[发明专利]指纹库法室内定位中终端天线差异所形成误差的解决方法

说明书

本发明公开了指纹库法室内定位中终端天线差异所形成误差的解决方法。在室内定位中，被测节点天线多采用垂直线极化天线，并且锚节点天线通常高于被测节点天线。在这种情况下，被测节点天线差异造成离线指纹和在线数据匹配误差的增大。本发明包括：采用多个定向天线围绕一个中心定向天线进行三维的共点安装，构造成室内定位的锚节点天线，实现定向天线方向图的重叠；在锚节点天线安装高度高于被测节点天线的条件下，通过锚节点中的多个定向天线接收被测节点的信号强度(Rss)，然后进行差分运算，将差分值作为指纹特征。本发明提出的这种指纹特征可以大幅度降低由于被测节点天线差异造成的离线指纹和在线数据匹配时的误差。

技术领域

本发明属于室内定位导航技术领域，尤其涉及基于指纹库法的室内定位设计，在这一领域的主要工作是如何高精度地匹配在线阶段获取的测量数据与离线阶段获取的指纹数据。

背景技术

室内定位中的指纹库法设计由于适用性强而得到广泛的重视，它具有成本低、无需部署专门网络的优点。指纹库法设计主要包括两个阶段：一是离线阶段，在此阶段通过收集定位区域中与已知位置相关的特征数据以形成指纹特征，并将指纹特征与对应的物理位置配套构成指纹数据库；二是在线阶段，当被测节点出现在定位区域中，实时采集被测节点的数据，通过与指纹数据库中的指纹特征进行匹配以确定被测节点在定位区域中的位置。

在近距离无线通信设备中，接收信号强度(Rss)经常被当做指纹特征。同时由于Rss测量简便以及对被测节点的硬件条件要求低，而被广泛地应用，特别是在针对移动手机的指纹库法定位中被广泛地应用。

以锚节点接收，被测节点发送为例，Rss的定义如下(dB)：

P_r＝P_t-10nlogd-10logL+G_t(θ_t,φ_t)+G_r(θ_r,φ_r)+20logλ-20log(4π) (1)

其中λ为波长，P_t为发射平均功率(dB)，d为信号传播距离，n为路径衰减因子，L是系统损耗系数(在此假设系统损耗系数主要由接收系统所决定)，G_t(θ_t,φ_t)为发射天线在发射角度(θ_t,φ_t)处的增益(dB)，G_r(θ_r,φ_r)为接收天线在入射角度(θ_r,φ_r)处的增益(dB)，(θ,φ)对应着方位角和倾斜角。

由于锚节点在离线阶段和在线阶段通常是不改变的，在定位区域的同一位置，公式(1)中的各个参数在上述的两个阶段(离线阶段和在线阶段)中发生变化的有：发射功率P_t和发射天线方向图G_t(θ,φ)，即在离线阶段用于产生校准数据的被测节点的处理器和天线与在线阶段中被定位的被测节点的处理器和天线是不一样的，这种差异被称为被测节点的异构。由于这种异构现象的存在，将造成指纹库法设计中匹配处理误差的增大。

针对这个问题，目前主要的解决方法是差分法，将布局在定位区域不同位置的锚节点天线所接收到的Rss值相互求差，根据公式(1)，将两个锚节点天线接收到的Rss进行求差结果见下式：

由于是同一个发射节点，因此发射功率相同，公式(2)修改为

差分法假设发射天线和接收天线是全向天线，即天线增益不随角度变化，因此公式(3)可以进一步简化为