一种用于室内定位的无线信号采集与处理方法及系统与流程

本发明涉及室内无线定位技术领域，尤其涉及一种基于无线信号在不同方向变化差异特征，并采取多方向信号采集和降噪选择等处理机制的无线信号采集与处理方法及系统。

背景技术：

随着科技的发展和智能设备的普及，基于无线信号的定位系统也得到了快速的发展。一般而言，使用无线信号强度获取目标位置信息的过程，就是建立无线信号和位置信息稳定映射关系的过程。现有的室内无线定位系统主要通过红外、超声波、蓝牙、wiif、rfid等短距离无线技术来实现。

其中，基于wifi网络的无线定位技术由于具有部署广泛、成本较低等优点，因此备受关注。

例如：由微软开发的radar系统是最早的基于wifi网络的定位系统，其采用射频指纹匹配方法，从指纹库中查找最接近的k个邻居，并取它们坐标的平均作为坐标估计。

再如，另外一种常见的室内定位系统则基于rssi信号的统计特性，采用贝叶斯公式，通过计算目标位置的后验概率分布进行定位。

此外，目前常见的还有三角定位方法，其主要基于rssi值随距离变化而产生的衰减规律，选择信号最强的三个信号源利用三圆相交的几何原理进行目标位置估计。

如图2所示，现有的无线室内定位系统一般包括定位终端、无线探测设备(以下简称ap)以及定位服务器三个部分。其中，ap和终端之间进行无线信号通信，无线信号的强度用rssi来标记。一般来说，信号的强度会随着两者之间的距离不断衰减，衰减的幅度与ap的功率以及环境中的电磁干扰因素都有较大关系。

在无线信号采集阶段，定位服务器负责接收ap或终端设备采集到的无线信号，并将信号处理后进行存储。

在定位操作中，定位服务器负责接收无线信号，并将信号进行处理后进行匹配或运算，生成定位终端的位置估计。

在实际的无线室内定位应用中，定位的终端目标载体多种多样，可能是某个设备，也可能是某个人，定位目标的个体形状、体积可能各不相同。在实际定位过程中，定位目标的个体形状和方位等都可能处于变化之中。

例如：如果定位终端是手机，终端的载体目标是人。由于人在行走过程中，身体面向的方向是一直在变化的，手机在人体的位置也是不固定的。同时由于人体本身对无线信号能够产生一定的影响，这样就为无线信号的采集带来了很多的不稳定性和随机性。对于人而言如此，对于其他的物体设备而言，也有类似的问题。

但是，无论何种定位方法，都要依赖于无线信号的采集作为计算的基础，且现有的无线信号采集方法主要通过连续若干次的获取信号，取其平均值作为单次采集的信号采纳值，或者去掉最大值与最小值再取剩余数值的平均值作为信号采纳值。

然而，在目前现有的室内定位系统中，由于采用的技术方法本身具有一定限制，所以普遍存在由于rssi信号随机变化而导致的无法控制定位误差等问题，从而在极大程度上影响了定位的稳定性和准确性，且导致定位精度低、定位可用性差等缺陷。

因此，如何提升rssi信号取值的稳定性和合理性，已成为室内定位系统的基础性关键因素。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种用于室内定位的无线信号采集与处理方法及系统，基于无线信号在不同方向变化差异的特征来进行多方向信号的采集，基于多方向降噪选择的处理机制，在一定程度上减少了由于rssi信号随机变化而导致的定位误差。

上述的一种用于室内定位的无线信号采集与处理方法，主要包括：

通过多方向采集策略采集无线信号；

对多方向采集策略中每个方向的每个无线探测设备进行连续的多次采集；

将采集到的无线信号数据传输至无线定位服务器进行存储。

上述方法中，所述多方向采集策略包括针对每一点位的信号进行采集，并将采集拆分为若干次进行，其中每一次采集的定位目标的面向方向均不相同。

上述方法中，所述多方向采集策略包括二维平面多方向采集与三维空间多方向采集。

上述方法中，所述无线信号采集还包括设定无线信号采集的采集次数与采集间隔的步骤。

上述方法中，所述设定无线信号采集的采集次数与采集间隔的步骤包括：

设定信号采集次数k和相邻两次采集的时间间隔t，其中k和t均为正整数；

对每一个定位终端和无线探测设备采集k组无线信号数据；

对同一个定位终端与同一个无线探测设备之间采集到的k个信号值进行降噪处理。

上述方法中，所述降噪处理包括：

计算k个值的平均值a，然后将每个信号值与平均值进行相减并取绝对值，记为gk，将gk大于某个正整数p的信号值舍弃；

将经过上述两个步骤处理后得到的k1个无线信号值作为定位终端与无线探测设备之间信号的实时信号值组合。

上述方法中，将多方向采集策略中每个方向的每个无线探测设备连续多次采集到的无线信号值作为该方向上的信号采集的基础数据，并对所述基础数据进行降噪处理。

上述方法中，所述降噪处理包括：

计算多个基础数据的数学方差v；

设定一个无线信号方差的阈值参数nv，所述阈值参数为变量型自然数，用于控制无线信号采集的误差大小和灵敏度；

对数学方差v与阈值参数nv进行对比判断：

如v＜nv，则判定该组数据为有效数据；

如v≥nv，则判定该组数据为无效数据，并重新采集无线信号；如经过多次重复采集仍无法得到有效数据，则放弃该方向的数据采集。

上述的一种用于室内定位的无线信号采集与处理系统，主要包括：

定位终端模块，用于发射室内定位的无线信号；

多方向无线信号采集模块，用于通过多方向采集策略采集多个方向的无线信号；

定位服务器，用于接收并存储由多方向无线信号采集模块采集到的无线信号。

上述系统中，所述多方向无线信号采集模块对每一点位的信号进行采集，并将采集拆分为若干次进行，其中每一次采集的定位目标的面向方向均不相同。

本发明的优点和有益效果在于：

1.基于无线信号在不同方向变化差异的特征，采取了多方向信号采集的策略。同时基于多方向降噪选择的处理机制，相较于传统方法中无线信号采集不注重多方向采集的情况，可以有效减少由于无线信号随机变化而引起的定位误差。

