一種基于距離糾正乘性因子的室內定位方法
【專利摘要】本發明采用的一種基于距離糾正乘性因子的室內定位方法。該方法與普通的基于接收信號強度的定位方法相比，在計算未知節點位置時引入了距離糾正乘性因子，在獲取接收信號強度時將出現次數最多的接收信號強度值作為一段時間內的接收信號強度，并且在引入距離糾正乘性因子前提下，應用基于最小均方誤差準則的誤差函數和網格法計算未知節點的位置。該方法有效地提高定位的精確度和穩定性，而且對環境的變化有更好的適應性，算法的復雜度也較低。
【專利說明】
-種基于距離糾正乘性因子的室內定位方法
技術領域
[0001] 本發明設及無線傳感器網絡技術領域，特別設及一種距離糾正乘性因子室內定位 方法。
【背景技術】
[0002] 定位技術在生活中應用廣泛，而室內也有著廣闊的前景:在商業廣告領域，得到移 動用戶確定的定位信息后，商家可W給自己周邊的用戶推送臨近商鋪的廣告信息;在監獄 中，監管人員可W采用室內定位技術實時掌握獄內人員的行蹤動態;倉庫管理中，某類物品 的位置也可W在添加信息交換裝置后，讓管理員更好地分配管理物品。
[0003] 最常見的GPS定位無法用于室內定位，目前多采用基于無線傳感器網絡的室內定 位方法。在運些方法中，基于測距的定位方法有:有基于信號到達角度(AOA)的定位方法，基 于信號到達時刻(TOA)的定位方法，基于信號到達時間差(TDOA)的定位方法W及基于接收 信號強度(RSSI)的定位方法。其中，基于接收信號強度(RSSI)的定位方法是其中最常見的。 運是由于，現在的無線傳感器節點都有獲取接收信號的強度的能力，運也表示獲取RSSI信 息幾乎不需要額外的硬件開銷。其原理是信號在傳播的過程中會發生衰減，表現為信號的 強度會隨著離發射源距離的增大而減小。
[0004] 基于信號接收強度的定位方法的基本原理是根據移動終端測得的信號強度，推算 出發射端和移動終端之間的距離。當有=個或=個W上的已知位置的發射端錯節點，理論 上就能找出一個點，它到所有發射端的距離均滿足測得的距離值，運個點就是移動終端的 位置。用方程組表示為
[0005] 但是由于環境(主要有障礙物和多徑效應），天線方向，發射裝置與接收裝置的相 對運動(多普勒效應），導致測出的距離值并不準確。此外，信號強度的衰減系數在同一室內 環境的不同時間段，也會有所變化，導致計算距離的誤差。所W方程組中的方程等式實際上 并不滿足，所W求解方程組得出的位置誤差較大。需要一種方法，可W得到更精確的距離 值，并且可W在測得的距離不準確的前提下，提高定位的精準度。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的缺陷，提供一種基于距離糾正乘性 因子的室內定位方法，W改善測量信號接收強度的不穩定性，完善解算位置的方程和算法， 最終提高室內定位的精準度。
[0007] 本發明為解決上述技術問題采用一種基于距離糾正乘性因子的室內定位方法包 括：
[000引1.通過連續測距尋找信號強度出現次數最多的值作為獲取到的信號強度值，W降 低測距不穩定性。
[0009] RSSI值和通信距離有著函數關系，它的值隨著距離的增加相對越變小。信號衰減 采用對數距離衰減模型，公式如下：
[0010]
[001 U 為了計算簡便，將do取值為1，C取值為0，則可將公式簡化為：
[0012] RSSI=A-IOnlg d
[0013] 根據信號強度，估算出待測移動設備和AP之間的距長
[0014] 設備接收到的接收信號強度并不穩定，直接將接收信號強度瞬時值轉化成距離會 有著較大的誤差。本方法在較短時間內多次接收信號強度，比如一秒內連續接收20次信號 強度，然后選擇接收信號強度值出現次數最多的值轉化成距離。
[0015] 2.引入距離糾正因子，W提高定仿i+當的搖瑜底巧梅高算法的適應性。
[0016] 使用=邊測量法得到的方程組
[0017] -般方法會直接解算方程組，由于等式右邊的距離值并不準確，直接計算上述給 出的方程組，必然導致得到的位置不準確。引入距離糾正因子n，n是一個介于0到a之間的正 數。根據實驗數據，n-般小于2,本方法將n的最大值定為2。引入距離糾正乘性因子的算法 復雜度低，完全滿足實際需求。
[0018] 3.基于最小均方誤差準則，引入誤差函數f(x，y)，W提高位晉計算的精確度。
[0019] 將n引入立邊現慢法得到的方程組，得到新的方程組
[0020] 基于最小均方誤差準則，引入誤差函數:f(x，y)
[0021]
[0022] 當f(x，y)最小時，方程左右差值的平方和最小，而此時的位置(x，y)就是位置未知 節點的位置。
[0023] 4、使用網格法計算誤差函數f(x，y)，W保證函數可W在指定范圍內得到最小值。
