[发明专利]一种基于WiFi接收信号强度梯度值的室内导航方法

摘要

本发明公开了一种基于WiFi接收信号强度梯度值的室内导航方法，根据手机采集到的Wifi接收信号强度值计算其梯度数据，对梯度数据进行二值化处理；针对方向检测中单用传感器数据误差较大，创新性地使用卡尔曼滤波对加速度计、磁力计获取的绝对方向和陀螺仪积分获得的相对方向进行融合，提高了方向的精确度；本方法主要分为两个部分，第一部分是引领者部分，引领者采集指定路径上的Wifi和步态数据，数据采集完成后打包上传到服务器；第二部分是跟随者部分，待导航用户将相应数据下载到自身手机上，根据实时采集的信息与下载数据进行匹配，找到实时对应的数据位置，从而输出下一个时刻的导航提示；本发明方法实现了精确的室内定位及导航，操作简单且成本低。

主权项

1.一种基于WiFi接收信号强度梯度值的室内导航方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取用户WiFi接收信号强度数据：通过手机实时采集路径上的WiFi数据，假设采集到的在某一条路径上某个AP的WiFi信号强度时间序列为：W＝{w1,w2,w3,…,wn}其中，n为采样次数，wi＝{maci,rssii}，maci为第i个采样时刻该AP的MAC地址，rssii为为第i个采样时刻该AP的WiFi接收信号强度值；(2)求解用户WiFi接收信号强度梯度值dpq：假设相邻采样时刻扫描到的WiFi接收信号强度值为rssip和rssiq；如果两次扫描中均含有同一个AP，那么根据rssip和rssiq计算WiFi接收信号强度梯度值dpq；若不存在同一个AP，那么将WiFi接收信号强度梯度值dpq设置为一个固定的梯度参数G，G＞50，具体式子如下：(3)二值化用户WiFi接收信号强度梯度值dpq：根据梯度阈值θ将WiFi接收信号强度梯度值dpq进行二值化，具体为：(4)采集用户步态信息：通过对手机中加速度计采集的加速度值进行积分加高斯分布来计算用户的步幅；通过对加速度值进行峰值检测来计算用户的步频；(5)计算用户行走方向：使用卡尔曼滤波对手机中加速度计、磁力计获取的绝对方向和陀螺仪短时间积分的相对方向进行融合，具体方法：假设加速度计和磁力计测得的绝对方向为φ(k)，陀螺仪测得的相对方向为ω(k)，陀螺仪偏差为a(k)，那么最终方向θ(k)的计算公式如下：θ(k|k‑1)＝φ(k‑1|k‑1)+[ω(k)‑a(k‑1|k‑1)]Ts其中，Ts为陀螺仪的积分时间，a(k‑1|k‑1)为k‑1时刻的陀螺仪偏差，φ(k‑1|k‑1)为k‑1时刻的绝对方向，θ(k|k‑1)为通过k‑1时刻的最终方向θ(k‑1)得到的k时刻的最终方向；将上述公式表示成矩阵形式：X(k|k‑1)＝AX(k‑1|k‑1)+BU(k)其中U(k)＝ω(k)方差为：P(k|k‑1)＝APA'+QQ为系统噪声，则最终的状态更新方程为：X(k|k)＝X(k|k‑1)+g(k)[S(k)‑HX(k|k‑1)]其中g(k)为系统增益，H＝[10]，S(k)＝BQ‑1BT；对绝对方向进行校正：将磁力计和加速度计t时刻采集的数据yoriginal1(t)输入低通滤波器：yafterlowpass(t)＝yafterlowpass(t‑1)+a(yoriginal1(t)‑yafterlowpass(t‑1))其中，yafterlowpass(t)为t时刻经过低通滤波器后获取的数据，a为低通滤波器参数；对相对方向进行校正：将陀螺仪采集的数据yoriginal2(t)输入高通滤波器：yafterhighpass(t)＝b*(yafterhighpass(t‑1)+c(yoriginal2(t)‑yafterhighpass(t‑1))其中，yafterhighpass(t)为t时刻经过高通滤波器后获取的数据，b和c为高通滤波器参数；则校正后的用户行走方向角度θ为：θ＝θ0+(ω+σ)*Ts其中，θ0为绝对方向做过校正后的初始方位角，ω为做过校正后的相对方向，σ为高斯噪声。(6)数据打包上传服务器：手机每一次采集数据时，都会记录数据的采集时间，根据采集时间将wifi数据、步态数据和行走方向数据进行同步存储，并将每一条路径的信息，单独打包上传到服务器上；(7)用户导航实时匹配：待导航的用户首先从服务器上下载所需路径的信息，然后根据实时采集的WiFi数据、步态数据和行走方向数据采用轻量级的DTW算法与从服务器下载的数据进行实时匹配，找到与从服务器下载的数据对应时刻的信息，从而输出下一步的导航指示。