一種基于rssi的室內(nèi)三維定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于RSSI的室內(nèi)三維定位方法。包含有用于組建網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，用于收發(fā)無線數(shù)據(jù)包的讀卡器和多個移動標(biāo)簽,定位時網(wǎng)關(guān)組建無線網(wǎng)絡(luò)，讀卡器和移動標(biāo)簽都加入無線網(wǎng)絡(luò)后，通過上位機軟件對各個讀卡器的位置坐標(biāo)進行設(shè)定；利用讀卡器間互相發(fā)送數(shù)據(jù)包，計算出相對應(yīng)的傳播參數(shù)；將定位區(qū)域的空間分成N×K×P個小區(qū)域，形成完整的N×K×P維的Radio?Map；利用移動標(biāo)簽各讀卡器向其發(fā)送數(shù)據(jù)包，測得各讀卡器的信號強度RSSI值后，然后利用k?Nearest?Neighbor算法算出計算結(jié)果和Radio?Map進行匹配；不匹配的需要使用差分校正算法對移動標(biāo)簽的位置進一步計算。本發(fā)明節(jié)點數(shù)較少，成本低廉，能夠減小室內(nèi)干擾因子的影響力，提高定位穩(wěn)定性和精確性。
【專利說明】一種基于RSSI的室內(nèi)三維定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通訊【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及到一種基于RSSI的室內(nèi)三維定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，室外的定位系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)成熟，廣泛應(yīng)用于礦井人員定位、搶險救災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，對人們的生活和工作產(chǎn)生了重大的影響。由于室內(nèi)定位難度較大，有許多干擾因素，且室內(nèi)定位技術(shù)尚不夠成熟，缺陷較多，以至于室內(nèi)定位精度難以和室外定位相比，并且穩(wěn)定性很差。
[0003]當(dāng)前的大多數(shù)定位算法只是針對無線傳感器的二維網(wǎng)絡(luò)展開研究的，然而在實際應(yīng)用中并非總是如此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點也會經(jīng)常處于三維環(huán)境中，如礦井、森林、海洋和復(fù)雜的建筑物等，這些場合下都是需要提供節(jié)點的三維位置信息。
[0004]但是由于三維空間運算更為復(fù)雜，相關(guān)的三維定位技術(shù)的研究有待深入。目前已有部分文獻對三維定位算法進行研究，可是為了提高定位精度，大多數(shù)算法采用了增加節(jié)點數(shù)量，提高成本來實現(xiàn)，如基于RSSI差分修正的WSN定位算法，立體式RSSI無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法，基于RSSI差分修正的加權(quán)質(zhì)心定位算法等。但是如果控制成本，減少節(jié)點數(shù)量時，運算量會增加，且定位誤差較大，定位精度得不到保證。由于室內(nèi)干擾因子較多，會大大影響定位精度，然而目前的算法基本沒有對路徑損耗因子進行修正，導(dǎo)致個別誤差較大。目前的室內(nèi)三維定位系統(tǒng)要么定位精度不高，要么穩(wěn)定性不高，要么成本太高，且沒有明確的方法去減小室內(nèi)干擾因子的影響力，所以暫無一種定位精度高，誤差小，穩(wěn)定性強，節(jié)點數(shù)量少的定位方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是正對上述存在的技術(shù)不足，提供一種節(jié)點數(shù)較少，成本低廉，減小室內(nèi)干擾因子的影響力，提高定位穩(wěn)定性和精確性的基于RSSI的室內(nèi)三維定位方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種基于RSSI的室內(nèi)三維定位方法，其特征在于:包含有用于組建網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，用于收發(fā)無線數(shù)據(jù)包的讀卡器和多個移動標(biāo)簽，其定位步驟為:
[0008]網(wǎng)關(guān)組建無線網(wǎng)絡(luò)，讀卡器和移動標(biāo)簽都加入無線網(wǎng)絡(luò)后，通過上位機軟件對各個讀卡器的位置坐標(biāo)進行設(shè)定，其中讀卡器的位置坐標(biāo)需要保證任意4個讀卡器不能處于在X、Y、Z方向的水平面上；設(shè)定讀卡器的傳輸參數(shù)a和η的初始值及數(shù)據(jù)包的收集時間，a代表傳輸損耗，η代表環(huán)境對信號的衰減系數(shù)，根據(jù)具體環(huán)境而不同；