[0024] 本發明采用W上技術方案與現有技術相比，具有W下技術效果：
[0025] 采用一種基于距離糾正乘性因子的室內定位方法通過引入距離糾正因子和基于 距離糾正因子的誤差函數，有效地提高定位的精確度;通過連續測距尋找信號強度最大值， 改善測距的不穩定性;利用網格法求出待測移動設備位置，可W保證在待測區域得到所求 值。
【附圖說明】
[00%]圖1是本發明定位方法流程示意圖。
[0027] 圖2是網格法計算誤差函數流程示意圖。
[0028] 圖3是實地測試結果示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解運些實施例僅用于說明 本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各 種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0030] 如圖1所示，對基于距離糾正乘性因子的室內定位方法進行實施，具體流程如下：
[0031] (1)獲取信號強度并轉換成距離。在一秒內連續接收20次信號強度，然后選擇接收 信號強度值出現次數最多的值。本方法至少需要獲得設備到=個不同位置AP點的距離。
[0032] (2)引入距離糾正乘性因子n和誤差函數f (x，y)。
[0033] (3)初始化數據，將距離糾正乘性因子n設為0.1，設零時參數Z = 1000 O, X(O)=O, y (0)=0;
[0034] (4)將距離糾正乘性因子n代入誤差函數f(x，y)，調用網格法計算誤差函數。網格 法計算誤差函數流程如圖2所示；
[0035] (5)先將n加0.1，然后判斷距離糾正系數n，如果n小于預定值，則重復步驟(4);如 果n已經達到預定值，則輸出此時的(X(O)，y(0))即為得到的位置未知節點的位置。
[0036] 如圖2所示，對上述主流程步驟(4)中網格法計算誤差函數進行實施，具體流程如 下：
[0037] (1)設網格點坐標^，7) = (0,0)，即第一個網格點坐標；
[0038] (2)將n和網格點坐標代入誤差函數f(x，y)計算，如果f(x，y)<z，則將X的值賦予X (0)，將y的值賦予y(〇)，將f(x，y)的值賦予Z;
[0039] (3)判斷網格點(x，y)，如果未到最后一個網格點，則順移到下一個網格點，然后重 復步驟(2);如果已經到達最后一個網格點，等待主流程對距離乘性因子n大小的判斷；
[0040] 使用不同的方法進行實地測試，驗證了本方法提升定位精確度的效果。在辦公室 內，隨意取一位置進行測試，該位置的真實坐標為：（1.45,4.3)。使用邊長為0.1m的網格。距 離糾正乘性因子的范圍（0,2)，每次間隔0.1。測試數據如圖3所示:直接解算未添加距離糾 正乘性因子的方程組，得到的位置為(-0.1176,6.7662)，誤差為2.93米;用網格法解算未添 加距離糾正乘性因子的誤差函數，得到的位置為(0.1,7.5)，誤差為3.47米;用本發明方法 得到的位置為（1.3,4.9)，誤差為0.62米。可見，使用本發明方法可W非常有效地提高定位 精確度。
【主權項】
1. 一種基于距離糾正乘性因子的室內定位方法，包括布在區域中AP(Access Point，即 無線接入設備)和移動設備，所述移動設備獲取所述AP點的接收信號強度，并轉化為距離， 其特征在于還包括誤差函數f(x，y)和距離糾正乘性因子，將所述距離值和所述距離糾正乘 性因子代入所述誤差函數，求解所述誤差函數最小值，f(x，y)最小時的位置(x，y)即待測設 備所在位置。2. 如權利要求1所述的基于距離糾正乘性因子的室內定位方法，其特征在于在較短時 間內多次接收信號強度，然后選擇出現次數最多的信號作為獲取到的接收信號強度值，以 此降低測距的不穩定性。3. 如權利要求1所述的基于距離糾正乘性因子的室內定位方法，其特征在于所述AP點 的個數至少為3個。4. 如權利要求1所述的基于距離糾正乘性因子的室內定位方法，其特征在于引入誤差 函數以1，7)4(1，7)基于最小均方誤差準則，以提高位置計算的精確度。5. 如權利要求1所述的基于距離糾正乘性因子的室內定位方法，其特征在于計算誤差 函數f(x，y)時使用網格法，以保證函數可以在指定范圍內得到最小值。
【文檔編號】H04W84/18GK105828297SQ201610142717
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月14日
【發明人】桂林卿, 房鵬, 楊帥, 賽爾德·拉贊·阿巴斯, 楊淑萍, 束鋒, 余海, 陸錦輝
【申請人】南京理工大學