示。 映射模型建立模塊100，用於對WiFi環境的區域進行位置劃分，採集所有位置在
所有信源無缺失環境下的信號強度建立信號強度到位置標號間的映射模型。 回歸函數求解模塊200，用於採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度，根
據採集到的所有位置在所有信源無缺失環境下的信號強度和部分位置在部分信源缺失環
境下的信號強度按流行正則化方法求解回歸函數。 位置標識模塊300，用於在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強 度，將所述信號強度帶入所述回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源 對應的補充信號強度，依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由所述映射模型計 算出所述待定位位置的位置標號。 較佳的，回歸函數求解模塊200進一步用於採集部分位置在部分信源缺失環境下 的信號強度；對位置接收的信號源的信號強度進行聚類；對應每個聚類，根據聚類中所有 位置採集到的在所有信源無缺失環境下的信號強度和聚類中部分位置在部分信源缺失環 境下的信號強度按流行正則化方法求解回歸函數。 較佳的，位置標識模塊300進一步用於在測試階段檢測到待定位位置所接收到的 信源的信號強度；確定所述待定位位置接收到的信源的信號強度所屬的聚類；將所述待定 位位置接收到的信源的信號強度帶入所屬聚類對應的回歸函數，計算出在待定位位置上未 接收到信號強度的信源對應的補充信號強度；依據待定位位置接收的信號強度和補充信號 強度由所述映射模型計算出所述定位位置的位置標號。 較佳的，映射模型建立模塊100和回歸函數求解模塊200中都被採集到的信號的
信源為正常信源，在回歸函數求解模塊200中未被採集到的信源為異常信源； 回歸函數求解模塊200根據位置接收的信號源的信號強度對信號強度進行聚類
時進一步用於將映射模型建立模塊100採集的所有位置上接收的正常信源的信號強度和
回歸函數求解模塊200採集的部分位置接收的正常信源的信號強度組成信號強度矩陣，矩
陣中的行代表位置，列代表正常信號源的信號強度，行向量為對應位置的信號向量；計算各
個位置的信號向量間明氏距離，將明氏距離小於預設閥值的信號向量分為同一個聚類。 較佳的，位置標識模塊300在根據所述待定位位置接收到的信源的信號強度確定
所述信號強度所屬的聚類時進一步對於每個聚類，計算聚類中所有信號向量對應於同一信
源的信號強度的平均值，所述平均值組成聚類中心向量；計算待定位位置的信號向量同各
個聚類的聚類中心向量間明氏距離，最小明氏距離對應的聚類為所述待定位位置的信號向量所屬的聚類。 較佳的，回歸函數求解模塊200在對應每個聚類求解回歸函數時進一步用於根據 聚類中位置的信號向量，計算聚類的拉普拉斯圖；將所述聚類的拉普拉斯圖，聚類中所有位 置在映射模型建立模塊100採集的所有信源的信號強度，所述聚類的部分位置在回歸函數 求解模塊200中採集的正常信源的信號強度帶入流行正則化公式，求解出所述聚類的回歸 函數。 較佳的，系統還包括歸一化平滑模塊，用於對映射模型建立模塊100和回歸函數 求解模塊200採集的信號強度進行高斯平滑和歸一化；以及對待定位位置所接收到的信源 的信號強度進行高斯平滑和歸一化。 本領域的技術人員在不脫離權利要求書確定的本發明的精神和範圍的條件下，還 可以對以上內容進行各種各樣的修改。因此本發明的範圍並不僅限於以上的說明，而是由 權利要求書的範圍來確定的。
權利要求
一種WiFi環境中的定位方法，包括步驟1，對WiFi環境的區域進行位置劃分，採集所有位置在所有信源無缺失環境下的信號強度建立信號強度到位置標號間的映射模型；其特徵在於，所述方法還包括步驟2，採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度，根據採集到的所有位置在所有信源無缺失環境下的信號強度和部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度按流行正則化方法求解回歸函數；步驟3，在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強度，將所述信號強度帶入所述回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源對應的補充信號強度，依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由所述映射模型計算出所述待定位位置的位置標號。
2. 如權利要求1所述的WiFi環境中的定位方法，其特徵在於， 所述步驟2進一步為，步驟21，採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度； 步驟22，對位置接收的信號源的信號強度進行聚類；步驟23，對應每個聚類，根據聚類中所有位置採集到的在所有信源無缺失環境下的信 號強度和聚類中部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度按流行正則化方法求解回歸 函數。
3. 如權利要求2所述的WiFi環境中的定位方法，其特徵在於， 所述步驟3進一步為，步驟31，在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強度； 步驟32，確定所述待定位位置接收到的信源的信號強度所屬的聚類； 步驟33，將所述待定位位置接收到的信源的信號強度帶入所屬聚類對應的回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源對應的補充信號強度；步驟34，依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由所述映射模型計算出所述定位位置的位置標號。
4. 如權利要求3所述的WiFi環境中的定位方法，其特徵在於，所述步驟1和所述步驟2中都被採集到的信號的信源為正常信源，在所述步驟2中未 被採集到的信源為異常信源； 所述步驟22進一步為，步驟41，將所述步驟1中採集的所有位置上接收的正常信源的信號強度和所述步驟2 中採集的部分位置接收的正常信源的信號強度組成信號強度矩陣，矩陣中的行代表位置， 列代表正常信號源的信號強度，行向量為對應位置的信號向量；步驟42，計算各個位置的信號向量間明氏距離，將明氏距離小於預設閥值的信號向量分為同一個聚類。
