[发明专利]一种WiFi室内定位中指纹库的构建方法

摘要

本发明公开了一种WiFi室内定位中指纹库的构建方法，其特征是按如下步骤进行：1采集WiFi室内定位区域一个参考点的信号强度时间序列；2利用相空间重构理论对信号强度时间序列进行相空间重构提取信号特性；3根据已提取的信号特征采集其他参考点的信号强度；4利用已采集参考点信号强度预测未采样参考点信号强度。本发明能利用相空间重构理论减少采样数据的冗余度，利用预测未采样参考点信号强度的方法减少信号采样强度，从而达到快速构建WiFi室内定位中指纹库的目的。

主权项

1.一种WiFi室内定位中指纹库的构建方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1：以室内区域的外接矩形所包括的整个区域作为WiFi室内定位区域，以外接矩形的任意顶点为原点o，与原点相邻两条边分别为x轴和y轴，建立直角坐标系oxy；将WiFi室内定位区域均匀划分为d个网格，以每个网格的中心点作为参考点，从而形成参考点集合，记为RP＝{RP1,RP2,…,RPi,…,RPd}，RPi表示第i个网格内的参考点；1≤i≤d；在所述WiFi室内定位区域设置有n个路由器，记为AP＝{AP1,AP2,…,APj,…,APn}，APj表示第j个路由器；1≤j≤n；第i个参考点RP_i在一段时间内按照采样速率v连续采集第j个路由器AP_j发送的K个信号强度；从而构成第i个参考点RP_i采集第j个路由器AP_j的信号强度时间序列表示第i个参考点RP_i接收第j个路由器AP_j发送的第k个信号强度；1≤k≤K；步骤2：用C‑C法确定所述信号强度时间序列RSSij重构相空间的时间延迟τ和嵌入维数m；步骤3：以时间延迟τ和嵌入维数m对所述信号强度时间序列RSS_ij进行相空间重构，获得第i个参考点RP_i采集第j个路由器AP_j信号强度时间序列的相空间，记为表示第i个参考点RP_i采集第j个路由器AP_j信号强度时间序列的相空间中第K‑(m‑1)τ个相点；并有：……，表示第i个参考点RP_i接收第j个路由器AP_j发送的第(m‑1)vτ+1个信号强度；以所述相空间RSS′ij作为样本相空间；步骤4：初始化j＝1；步骤5：从所述样本相空间中第j次选取前Q个相点，记为表示所述样本相空间中第i个参考点RP_i第j次选取的第q个相点；1≤Q≤K‑(m‑1)τ；将第j次选取的Q个相点所包含的信号强度作为第i个参考点RP_i采集第j个路由器AP_j的信号强度集合并保存在指纹库中；步骤6：将j+1赋值给j，并判断j＞n是否成立，若成立，则获得第i个参考点RPi采集n个路由器的信号强度集合，并执行步骤7，否则，返回步骤5执行；步骤7：初始化j＝1；步骤8：从所述第i个参考点RP_i以外的d‑1个参考点中选取个参考点，记为RP′＝{RP′₁,RP′₂,…,RP′_c,…,RP′_C}；RP′_c表示所抽取的第c个参考点；步骤9：初始化c＝1；步骤10：第c个参考点RP′_c在一段时间内按照采样速率v连续采集第j个路由器AP_j发送的样本相空间中前Q个相点所包含的信号强度；从而构成第c个参考点RP′_c采集第j个路由器AP_j的信号强度时间序列步骤11：将j+1赋值给j，并判断j＞n是否成立，若成立，则表示获得所述第c个参考点RP′c采集n个路由器的信号强度集合并保存在指纹库中，并执行步骤12，否则，返回步骤10执行；步骤12：将c+1赋值给c，并判断c＞C是否成立，若成立，则表示获得C个参考点采集n个路由器的信号强度集合，并执行步骤13，否则，返回步骤10执行；步骤13：初始化w＝1；步骤14：初始化j＝1；步骤15：对所述WiFi室内定位区域中剩余的W＝d‑(C+1)个未采样参考点中第w个未采样参考点采集第j个路由器APj的信号强度进行预测，获得第w个未采样参考点处的信号强度预测值PRsswj；步骤15.1：利用式(1)获得第i个参考点RP_i采集第j个路由器AP_j信号强度集合的平均值步骤15.2：利用式(2)获得C个参考点RP′＝{RP′₁,RP′₂,…,RP′_c,…,RP′_C}中第c个参考点采集第j个路由器AP_j信号强度集合的平均值从而获得C个参考点采集第j个路由器AP_j信号强度集合的平均值步骤15.3：从第i个参考点RP_i与C个参考点RP′中选取与所述剩余的W＝d‑(C+1)个未采样参考点中第w个未采样参考点邻近的L个参考点；记L个参考点的信号强度为是第l个参考点的信号强度集合的平均值；步骤15.4：令Y＝Xβ+ε；X为L个参考点位置坐标组成的多项式矩阵其中X是L×6的多项式矩阵；其中x_l代表第l个参考点在直角坐标系oxy中的横坐标；y_l代表第l个参考点在直角坐标系oxy中的纵坐标；β为多项式矩阵X的系数；ε为L个参考点信号强度的残余量所组成的矩阵，且ε＝[ε_1j,…,ε_lj,…,ε_Lj]^T；ε_lj表示第l个参考点与第j个路由器的信号强度的残余量；步骤15.5：利用式(3)获得矩阵ε：ε≈(I‑X(XTX)‑1XT)Y  (3)步骤15.6：令矩阵ε中第l个参考点与第j个路由器的信号强度的残余量εlj与第l个参考点与第j个路由器的信号强度的残余量εrj的关系函数为σlr＝f(hlr)；hlr表示残余量εlj所属参考点与残余量εrj所属参考点之间的欧式距离；则矩阵ε中L个参考点的关系函数矩阵为步骤15.7：利用式(4)获得多项式矩阵X的系数β：β＝(X'S‑1X)‑1X'S‑1Y  (4)步骤15.8：记第w个未采样参考点的位置坐标为(xw,yw)；记第w个未采样参考点与L个参考点组成关系函数矩阵为S(xw,yw)＝[σ1w,σ2w,…,σLw]T；步骤15.9：利用式(5)获得第w个未采样参考点采集第j个路由器APj的信号强度预测值PRsswj；步骤16：将j+1赋值给j，并判断j＞n是否成立，若成立，则表示获得所述第w个未采样参考点采集n个路由器的信号强度预测值集合PRSSw并保存在指纹库中，并执行步骤17，否则，返回步骤15执行；步骤17：将w+1赋值给w，并判断w＞W是否成立，若成立，则表示获得W个未采样参考点采集n个路由器的信号强度预测值集合PRSS＝{PRSS1,…,PRSSw,…,PRSSW}，并执行步骤18，否则，返回步骤14执行；步骤18：由第i个参考点RPi的信号强度集合、C个参考点的信号强度集合和W个未采样参考点的信号强度预测值集合PRSS共同构建指纹库。