Wi-Fi指纹定位是什么原理?

室内定位中的位置指纹法,简单来说,就是事先把各个位置上的信号特征(各Wi-Fi的信号强度)测量一遍,存入指纹数据库。定位的时候,将当前的信号特征与指纹库中的进行匹配,从而确定位置。
下图是我本科毕设时画的示意图(AP就是WiFi,RP是离线采集选取的参考点):

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离线阶段:记录下每个RP处测到的信号强度,每组数据(指纹)包含4个信号强度和对应的位置。离线阶段:记录下每个RP处测到的信号强度,每组数据(指纹)包含4个信号强度和对应的位置。
在线阶段:使用当前的扫描到的4个信号强度,与数据库中的指纹进行匹配。
最常见的算法为kNN,也可以使用概率方法进行计算,实验定位精度大概3米左右(与WiFi热点个数有关),实际应用的话由于各种因素(人对信号的遮挡、环境的变化、指纹数据库的老化等)会使得精度有所降低。
祭出一篇经典论文,2000年Microsoft Research:IEEE Xplore Abstract 。

还有哪些其他的室内定位技术?

室内无线定位技术可以这样分成三类:近邻法、三边(角)测量法、模式匹配法。
近邻法:
最简单的方式,直接选定那个信号强度最大的AP的位置。纠正一个很容易被误导的地方,目前大多数手机中的定位方式为(GPS/AGPS、基站定位、WiFi定位),这里的WiFi定位并不是位置指纹法,而是近邻法,定位结果是热点位置数据库中存储的当前连接的WiFi热点的位置。
三边(角)测量法:
通过信号的各种参数得到目标与AP的距离或者角度,用几何方法计算出位置。
包括到达时间法、相对到达时间法、到达角度法、基于信号强度的测距方法,及其混合算法。
这些方法一般应用在蜂窝网基站定位中。
模式匹配法:
基本就是上面所说的位置指纹法了,只是这个说法更宽泛一些。

除了上面这些使用无线信号进行定位的技术外,还有基于地磁的定位和惯性导航技术,可以用来和上面的方法进行混合定位。
地磁信息:手机里的磁力计可以测得磁场强度,而建筑物导致了各个位置处的磁场有些区别。
惯性导航:加速度计、磁力计/陀螺仪,用来判断目标的移动方向与移动距离,从而进行位置跟踪。
另外,学术界研究的室内定位方式主要包括:红外线、超声波、蓝牙、RFID、UWB、WiFi、ZigBee、麦克风阵列、室内电力线、地磁、惯性测量、计算机视觉。

实现精确的室内导航需要解决哪些问题?

各种方案的缺点:
近邻法定位精度得不到保证;三边(角)测量法理论上精度较高,但对于普通设备来说,时间、角度这些参数较难获取;基站覆盖范围大,角度偏一点就会造成很大误差,更何况各种非视距和多径环境的影响,精度一般百米以上。所以现在手机室内高精度定位大多使用第三种方法(位置指纹法)。但是很多年过去了,室内定位的推广远没有当时预想的那么快,原因在于:

  • 室内地图的建立很复杂,至少比室外地图难多了。
  • 位置指纹法需要在每个需要定位的区域内采集大量数据。虽然现在有各种加快建立指纹库的方式,但还是得花不少时间。
  • 不是所有的地方有大量WiFi覆盖。每个位置至少得同时扫描到两三个较强的WiFi才能定位,wiFi数量越多理论上定位精度越高。

至于需要解决的问题,现在的情况是没有一种方案既便宜又好用,那么大家要解决的问题就是怎样去达到低代价高精度的定位,想来想去现在还是只有位置指纹法还凑合,然后在此基础上可以加点磁场和惯导(数据获取较简单)提高下精度。位置指纹法本身没有多大的技术难点,但是实施起来比较耗时耗力。另外,使用计算机视觉来做室内定位的遐想空间比较大,但是有技术难度。