2.针对多方向无线信号采集，方向的选择和设置是一个关键因素，在本发明方案中，方向的设定可以是多种的，本方案不规定特定的方向选择方法和公式，灵活设置的设计方案可以根据实际定位环境进行参数设置，使得信号的降噪处理效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的实施例中无线信号采集与处理方法的流程示意图；

图2是本发明的实施例中无线信号采集与处理系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明记载了一种用于室内定位的无线信号采集与处理方法，主要包括以下步骤：

s1.通过多方向采集策略采集无线信号。

在本步骤中，多方向采集策略包括针对每一点位的信号进行采集，并将采集拆分为若干次进行，其中每一次采集的定位目标的面向方向均不相同，且采集包括二维平面多方向采集与三维空间多方向采集。同时无线信号采集还包括设定无线信号采集的采集次数与采集间隔的步骤。

例如：以用户的人体作为定位目标，每次信号采集时人体所面朝的方向都会不同。可以根据实际需要，确定在同一个点位信号采集的重复次数，其中每次定位目标的面向方向角度可以自由设定。同时，作为一种特殊情况，可以用360度除以信号采集重复次数，作为每次信号采集需要改变的方向角度的幅度，且每次信号采集需要改变的方向角度的取值可以是任意的自然数。

其中，针对多方向的无线信号采集，采集方向的选择和设置是一个关键因素，在本实施例中，方向的设定可以是多种的。例如：

当定位目标在二维平面内移动，则采集方向会在二维平面的360度范围内进行选择；

当定位目标在三维空间内移动，则采集方向会在三维空间内进行选择，例如将三维空间内的任意一个矢量方向作为可能被选择的目标方向。

针对采集方向的选择，本发明并不规定特定的方法和公式，凡是符合本方案设计思路，且用于无线信号采集的类似方法都应归属于本发明方案的范畴。

s2.对多方向采集策略中每个方向的每个无线探测设备进行连续的多次采集；同时将多方向采集策略中每个方向的每个无线探测设备连续多次采集到的无线信号值作为该方向上的信号采集的基础数据，并对所述基础数据进行降噪处理。

其中，降噪处理主要包括：

s21.计算多个基础数据的数学方差v；

s22.设定一个无线信号方差的阈值参数nv，所述阈值参数为变量型自然数，用于控制无线信号采集的误差大小和灵敏度；

s23.对数学方差v与阈值参数nv进行对比判断：

如v＜nv，则判定该组数据为有效数据；

如v≥nv，则判定该组数据为无效数据，并重新采集无线信号；如经过多次重复采集仍无法得到有效数据，则放弃该方向的数据采集。

s3.将采集到的无线信号数据传输至无线定位服务器进行存储。

在无线室内定位的实时定位过程中，首先是定位终端与无线探测设备(ap)之间的信号值，用来进行作为定位计算的基础。在这个过程中，对于无线信号采集的精度和速度都有较高的要求。如果采集的时间太长，就会出现定位延迟的情况；如果采集的信号数据不准，则会影响定位的估算精度。因此在实时定位过程中，对于信号的采集处理也很重要。

在本发明方案中，对于实时定位过程中的无线信号采集处理，采用以下机制。

(1)设定信号采集次数k和两次采集的时间间隔t。

其中k和t均为正整数，两个参数的取值可以根据实际需要进行灵活设定。

其中k和t的取值越大，则采集数据的稳定性和精准度越高，定位的精度通常越高，但是采集过程所需要的总时间越长，定位的延迟时间也会越长。

反之，k和t的取值越小，则采集数据的稳定性和精准度越低，定位的精度通常越低，但是采集过程所需要的总时间越短，定位的延迟时间也会越短。

因此实际应用过程中，可以根据对定位精度和定位延时的要求以及实际环境，灵活设定k和t的取值。

(2)针对每一个定位终端目标和ap，采集k组无线信号数据。

对同一个终端与同一个ap之间采集到的k个信号值，进行降噪处理。具体方法为：

计算k个值的平均值a，然后将每个信号值与平均值进行相减并取绝对值，记为gk，将gk大于某个正整数p的信号值舍弃。

其中p的取值可以根据实际需要进行灵活设定。

(3)将经过上述两个步骤处理后得到的k1(k1≤k)个无线信号值，作为这个定位终端与这个无线探测设备之间信号的实时信号值组合。

将经过以上降噪处理的实时无线信号值交由定位服务器，作为无线室内定位估算终端目标实时位置的输入信号。能够大大提升定位的精度和稳定性，使定位误差控制在一个合理的范围内。

除上述的无线信号采集与处理方法之外，本发明还记载了一种用于室内定位的无线信号采集与处理系统，以便更好的配合方法使用。其中，无线信号采集与处理系统主要包括：

定位终端模块，用于发射室内定位的无线信号。

多方向无线信号采集模块，用于通过多方向采集策略采集多个方向的无线信号；作为优选方案，本实施例中的多方向无线信号采集模块可以对每一点位的信号进行采集，并将采集拆分为若干次进行，其中每一次采集的定位目标的面向方向均不相同。

定位服务器，用于接收并存储由多方向无线信号采集模块采集到的无线信号。

对所公开的实施例的上述说明，以便本技术领域的专业技术人员能够实现或使用本申请。针对这些实施例的多种修改，对本技术领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。