基于RSSI的室内定位算法优化.docx

大连理工大学 第十一届“攀登杯”科技竞赛 参赛作品 作品名称： 基于RSSI的室内定位算法优化 队长姓名： 陈舒伟 学部（学院）： 建设工程学部 队长学号： 201354004 联系电话： 团队成员： 陈舒伟、林琰文、赖健聪、王玉琳、 程克、徐琨 作品类别：?A自然科学类学术论文 □B哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 □C科技发明制作 □D实用解决方案  一、研究背景 随着现代通信、网络、全球定位系统(Global PositionSystem，GPS)、普适计算、分布式信息处理等技术的迅速发展，位置感知计算和基于位置的服务(Location Based Setvices，LBS)在实际应用中越来越重要。GPS是目前应用最广泛和成功的定位技术。由于微波易被浓密树林、建筑物、金属遮盖物等吸收，因此GPS只适合在户外使用，在室内场合，由于信道环境复杂、微波信号衰减厉害、测量误差大，GPS并不适用。近年来基于低成本、低功耗、白组织的无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)定位技术得到了科研人员的重视和研究，具有广泛地应用前景。根据定位过程中是否实际测量节点间的距离，可将定位算法分为基于测距(Range-based)的定位和距离无关(range-free)的定位。基于测距的定位先由未知节点硬件接收外部信标节点发射的无线信号并记录下TOA(Time of Arrival)、AOA(Angle of Arrival)、TDOA(Time Difference of Arrival)、RSSI(Received Signal strength Indicator)等测距度量值，然后将测距度量值转为未知节点到信标节点的距离或方位，然后再采用相关算法如三边测量法、三角测量法、极大似然估计法等来计算未知节点的位置。由于RSSI检测设备和机制简单，硬件成本低，实现简单，可通过多次测量平均获得较准确的信号强度值，降低多径和遮蔽效应影响，因此基于RSSI测距的定位技术得到广泛的应用。 二、测距原理??无线信号传输中普遍采用的理论模型为渐变模型(Shadowing Model)。 p(d)dBm=p(d0 p(d)dBm=p(d0)dBm-10nlgdd0（2）?? 为便于表达和计算，通常取d0为1 m。于是可得p(d)dBm 采集 采集RSSI值 由室内测距模型将RSSI值转化为距离 根据距离计算未知节点坐标 图 图 SEQ 图 \* ARABIC 1 本研究采用的是三边测量法，三边测量法是一种基于距离的定位算法，其算法描述如下：设未知节点D坐标（x, y），已知A，B，C 3个点坐标分别为（x1, y1）,（x2, y2）,（x3, （x- （x （x 式（1）减式（3），式（2）减式（3）后联立方程： 2x 2 可解得D点的坐标（x, y）.三边测量法确定未知点的坐标的思想可用图1来表示。 图 2三边测量法的优点在于只需要知道3个参考节点的坐标，计算比较简单。但是再实际的应用环境中，测量误差极大，使得定位极其不精确。由于距离测量也存在误差，所以实际情况大多数不会正好三个圆交于一点，而是如图2 图 2 图 3从三边测量法的求解过程可以发现，如方程组无解，则三边测量法求得未知节点的解为l1（过圆A与圆C的交点的直线）和l2（过圆B与圆C的交点的直线）的交点，如图3所示。 图 3 三边测量法基于2条直线的交点估算未知节点坐标，没有充分利用A, B, C 3个节点的坐标值，使估算的未知节点坐标存在比较大的误差。 四、数据采集及函数拟合 本次研究以第一教学馆一楼为研究地点，研究地点平面如图4所示. 图 4 通过手机软件“WIFI overview360”接受路由器的RSSI从而获取数据。具体步骤如下： 以1m为间隔，在距离路由器50m的范围内一次测量每个点的RSSI值20次，即距离路由器0 m，1m，2m，…，50 m等位置采集数据； 1）将所得数据录入Excel中，得出RSSI值与距离的离散点图； 2）分析函数关系，进行函数拟合； 3）对第一教学馆一楼三个路由器一次重复以上步骤。 4）得到三个路由器各自的拟合函数表达式； 5）在研究地点选取5个测量点，依次获取各点的对应三个路由器的RSSI值，并将每个点的三个RSSI值分别代入对应的路由器拟合函数表达式，得出每个点与三个路由器的距离； 6）利用matlab进行定位计算，优化算法，比较误差。 以东侧A点的路由器为例，图5为采集的RSSI与距离的数据 图 5 将所得数据做成散点图并