簡介

今天來介紹一下室內(nèi)定位相關(guān)的原理以及實現(xiàn)方法;

WIFI全稱WirelessFidelity，在中文里又稱作“行動熱點”，是Wi-Fi聯(lián)盟制造商的商標做為產(chǎn)品的品牌認證，是一個創(chuàng)建于IEEE
802.11標準的無線局域網(wǎng)技術(shù)?；趦商紫到y(tǒng)的密切相關(guān)，也常有人把Wi-Fi當做IEEE 802.11標準的同義術(shù)語?！癢i-
Fi”常被寫成“WiFi”或“Wifi”，但是它們并沒有被Wi-
Fi聯(lián)盟認可。它的最大優(yōu)點就是傳輸速度較高，可以達到11Mbps，另外它的有效距離也很長，同時也與已有的各種802.11 DSSS設(shè)備兼容。

wifi定位的本質(zhì)實際上是基站式定位, 是依靠wifi AP以自身為中心, 向外輻射逐漸衰弱的指紋來進行定位的.

wifi定位背景和意義

GPS難以解決室內(nèi)環(huán)境下的一些定位問題，大部分室內(nèi)環(huán)境下都存在WiFi，因此利用WiFi進行定位無需額外部署硬件設(shè)備，是一個非常節(jié)省成本的方法。然而WiFi并不是專門為定位而設(shè)計的，傳統(tǒng)的基于時間和角度的定位方法并不適用于WiFi。近十年來，在室內(nèi)WiFi場景下的定位中，位置指紋法被廣泛研究和采用。本文對WiFi位置指紋法進行綜述，提出了這個領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)，介紹最新的研究，以及提供一些實際的指導。

基本原理

什么是wifi指紋

“位置指紋”把實際環(huán)境中的位置和某種“指紋”聯(lián)系起來，一個位置對應一個獨特的指紋。這個指紋可以是單維或多維的，比如待定位設(shè)備在接收或者發(fā)送信息，那么指紋可以是這個信息或信號的一個特征或多個特征（最常見的是信號強度）。如果待定位設(shè)備是在發(fā)送信號，由一些固定的接收設(shè)備感知待定位設(shè)備的信號或信息然后給它定位，這種方式常常叫做遠程定位或者網(wǎng)絡(luò)定位。如果是待定位設(shè)備接收一些固定的發(fā)送設(shè)備的信號或信息，然后根據(jù)這些檢測到的特征來估計自身的位置，這種方式可稱為自身定位。待定位移動設(shè)備也許會把它檢測到的特征傳達給網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器節(jié)點，服務(wù)器可以利用它所能獲得的所有信息來估計移動設(shè)備的位置（翻譯存疑…），這種方式可稱為混合定位。在所有的這些方式中，都需要把感知到的信號特征拿去匹配一個數(shù)據(jù)庫中的信號特征，這個過程可以看作一個模式識別的問題。

wifi指紋由什么組成

位置指紋可以是多種類型的，任何“位置獨特”的（對區(qū)分位置有幫助的）特征都能被用來做為一個位置指紋。比如某個位置上通信信號的多徑結(jié)構(gòu)、某個位置上是否能檢測到接入點或基站、某個位置上檢測到的來自基站信號的RSS（接收信號強度）、某個位置上通信時信號的往返時間或延遲，這些都能作為一個位置指紋，或者也可以將其組合起來作為位置指紋。

wifi指紋定位實現(xiàn)方法

wifi定位方法基本上可以分為兩大類：

不基于RSSI

• TOA（time ofarrival）
• TDOA（time difference of arrival）
• AOA（angle of arrival）

基于RSSI

在智能手機上，可以通過系統(tǒng)SDK獲取到周圍各個AP（Access
Point）發(fā)送的信號強度RSSI及AP地址，利用RSSI來定位目前看來是最可行的方法，因此下面著重介紹,基于RSSI定位主要有兩個算法:三角定位算法,指紋算法。

定位算法

• 隨機方法
  將測試點（Test Point, TP）的預測位置設(shè)為任一參考點（Reference Point，RP）的位置。

• KNN方法
  KNN方法的主要思路是：找出與TP的WiFi指紋相似度最高的K個RP，然后平均這K個RP對應的位置，最終得到TP的位置。

• Prob方法
  Prob方法的主要思路是：通過貝葉斯公式，計算TP出現(xiàn)在每個RP上的后驗概率，取k個概率最大的RP，然后平均這K個RP對應的位置，最終得到TP的位置。

• Stg方法
  Stg方法是KNN方法的一種改進方法，它通過TP的k個信號最強的信號接入點來篩選RP，然后再應用KNN方法。

• Gk方法
  GK方法的主要思路是通過高斯核密度估計器（Gaussian Kernel Density
  Estimator，GKDE）計算每個指紋位置的相對過飽和度的可能性，并通過平均與最高似然值對應的位置來確定TP的位置。

基于無線信號的三邊（三角定位）

這個方法來自于傳統(tǒng)的定位方法，類似GPS，假如我們能夠獲得我們待定位點相對于其它基站的距離或者角度，通過交會列多元方程組求解的方法可以求出我們所在的位置，當然了，實際情況中往往不是求解剛好夠定位的方程組，而是用多余的觀測值然后利用最小二乘估計方法來估計位置。以下圖為例，對于三個基站，我們?nèi)绻軌颢@得信號發(fā)射和接受的時間差，那么就可以通過時間差和光速傳播來求取距離從而獲得定位。

但是，對于普通的WiFi,藍牙信號，要想求出從信號發(fā)射到信號接收之間的時間差，基本是不可能的。因為你要保持兩邊的時間同步，才能通過發(fā)射時間和接收時間來求取時間差，考慮到c光速的巨大，時間差一點點距離就能差非常遠。所以基本不可能通過時間差的方法來進行定位。

那么室內(nèi)定位里面的三邊定位是怎么實現(xiàn)的呢？

我們知道，只要求取當前目標和各個基站的距離，就能求解目標位置。而這個距離既然不能通過時間和光速之積來獲得，我們可以通過另一個方法來獲得，那就是信號衰減模型，如下圖所示，我們知道在離線狀態(tài)下，無線信號強度在空間中傳播隨著距離衰減！
而這個無線信號強度對于手機上的接收器來說是可測的！那么根據(jù)測試到的信號強度，是不是可以根據(jù)下圖的衰減模型（公式）來反推出距離呢，那么這樣不就又可以用三邊定位了。

地圖繪制

數(shù)據(jù)采集點位置

AP點位置

測試結(jié)果

最后

該項目較為新穎，適合作為競賽課題方向，學長非常推薦！

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