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基于信號(hào)接收系統(tǒng)的室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)定位

作者: 時(shí)間:2011-06-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言

本文引用地址:http://2s4d.com/article/156152.htm

  隨著無線技術(shù)的發(fā)展,外環(huán)境中人員和物體的追蹤,這一課題引起了研究者的廣泛研究,位置服務(wù)(LBS)也越來越受到人們的關(guān)注。位置服務(wù)即根據(jù)服務(wù)消費(fèi)者所在地理位置的不同提供對(duì)應(yīng)的信息服務(wù),作為LBS的核心技術(shù)之一,是其重要的組成部分。因?yàn)榭梢詮V泛用于路由、治安、消防等方面。在室內(nèi)開發(fā)研究方面,常用的方法是在室內(nèi)環(huán)境下建立小范圍定位網(wǎng)絡(luò)。目前,越來越多的定位直接利用現(xiàn)成的無線通訊模塊來估計(jì)對(duì)象節(jié)點(diǎn)(盲節(jié)點(diǎn))的位置,應(yīng)運(yùn)而生的ZigBee技術(shù)以低成本、低功耗成為室內(nèi)定位的首選。本文以ZigBee組建基本的網(wǎng)絡(luò),通過節(jié)點(diǎn)RSSI值的大小來進(jìn)行距離計(jì)算,最終通過距離以及參考節(jié)點(diǎn)的位置來計(jì)算定位節(jié)點(diǎn)(盲節(jié)點(diǎn))位置。

  1 定位技術(shù)

  在無線定位中,有測距和非測距兩種方式。前者需要測量相鄰節(jié)點(diǎn)間的絕對(duì)距離或方位,并利用節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離來計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置;后者無需測量節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)距離或方位,而是利用節(jié)點(diǎn)間的估計(jì)距離計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。測距的算法主要包含以下幾種:三邊測量、三角測量、極大似然估計(jì)等;非測距的算法主要有質(zhì)心算法、DV-Hop算法、D_distance算法、凸規(guī)劃算法等。對(duì)定位算法的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有定位精度、節(jié)點(diǎn)密度、容錯(cuò)和自適應(yīng)性、功耗和代價(jià)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等幾個(gè)部分。綜合以上因素以及結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備,本文選用基于RSSI測距的定位方式。其流程圖如圖1所示。

  式中:do是參考距離;po是距離為do時(shí)到的強(qiáng)度,其中還包含了遮蔽外衰減或環(huán)境造成的損耗參考(中值);d是真實(shí)距離;ζ是以dB為單位的遮蔽因子,其均值為O,均方差為σdb(dB)正態(tài)隨機(jī)變量;p是強(qiáng)度;n是路徑損耗指數(shù),它的值依賴于環(huán)境和建筑物的類型。在實(shí)際測量中,選用以下的模型:

  即不統(tǒng)計(jì)遮擋因子對(duì)RSSI的影響,在實(shí)際環(huán)境下對(duì)RSSI影響最大的是非視距的影響。其中,射頻參數(shù)A被定義為用dBm表示的距離發(fā)射器1m接收到的平均能量絕對(duì)值,也就是距發(fā)射節(jié)點(diǎn)1m處的接收強(qiáng)度;n為信號(hào)傳輸常數(shù),與信號(hào)傳輸環(huán)境有關(guān);d為距發(fā)射節(jié)點(diǎn)的距離。

  2.2 參數(shù)優(yōu)化

  在使用A和n進(jìn)行距離計(jì)算時(shí),首先要面臨的一個(gè)問題是A和n的取值問題。A和n的取值不同,對(duì)測距的誤差影響很大。為了使模型能夠盡量真實(shí)地反映出當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境中的傳播特性,保證RSSI測距的精度,需要對(duì)A和n進(jìn)行優(yōu)化,得到最適合該室內(nèi)環(huán)境情況的參數(shù)值。

  通過線性回歸分析來估計(jì)參數(shù)A和n的值,假設(shè)從室內(nèi)環(huán)境得到的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)為(RSSIi,di),i=1,2,…,n,RSSIi表示在距離di上所對(duì)應(yīng)的RSSI測量值。

  以實(shí)驗(yàn)室走廊為例,測得100組數(shù)據(jù),代入上述公式得出A=4l,n=2.3。圖2是參數(shù)優(yōu)化后的RSSI測距模型曲線。在圖中可以看出,根據(jù)線性回歸分析可以很好地?cái)M合出適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境的模型曲線。


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評(píng)論


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