基于改進(jìn)傳播環(huán)境參數(shù)的室內(nèi)定位方法

王康

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)信號(hào)傳播模型對(duì)環(huán)境適變能力差，且定位精度不高的問題，提出一種動(dòng)態(tài)RSSI加權(quán)系數(shù)模型。在鄰近接入點(diǎn)（AP，access point）多次測取信號(hào)接收強(qiáng)度（RSS，received signal strength），經(jīng)過高斯濾波算法對(duì)采集的RSSI進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波處理，再對(duì)分組數(shù)據(jù)賦予加權(quán)系數(shù)得到待定位節(jié)點(diǎn)鄰近點(diǎn)RSSI均值。進(jìn)而合理改進(jìn)傳統(tǒng)信號(hào)傳播模型環(huán)境參數(shù)的A ，n 值估計(jì)，得到滿足具體環(huán)境的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)室內(nèi)定位精度要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方法適應(yīng)多變環(huán)境的室內(nèi)定位要求，并提高了定位精度。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)信號(hào)傳播模型;接收信號(hào)強(qiáng)度;加權(quán)系數(shù);環(huán)境參數(shù);

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）34-0219-03

隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)公共服務(wù)和生產(chǎn)安全越來越關(guān)注。尤其是對(duì)諸如礦井作業(yè)的高風(fēng)險(xiǎn)工作地帶，一旦發(fā)生危機(jī)情況如何快速準(zhǔn)確確定遇險(xiǎn)人員的位置，成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。基于衛(wèi)星通信的全球定位系統(tǒng)GPS（Global Position System）已經(jīng)能夠很好地滿足室外定位的需求，廣泛應(yīng)用于軍事和民用等領(lǐng)域。然而在室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜的情況下GPS就失去了它的優(yōu)勢，由于多徑等影響，室內(nèi)無線電波傳播環(huán)境中，更多的是非視距（NLOS）環(huán)境。NLOS傳播帶來的誤差通常表現(xiàn)為信號(hào)延遲的增大、信號(hào)強(qiáng)度的衰弱以及到達(dá)角度的改變，因此如何提高室內(nèi)定位精度依舊是無線通信網(wǎng)絡(luò)研究中的重點(diǎn)[1]。

室內(nèi)定位方法可分為基于測距（Range-based）和無需測距定位（Range-free）兩類[8]?；跍y距算法通過測量節(jié)點(diǎn)間的距離和角度，使用三邊測量和三角測量以及極大似然估計(jì)算法，主要定位技術(shù)有TOA、TDOA、AOA、RSSI等，無需測距通過網(wǎng)絡(luò)連通性等信息來實(shí)現(xiàn)開銷較低的定位，主要定位算法有APIT算法、DV-Hop算法、質(zhì)心算法和凸規(guī)劃算法等[12]。

傳統(tǒng)信號(hào)傳播模型采用固定A、n值方式，而實(shí)際室內(nèi)環(huán)境變化較大，因此室內(nèi)環(huán)境由于多徑等因素影響，A、n值變化具有動(dòng)態(tài)性和時(shí)變性，使得定位精度誤差較大。為了提高室內(nèi)定位精度，使A、n值能準(zhǔn)確反映室內(nèi)環(huán)境變化，本文基于傳統(tǒng)信號(hào)傳播模型環(huán)境參數(shù)[11]進(jìn)行改進(jìn)，用高斯濾波[10]、分組數(shù)據(jù)賦加權(quán)系數(shù)等方式優(yōu)化處理，以期達(dá)到良好的定位效果。