5. 如權利要求4所述的WiFi環境中的定位方法，其特徵在於， 所述步驟32進一步為，步驟51，對於每個聚類，計算聚類中所有信號向量對應於同一信源的信號強度的平均 值，所述平均值組成聚類中心向量；步驟52，計算待定位位置的信號向量同各個聚類的聚類中心向量間明氏距離，最小明 氏距離對應的聚類為所述待定位位置的信號向量所屬的聚類。
6. 如權利要求2所述的WiFi環境中的定位方法，其特徵在於， 所述步驟23進一步為，步驟61，根據聚類中位置的信號向量，計算聚類的拉普拉斯圖；所述62，將所述聚類的拉普拉斯圖，聚類中所有位置在所述步驟1中採集的所有信源 的信號強度，所述聚類的部分位置在所述步驟2中採集的正常信源的信號強度帶入流行正 則化公式，求解出所述聚類的回歸函數。
7. 如權利要求3所述的WiFi環境中的定位方法，其特徵在於， 所述步驟21和所述步驟22間還包括步驟71，對所述步驟1和所述步驟2中採集的信號強度進行高斯平滑和歸一化； 所述步驟31和所述步驟32間還包括步驟72，對待定位位置所接收到的信源的信號強度進行高斯平滑和歸一化。
8. —種WiFi環境中的定位系統，其特徵在於，包括映射模型建立模塊，用於對WiFi環境的區域進行位置劃分，採集所有位置在所有信源 無缺失環境下的信號強度建立信號強度到位置標號間的映射模型；回歸函數求解模塊，用於採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度，根據採集 到的所有位置在所有信源無缺失環境下的信號強度和部分位置在部分信源缺失環境下的 信號強度按流行正則化方法求解回歸函數；位置標識模塊，用於在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強度，將所 述信號強度帶入所述回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源對應的補 充信號強度，依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由所述映射模型計算出所述 待定位位置的位置標號。
9. 如權利要求8所述的WiFi環境中的定位系統，其特徵在於，所述回歸函數求解模塊進一步用於採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度； 對位置接收的信號源的信號強度進行聚類；對應每個聚類，根據聚類中所有位置採集到的 在所有信源無缺失環境下的信號強度和聚類中部分位置在部分信源缺失環境下的信號強 度按流行正則化方法求解回歸函數。
10. 如權利要求9所述的WiFi環境中的定位系統，其特徵在於，所述位置標識模塊進一步用於在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號 強度；確定所述待定位位置接收到的信源的信號強度所屬的聚類；將所述待定位位置接收 到的信源的信號強度帶入所屬聚類對應的回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號 強度的信源對應的補充信號強度；依據待定位位置接收的信號強度和補充信號強度由所述 映射模型計算出所述定位位置的位置標號。
11. 如權利要求10所述的WiFi環境中的定位系統，其特徵在於，所述映射模型建立模塊和所述回歸函數求解模塊中都被採集到的信號的信源為正常 信源，在所述回歸函數求解模塊中未被採集到的信源為異常信源；所述回歸函數求解模塊根據位置接收的信號源的信號強度對信號強度進行聚類時進 一步用於將所述映射模型建立模塊採集的所有位置上接收的正常信源的信號強度和所述回歸函數求解模塊採集的部分位置接收的正常信源的信號強度組成信號強度矩陣，矩陣中 的行代表位置，列代表正常信號源的信號強度，行向量為對應位置的信號向量；計算各個位 置的信號向量間明氏距離，將明氏距離小於預設閥值的信號向量分為同一個聚類。
12. 如權利要求11所述的WiFi環境中的定位系統，其特徵在於，所述位置標識模塊在根據所述待定位位置接收到的信源的信號強度確定所述信號強 度所屬的聚類時進一步對於每個聚類，計算聚類中所有信號向量對應於同一信源的信號強 度的平均值，所述平均值組成聚類中心向量；計算待定位位置的信號向量同各個聚類的聚 類中心向量間明氏距離，最小明氏距離對應的聚類為所述待定位位置的信號向量所屬的聚 類。
13. 如權利要求9所述的WiFi環境中的定位系統，其特徵在於，所述回歸函數求解模塊在對應每個聚類求解回歸函數時進一步用於根據聚類中位置 的信號向量，計算聚類的拉普拉斯圖；將所述聚類的拉普拉斯圖，聚類中所有位置在所述映 射模型建立模塊採集的所有信源的信號強度，所述聚類的部分位置在所述回歸函數求解模 塊中採集的正常信源的信號強度帶入流行正則化公式，求解出所述聚類的回歸函數。
14. 如權利要求10所述的WiFi環境中的定位系統，其特徵在於，所述系統還包括歸一化平滑模塊，用於對所述映射模型建立模塊和所述回歸函數求解 模塊採集的信號強度進行高斯平滑和歸一化；以及對待定位位置所接收到的信源的信號強 度進行高斯平滑和歸一化。
全文摘要
本發明涉及WiFi環境中的定位方法及其系統，方法包括步驟1，對WiFi環境的區域進行位置劃分，採集所有位置在所有信源無缺失環境下的信號強度建立信號強度到位置標號間的映射模型；步驟2，採集部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度，根據採集到的所有位置在所有信源無缺失環境下的信號強度和部分位置在部分信源缺失環境下的信號強度按流行正則化方法求解回歸函數；步驟3，在測試階段檢測到待定位位置所接收到的信源的信號強度，將信號強度帶入回歸函數，計算出在待定位位置上未接收到信號強度的信源對應的補充信號強度，依據接收的信號強度和補充信號強度由映射模型計算位置標號。本發明能夠提高WiFi環境中定位的精確度。
文檔編號H04W64/00GK101742545SQ200910242700
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者劉軍發, 樸松梅, 董芳芳, 陳益強 申請人:中國科學院計算技術研究所