一種基于433MHz信號的室內定位方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及室內定位技術領域，尤其涉及一種基于433MHz信號的室內定位方法和 系統。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著無線通信技術的發展，人們對信息"無處不在，隨時都在"的需求也越 來越大。為了給移動用戶提供隨時隨地的通信環境，位置服務和移動管理是至關重要的問 題。對于戶外環境來說，衛星定位系統(例如，全球定位系統GPS)是一種可行、有效而又經濟 的定位系統，已經獲得了廣泛的應用。但在人類活動最頻繁的室內環境中，由于建筑物的覆 蓋，衛星信號無法穿透，導致了衛星發射的信號不能用于室內定位。因此，在現在無線傳感 研究領域中，提出一個高精度、方便可行且價格合理的室內定位系統，已經成為一個炙手可 熱的研究方向。
[0003] 正如我們所知，Wi-Fi、藍牙、ZigBee以及無線局域網的工作頻段都在2.4GHz左右， 該頻段的信號特點是抗衰減能力弱，通信距離較短，繞射能力差，且在室內受到多徑效應影 響較大。相比之下，433MHz頻段的射頻信號可以一定程度上的彌補2.4GHz信號的一些不足， 例如信號穿透性強，傳輸距離遠，在可視距離下通信距離可達到14-28公里等等。433MHz頻 段所具有的優良特性可以為無線傳感領域的定位問題開辟一條嶄新的方法。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于通過一種基于433MHz信號的室內定位方法和系統，來解決以上
【背景技術】部分提到的問題。
[0005] 為達此目的，本發明采用以下技術方案：
[0006] -種基于433MHz信號的室內定位方法，其包括如下步驟：
[0007] S1、部署定位傳感網絡；
[0008] S2、待定位節點向所在測量空間廣播定位請求；
[0009] S3、收到定位請求的參考節點檢驗周圍環境信號強度是否達標，選取至少三個有 效參考節點；
[0010] S4、根據參考節點發給待定位節點的RSSI值，利用信號傳播模型計算出當前參考 節點到待定位節點的距離；
[0011] S5、根據參考節點的位置和距離信息，使用三邊測量模型計算待定位節點所在位 置；
[0012] S6、利用節點均攤誤差算法提高待定位節點的定位精度。
[0013] 特別地，所述步驟S1具體包括:在所測量空間的不同位置部署參考節點，使得空間 內任意位置被至少三個不在同一條直線上的參考節點有效覆蓋，其中，參考節點由信號接 收器和信號發送器組成；設定測量空間平面在二維坐標系平面上，以一個固定位置為坐標 原點，從而確定參考節點的位置坐標;在確定參考節點的坐標后，在該參考節點發送的數據 包中添加其坐標信息。
[0014] 特別地，所述步驟S2具體包括：當待定位節點有定位需求時，它將向所在測量空間 廣播定位請求；當參考節點接受到定位請求包時，參考節點在向待定位節點發送信息包之 前，需要進行周圍環境監測，以確定自己是否具備發包條件:參考節點首先發送查詢當前環 境的命令，檢查周圍環境中是否有其他參考節點在發包，若有干擾信號，則當前參考節點所 處環境受干擾較大，該參考節點不適合立即發送，等待一個指定范圍內的隨機時間后，再次 重復上述查詢過程;若沒有干擾信號，則立即發送數據包，發送之后，等待一定范圍的隨機 時間后，再重復上述查詢過程，直至收到結束發包命令。
[0015] 特別地，所述步驟S3具體包括:收到定位請求的參考節點向發送器返回一定強度 的信號以及自身的位置信息，待定位節點根據接收到的參考節點數據包數據，進行判斷，選 取至少三個有效參考節點;符合條件的參考節點即有效參考節點，在收到定位請求后，向發 送器返回一個包含RSSI信息、自身的位置信息和CRC校驗碼的數據包;待定位節點在接受到 數據包之后，需要校驗數據包的正確性：當待定位節點進入監聽狀態時，判斷是否收到數據 包，若收到，首先做一次校驗，校驗數據包的長度和除去RSSI值的包頭與正確格式是否相 同，若不同，則拋棄該數據包;若相同，則進行二次校驗，即除去包頭，用CRC校驗數據包的數 據信息是否正確，若不正確，則拋棄該數據包，若正確，則保存數據包數據以及記錄對應的 標簽值，并統計收到的節點數量;直至節點數量全部達標，結束上述過程，否則，繼續接收數 據包。
[0016] 特別地，所述步驟S104具體包括:根據RSSI值計算出當前參考節點與待定位節點 之間的距離;接收信號強度(RSSI)是一種指示當前介質中電磁波能量大小的數值，電磁波 在傳輸過程中存在路徑損耗，使得RSSI值隨距離的增加而減少，因此根據信號強度就可以 判斷節點所對應距離的遠近，即平均路徑消耗是距離的函數：
[0017]
[0018] 其中，瓦是平均路徑消耗;η是路徑消耗指數，它表示隨著距離的增長路徑消耗的 速度，與周圍環境和障礙物有關;do為參考距離，單位為米;d為發射端與接收端的距離，單 位為米;將上式方程兩邊取對數，可將其轉化為線性形式;絕對平均路徑消耗，定義為發射 器到參考距離do的路徑消耗，加上式中描述的額外路徑消耗：
[0019]
[0020] 選擇參考距離do為1米，并假設瓦以,）為發射器在自由空間傳播，到達參考距離時 所產生，公式中僅表示當距離為d時，接收到的平均能量;但當距離一定時，由于環境內在因 素，不同時刻接收到的信號值是一個隨機量，這個隨機量滿足對數正態分布，它以dB為單位 滿足高斯分布，即完整的無線信號傳播衰減模型為：
[0021]
[0022]其中，Xs是標準差為〇的高斯分布函數，單位是(^，且〇取決于當前環境。
[0023]特別地，所述步驟S5具體包括:假設待定位節點坐標位置為(XQ，yo)，第i(l < i < η) 個參考節點坐標為(Xl，yi)，待定位節點與參考節點之間計算得到的距離估計值為 是與第i個參考節點的真實歐式距離，即：
[0024]
[0025]計算距離與真實距離之間的誤差可以表示為Pi = 由于計算存在誤差，在實 η 際情況下Pi-般是非零值；為了使Σ.Α2最小，采用最小二乘法求解待定位節點坐標(χ〇， y〇);因此，定位問題可以轉化為超定線性方程組的數值求解問題，對上式平方和重排序，可 以得到η個類似下式方程：
[0026]
[0027] 然后，用上式的第i=n個方程依次減去其他方程（l<i<n)，這樣可以得到η-I個 方程如下式所示：
[0028]
[0029] 其中，方程組左邊均為已知量，方程組右邊只有xq和yo未知，其他均為已知參數，由 此推導出線性關系：
[0030] Ax = B
[0031] 其中A是(n_l) X2矩陣，而矩陣的第1行是[2(xi_xn) 2(yi_yn)] ;B是n_l個列向量， 它的第i項為(?2+3#-g-名;X是定位節點坐標的列向量[xQ y0]T;根據信號衰 減模型估計得到的節點間距離值，往往與真實距離值d存在一定偏差，因此，用估計值(T i 來代替cU，計算得來的V來代替B，從而使用最小二乘法來求解一個估計的X使得| ΙΑ