[發明專利]基于協作通信的環境自適應的室內定位算法

有效

• 申請號: 201410209732.1
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103957510B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 焦良葆;曹雪虹;湯雅婷;陳瑞;程勇
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H04W4/04
• 分類號: H04W4/04;H04W64/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司32243
• 代理人: 沈志海

技術領域

本發明涉及一種基于協作通信的環境自適應的室內定位算法。

背景技術

基于無線自組織網絡的室內定位技術作為節點定位技術研究的一個分支和熱點，具有廣闊的市場前景和需求。基于接收信號強度指示(RSSI)，基于RSSI 的測距方法中，已知發射節點的發生信號強度，接收節點根據收到信號的強度，計算出信號傳播的損耗，利用理論模型將傳輸損耗轉化為距離值；但是因為無線信號環境受反射、多徑效應和非視距傳播等問題的影響，極大地影響了定位精度。

基于RSSI的基本原理是，通過三邊測量法來定位未知節點的信息，具體的實現就是通過周圍三個已知節點接收到未知節點發送的RSSI值和無線環境參數 A，n，計算出未知節點到每個已知節點的距離，再利用二維平面的幾何性質定位未知節點的坐標，理想情況如圖1。

在實際系統中，由于無線環境的復雜性和不確定性，當采用三邊測量法定位未知節點時，往往與理想情況有較大的出入。由于信號在傳播過程中的路徑損耗，帶入計算的RSSI值小于信號實際強度，所以帶入公式計算出來的d大于實際節點之間的d，造成幾何圖形中三個圓兩兩相交的情況，如圖2所示。

現有算法存在的問題是不能很好的適應無線環境的變化，若無線環境較差時，即未知節點不能和周圍三個定位節點取得通信則無法利用三邊測量法進行定位；若無線環境較好時，即未知節點可以與多余三個定位節點進行通信，又沒有很好的利用這個條件來提高定位精度。

發明內容

基于RSSI無線定位算法，不需要額外的硬件設備，實現方法簡單，是一種低功率、廉價的測距技術。但是基于RSSI的測距精度不是很高，誤差可達到20％，且需要通過周圍三個已知節點的位置信息，采用三邊測量法對未知節點進行定位。本發明根據現有的RSSI定位技術，提出一種改進的協作通信環境自適應的定位算法。

本發明的技術解決方案是：

一種基于協作通信的環境自適應的室內定位算法，

定位節點接收到未知節點發送的信號RSSI強度值，計算后返回距離值d，未知節點接收到周圍定位節點的距離值，設定一個通信半徑的標準門限值d_t，根據已知節點小于d_t的數量來選擇采取定位方法。

進一步地，當參與通信的定位節點數量小于3個，利用協作通信的原理，即當周圍其他未知節點定位后獲取自身坐標信息，作為定位節點協作未知節點定位，再采用改進的三邊測量法和質心算法計算未知節點坐標；

進一步地，當參與通信的定位節點數量等于3個，采用現有的三邊測量法結合質心算法對未知節點進行定位。

進一步地，當參與通信的定位節點數量多于3個，即若無線環境較理想，先利用定位節點相互通信，確定包含未知節點的定位節點之間構成多個三角形，分別通過改進的三邊測量法定位出未知節點坐標，再根據三角形面積大小對未知節點位置的權重影響，對坐標進行加權平均處理，最終定位未知節點。

進一步地，距離值d采用公式(1)計算；

取參考距離d₀＝1m，采用無線信號在空間中傳輸的理論模型是shadowing模型：

RSSI＝-(A+10nlog₁₀d)(1)

其中，A表示在距離發射節點1m處接收到平均能力絕對值，單位為dbm； n是信號傳輸常數，和傳輸環境有關；d是接收節點和發射節點的距離。

進一步地，采用改進的三邊測量法和質心算法計算未知節點坐標如下：

三個定位節點為A(x_a，y_a)，B(x_b，y_b)，C(x_c，y_c)，基于RSSI計算出到未知節點的距離分別為d_a，d_b，d_c，分別以上述三個定位節點為圓心、上述距離為半徑作圓，三個圓兩兩相交，以其交點A',B',C'為頂角作三角形，取三角形的質心為未知節點的坐標；

由三角形的性質得出未知節點坐標如下，(x_d,y_d)＝其中，x′_a為交點A′的橫坐標， x′_b為交點B′的橫坐標，x′_c為交點C′的橫坐標，y′_a為交點A′的縱坐標，y′_b交點B′的縱坐標，y′_c交點C′的縱坐標。