RSSI在室內定位中的測量特性及應用研究

薛衛(wèi)星

深圳大學土木與交通工程學院，廣東 深圳 518060

論文對RSSI在室內定位中的測量特性進行了持續(xù)性的研究。首先將單個AP的RSSI當作一把測量“尺子”，對其測量特性進行研究，發(fā)現RSSI尺子的不均勻空間分辨率；將RSSI信號圖(Radio Map)和DEM進行類比分析，借鑒數字高程模型中的地貌特征點和地性線，引入RSSI信號特征點和信號特征線的概念，并運用到RSSI信號圖的重構算法中。然后，根據RSSI的測量特性提出相應的室內定位算法，包括一種基于RSSI空間分辨率的濾波算法，一種基于虛擬AP坐標位置的指紋點聚類算法，一種基于RSSI不均勻空間分辨率的物理距離加權定位算法以及一種基于室內地圖和運動地標輔助的Wi-Fi RSSI方向優(yōu)化算法。最后，對以上算法進行優(yōu)化組合，給出一套以室內地圖和運動地標輔助的Wi-Fi RSSI室內融合定位方案，主要內容如下：

(1) 提出了一種基于RSSI空間分辨率的濾波算法。根據RSSI測量尺子的空間分布率特性，采用較大RSSI觀測值來提高RSSI數據的空間分辨率，從而提高定位結果的精度。同時算法也借鑒了GNSS數據處理中應對多路徑效應采取的措施：最大限度地舍棄因受到環(huán)境干擾而導致質量不佳的虛弱的RSSI數據。

(2) 提出了一種基于虛擬AP坐標位置的指紋點聚類算法。借鑒光經過反射、折射和衍射形成虛擬光源的現象，同樣Wi-Fi信號經過反射、折射和衍射后，也會形成虛擬Wi-Fi源。再結合RSSI信號圖中RSSI信號特征和信號特征線的概念，按照局部小區(qū)域的Wi-Fi信號傳播機理，以虛擬Wi-Fi源的坐標位置為依據構建信號圖，從而完成對離線指紋點的聚類和分割。

(3) 提出了一種基于RSSI不均勻空間分辨率的物理距離加權定位算法。根據Wi-Fi RSSI測量尺子的不均勻的空間分辨率特性，直接使用RSSI的歐氏距離、馬氏距離以及其他基于RSSI信號空間的距離加權，會造成非線性的定位誤差。算法借鑒水準測量精度定權指標，測距誤差與實際物理距離的倒數大致呈線性比例關系，將RSSI信號距離轉化成實際物理距離后再進行定權計算。

(4) 提出了一種基于室內地圖和運動地標輔助的Wi-Fi RSSI方向優(yōu)化算法。借鑒室外地圖在室外定位導航中的廣泛使用，可知地圖是定位導航服務的必要前提條件。同時，根據智能手機自帶的慣性傳感器數據信息，可以獲取用戶發(fā)生轉向行為的運動地標。因此，對于以室內走廊為代表的具有線性約束的室內區(qū)域，根據用戶行走方向數據和室內地圖，對其運動軌跡進行方向約束和修正。

(5) 對基于RSSI空間分辨率的濾波算法、虛擬AP位置、幾何距離加權和行人轉向探測等算法進行優(yōu)化組合，給出一套以室內地圖和運動地標輔助的Wi-Fi RSSI室內融合定位方案。首先，采用基于RSSI空間分辨率的觀測值濾波算法對所有的RSSI觀測值進行數據預處理。然后，進行室內區(qū)域的識別和分割，分為室內走廊和室內房間兩大類，分別采用以下兩種定位策略：①針對室內走廊等具有線性約束的室內區(qū)域，采用基于轉角探測的定向優(yōu)化算法和基于RSSI幾何距離加權的定位算法相結合的方法；②針對室內房間等無線性約束的室內區(qū)域，采用基于AP虛擬坐標的指紋點聚類算法和基于RSSI幾何距離加權的定位算法相結合的方法。