[发明专利]一种无线信号接收强度分布曲线的自动估算方法

说明书

技术领域

本发明设计无线室内定位技术领域，利用无线信号接收强度来进行设备定位，特别是一种能够自动学习信号接收强度分布曲线采用点取值的自动估算方法。

背景技术

室内定位技术是一种在室内环境中获取人员物品位置信息的技术。室内定位技术在诸多领域有着广泛的应用，如博物馆导游、商场购物向导、物品人员追踪、智能楼宇、机器人、普适计算以及物流等等。由于建筑物对无线信号有着很强的屏蔽作用，基于卫星的定位系统如GPS等在室内无法正常工作。目前的室内定位技术主要是指利用室内的无线信号来进行定位技术，这些无线信号包括无线局域网信号、室内无绳电话信号、无线传感器网络以及其他专属频段的信号等等。通常来说，通过测量位置已知的发射机参看点(简称参考点)发出的射频信号的传播时间和接收信号强度可以计算发射端到接收端的距离，然后由三角定位的方法，就可以测算出物体的位置。但是这两种方法都存在较大的缺陷，首先，由于室内的距离很短，对传播时间的计算精度要求很高，目前普通的无线系统都无法达到，必须使用特殊设计的设备，因此成本很高。其次，由于室内环境包括墙体、门、家具等诸多障碍，无线信号的传播很不规则，无法用简单的模型来表示，因此无论是用传播时间还是接收信号强度计算所得的距离都存在较大的误差。目前主流的室内定位系统采用的技术是对无线信号接收强度的分布进行提前校准，也就是说，在系统使用之前，由技术人员在建筑物的各个地方提前测量无线信号的接收强度，得到信号接收强度与位置的关系曲线，并记录到数据库中，没在系统使用的时候，将待定位的设备观测到的无线信号强度与数据库进行比较，找到数据库中最接近接受信号强度的记录，从而得到设备所在的位置。这种方法的精度往往比较高，但是由于在系统运行前需要在建筑物各处进行提前校准，因此耗费大量的时间和安装成本，同时，当系统发生变化，如参考点的位置发生变化、室内布置发生变化等情况发生时，射频能量分布需要重新校准，因此这种方法的维护成本也很高。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够在系统运行过程中，自动学习无线信号强度分布曲线，并能自适应由于系统环境变化如参考点的位置、参考点发射功率、室内设备的位置等参数的变化导致的无线信号强度分布曲线的变化。解决传统室内定位系统需要人工定期对无线信号强度分布曲线进行校准的问题。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案为：

一种无线信号接收强度分布曲线的自动估算方法，适用于在系统运行过程中自动学习无线信号接收强度分布曲线并能自适应环境变化导致的分布曲线变化，其特征在于包括步骤：

步骤I、选取室内环境下四个以上位置已知的参考点作为无线信号源，使用至少一个移动设备在室内环境中移动并对所接收到的各个参考点发出的信号强度进行采样，得到一系列采样点，发送至定位服务器；

步骤II、定位服务器采用对数线性模型理论的无线信号和参数作为最初的场强分布曲线，并对每个参考点发出的信号在每个采样点上的强度值进行计算；

步骤III、当定位服务器收集到足够多的接收信号强度信息后，基于该些信号强度信息利用最大期望算法对各采样点上的场强进行学习，并对信号强度分布曲线在采样点的取值进行自动估算：

1)对每个移动设备发送的每个接收信号强度o_i，计算在现有的信号强度分布曲线条件下，其位置在每个参考点x_k的概率分布p(x_k|o_i)，其中，o_i为观测到的随机变量序列，i取值于有限集{1，2，…，M}，{x_k：k≥1}是取值于有限状态{1，2，…，L}的潜在状态序列，x₁的分布称为其初始分布；

2)信号强度分布曲线在参考点x_k的值更新为：

3)计算信号强度分布的最大对数似然方程的值，如果收敛，则计算停止，新的信号强度分布曲线由参考点上的值表示；如非收敛，则返回1)继续计算，直到收敛为止；

步骤IV、在步骤III后定位服务器利用最新的信号强度分布曲线，采用最小均方差统计估算法对移动设备的位置进行估算，计算公式为：其中表示参考点x_k位置值，p(x_k|o_i)是在新的场强分布条件下，接收信号强度在每个参考点的概率分布。

步骤V、每过一段时间或当系统环境发生改变时，重新运行步骤III-步骤IV。

进一步地，上述步骤I中对室内位置进行采样，可以是均匀采样，也可以是任意采样；