圖4為兩種方式的定位誤差分布，定位誤差3m以上的節(jié)點(diǎn)，傳統(tǒng)方式有12個(gè)，而借由本文環(huán)境參數(shù)改進(jìn)后的只有2個(gè)。傳統(tǒng)方式定位誤差距離各段都存在，其中1m到4m居多;改進(jìn)方式的各距離段節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)隨定位誤差增大而減小，因此不難看出本文改進(jìn)的傳播環(huán)境參數(shù)方法明顯定位誤差小于傳統(tǒng)方式定位誤差。本文算法定位誤差1m以內(nèi)的概率高達(dá)48.5%，且越大的定位誤差發(fā)生的概率越小，定位精度可以滿足實(shí)際應(yīng)用需求，所以改進(jìn)的環(huán)境參數(shù)定位方法優(yōu)于傳統(tǒng)環(huán)境參數(shù)定位方法。

3 結(jié)束語

當(dāng)信息不斷被要求準(zhǔn)確，室內(nèi)定位的精度要求也在不斷提高，目前已經(jīng)有許多學(xué)者提出了提高定位精度的方法。本文提出了一種改進(jìn)傳播模型中環(huán)境參數(shù)的動(dòng)態(tài)RSSI加權(quán)系數(shù)方式，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方式的不足，并進(jìn)行了仿真測試和實(shí)驗(yàn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳細(xì)分析和對(duì)比，本文方法優(yōu)于傳統(tǒng)方式，定位精度和穩(wěn)定性有顯著提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 萬群，郭賢生，陳章鑫. 室內(nèi)定位理論、方法和應(yīng)用[M]. 電子工業(yè)出版社，2012.

[2] 張宴龍. 室內(nèi)定位關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2014.

[3] 謝澤剛. 基于接收信號(hào)強(qiáng)度指紋的室內(nèi)定位算法研究[D].華中科技大學(xué)，2015.

[4] 張靖婷. 室內(nèi)可見光定位技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 大連海事大學(xué)，2016.

[5] 曾龍基. 室內(nèi)無線定位技術(shù)的研究[D]. 北京交通大學(xué)，2013.

[6] 馬岳雷. 基于WLAN的室內(nèi)定位技術(shù)研究 [D]. 蘭州大學(xué)，2014.

[7] 彭宇倩. 基于Zigbee室內(nèi)定位的智能導(dǎo)游系統(tǒng)研究 [D]. 廣東工業(yè)大學(xué)，2014.

[8] 甄鎖強(qiáng). 基于Zigbee的室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) [D]. 哈爾濱工程大學(xué)，2011.

[9] 周二林，王冠凌，陳任峰. 基于RSSI測距的室內(nèi)定位研究 [D]. 安徽工程大學(xué)，2015.

[10] 陶佳峰，楊曉洪，王劍平，等. 基于RSSI的室內(nèi)測距模型優(yōu)化技術(shù)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2017，36（1）：24-27.

[11] 黃應(yīng)紅.基于改進(jìn)接收信號(hào)強(qiáng)度指示的室內(nèi)定位算法 [J]. 激光雜志，2014，35（12）：144-147.

[12] 李堯，汪明，于曉諭.基于Zigbee室內(nèi)定位算法 [J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2016，25（6）：180-184.

[13] 徐馳，邱添，曹廣成.幾何估算和RSSI相結(jié)合的室內(nèi)定位算法 [J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2017，34（6）：296-302.

[14] 李海朝，汪子峰，李會(huì)勇，等. 采用距離無偏估計(jì)的加權(quán)最小二乘定位算法[J].信號(hào)處理，2016，32（12）：1464-1467.

[15] 陳璇，董仕鵬. 基于修正RSSI值的加權(quán)質(zhì)心定位算法 [J]. 電子科技，2017，30（4）：92-94.

[16] 李華亮，錢志鴻，田洪亮. 基于核函數(shù)特征提取的室內(nèi)定位算法研究[J].通信學(xué)報(bào)，2017，38（1）：158-167.

[17] 張維，李文濤，王力. 基于接收信號(hào)強(qiáng)度的不同移動(dòng)終端定位方法研究[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，32（3）：481-485.

【通聯(lián)編輯：唐一東】