[0009]利用讀卡器間互相發(fā)送數(shù)據(jù)包，包括RSSI值、自身ID和位置信息；讀卡器根據(jù)接收到其它讀卡器的RSSI值，由以下公式分別計算出作為差分修正參考節(jié)點時相對應(yīng)的傳播參數(shù)a和η ;
【權(quán)利要求】
1.一種基于RSSI的室內(nèi)三維定位方法，其特征在于:包含有用于組建網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，用于收發(fā)無線數(shù)據(jù)包的讀卡器和多個移動標(biāo)簽，其定位步驟為: 網(wǎng)關(guān)組建無線網(wǎng)絡(luò)，讀卡器和移動標(biāo)簽都加入無線網(wǎng)絡(luò)后，通過上位機軟件對各個讀卡器的位置坐標(biāo)進行設(shè)定，其中讀卡器的位置坐標(biāo)需要保證任意4個讀卡器不能處于在X、Y、Z方向的水平面上；設(shè)定讀卡器的傳輸參數(shù)a和η的初始值及數(shù)據(jù)包的收集時間，a代表傳輸損耗，η代表環(huán)境對信號的衰減系數(shù)，根據(jù)具體環(huán)境而不同； 利用讀卡器間互相發(fā)送數(shù)據(jù)包，包括RSSI值、自身ID和位置信息；讀卡器根據(jù)接收到其它讀卡器的RSSI值，分別計算出作為差分修正參考節(jié)點時相對應(yīng)的傳播參數(shù)a和η ; 將定位區(qū)域的空間分成NXKXP個小區(qū)域，記錄當(dāng)前環(huán)境下各小區(qū)域中心接收到各讀卡器發(fā)送的RSSI值，形成完整的NXKXP維的Rad1 Map ； 將移動標(biāo)簽放入各區(qū)域，利用移動標(biāo)簽各讀卡器向其發(fā)送數(shù)據(jù)包，測得各讀卡器的信號強度RSSI值后,然后利用k Nearest Neighbor算法算出計算結(jié)果和Rad1 Map進行匹配，當(dāng)有3個及以上的讀卡器信號強度RSSI值匹配成功時，則確定移動標(biāo)簽的位置區(qū)域；否則需要使用差分校正算法對移動標(biāo)簽的位置進一步計算； 最終得出目標(biāo)的準(zhǔn)確定位坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于RSSI的室內(nèi)三維定位方法，其特征在于:所述的差分校正算法為: 首先將各讀卡器A、B、C、D、E輪流作為差分修正參考節(jié)點，并得出偏移量(Δ χΑ, Δ yA, ΛζΑ);先以A作為差分修正參考節(jié)點，其中cU，dAC, dAD, dAE分別表示A點到B、C、D、E的測量距離，根據(jù)最小二乘法，計算出A的坐標(biāo)(x’A，y’A，z’A)，即可以得出偏移量(Δχα, ΔΥα, Δζα);同理，求出B、C、D、E的自身定位坐標(biāo)及偏移量； 然后讀卡器向區(qū)域內(nèi)的移動標(biāo)簽發(fā)送RSSI值、自身ID、定位偏移量、相對應(yīng)的傳輸參數(shù)a和n，移動標(biāo)簽根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，利用以下公式求出A作為差分修正參考節(jié)點時，未知節(jié)點M的初步定位坐標(biāo)(X’ mi, y’ M1, z’ M1);同理，分別求出B、C、D、E作為差分修正參考節(jié)點時，未知 T1 點 M 的初少定似坐標(biāo)(X Jffil, y 1B1) Z Jffil)，(X Md, y MCI，Z MCI)，(X MDD I MDD Z MDl)，(X MED Υ MED Z MEl); 根據(jù)之前求出的偏移量，得到差分修正參考坐標(biāo)(％?，y.，zM1);同理，分別求出差分修正坐標(biāo)(xMBD Ymbd zmbi) ? (xmci，Ymcd zmci) ? (xmdi，Ymdd zmdi)，(xmei，Ymed zmei); 利用迭代次數(shù)的思想，重復(fù)執(zhí)行以上步驟r次，對得到的r個差分修正參考坐標(biāo)求均值，得到(-xMA，y MAi 2 ma).冋理，分別求出修正坐標(biāo)CjcMB ，)^ΜΒ 9 ZMB ) iXMC s y.MC ’ ZMC ) ， , ，(xMD，y.W) 9-Ml> ) (-ΥΛ?/*；，，zAfK ).7* 利用加權(quán)算法的思想，計算出最后的定位坐標(biāo)(X，y, Z)。
【文檔編號】G01S5/02GK104198988SQ201410305657
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】趙東明, 徐進, 吳小軍, 周子麟 申請人:武漢理工大學(xué)
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