一種基于rssi的室內三維定位方法
【專利摘要】本發明提供一種基于RSSI的室內三維定位方法。包含有用于組建網絡的網關，用于收發無線數據包的讀卡器和多個移動標簽,定位時網關組建無線網絡，讀卡器和移動標簽都加入無線網絡后，通過上位機軟件對各個讀卡器的位置坐標進行設定；利用讀卡器間互相發送數據包，計算出相對應的傳播參數；將定位區域的空間分成N×K×P個小區域，形成完整的N×K×P維的Radio?Map；利用移動標簽各讀卡器向其發送數據包，測得各讀卡器的信號強度RSSI值后，然后利用k?Nearest?Neighbor算法算出計算結果和Radio?Map進行匹配；不匹配的需要使用差分校正算法對移動標簽的位置進一步計算。本發明節點數較少，成本低廉，能夠減小室內干擾因子的影響力，提高定位穩定性和精確性。
【專利說明】一種基于RSSI的室內三維定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通訊【技術領域】，尤其涉及到一種基于RSSI的室內三維定位方法。
【背景技術】
[0002]近年來，無線傳感器網絡技術發展迅速，室外的定位系統已經相當成熟，廣泛應用于礦井人員定位、搶險救災、環境監測等領域，對人們的生活和工作產生了重大的影響。由于室內定位難度較大，有許多干擾因素，且室內定位技術尚不夠成熟，缺陷較多，以至于室內定位精度難以和室外定位相比，并且穩定性很差。
[0003]當前的大多數定位算法只是針對無線傳感器的二維網絡展開研究的，然而在實際應用中并非總是如此，無線傳感器網絡節點也會經常處于三維環境中，如礦井、森林、海洋和復雜的建筑物等，這些場合下都是需要提供節點的三維位置信息。
[0004]但是由于三維空間運算更為復雜，相關的三維定位技術的研究有待深入。目前已有部分文獻對三維定位算法進行研究，可是為了提高定位精度，大多數算法采用了增加節點數量，提高成本來實現，如基于RSSI差分修正的WSN定位算法，立體式RSSI無線傳感器網絡定位算法，基于RSSI差分修正的加權質心定位算法等。但是如果控制成本，減少節點數量時，運算量會增加，且定位誤差較大，定位精度得不到保證。由于室內干擾因子較多，會大大影響定位精度，然而目前的算法基本沒有對路徑損耗因子進行修正，導致個別誤差較大。目前的室內三維定位系統要么定位精度不高，要么穩定性不高，要么成本太高，且沒有明確的方法去減小室內干擾因子的影響力，所以暫無一種定位精度高，誤差小，穩定性強，節點數量少的定位方法。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是正對上述存在的技術不足，提供一種節點數較少，成本低廉，減小室內干擾因子的影響力，提高定位穩定性和精確性的基于RSSI的室內三維定位方法。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]一種基于RSSI的室內三維定位方法，其特征在于:包含有用于組建網絡的網關，用于收發無線數據包的讀卡器和多個移動標簽，其定位步驟為:
[0008]網關組建無線網絡，讀卡器和移動標簽都加入無線網絡后，通過上位機軟件對各個讀卡器的位置坐標進行設定，其中讀卡器的位置坐標需要保證任意4個讀卡器不能處于在X、Y、Z方向的水平面上；設定讀卡器的傳輸參數a和η的初始值及數據包的收集時間，a代表傳輸損耗，η代表環境對信號的衰減系數，根據具體環境而不同；
[0009]利用讀卡器間互相發送數據包，包括RSSI值、自身ID和位置信息；讀卡器根據接收到其它讀卡器的RSSI值，由以下公式分別計算出作為差分修正參考節點時相對應的傳播參數a和η ;
【權利要求】
1.一種基于RSSI的室內三維定位方法，其特征在于:包含有用于組建網絡的網關，用于收發無線數據包的讀卡器和多個移動標簽，其定位步驟為: 網關組建無線網絡，讀卡器和移動標簽都加入無線網絡后，通過上位機軟件對各個讀卡器的位置坐標進行設定，其中讀卡器的位置坐標需要保證任意4個讀卡器不能處于在X、Y、Z方向的水平面上；設定讀卡器的傳輸參數a和η的初始值及數據包的收集時間，a代表傳輸損耗，η代表環境對信號的衰減系數，根據具體環境而不同； 利用讀卡器間互相發送數據包，包括RSSI值、自身ID和位置信息；讀卡器根據接收到其它讀卡器的RSSI值，分別計算出作為差分修正參考節點時相對應的傳播參數a和η ; 將定位區域的空間分成NXKXP個小區域，記錄當前環境下各小區域中心接收到各讀卡器發送的RSSI值，形成完整的NXKXP維的Rad1 Map ； 將移動標簽放入各區域，利用移動標簽各讀卡器向其發送數據包，測得各讀卡器的信號強度RSSI值后,然后利用k Nearest Neighbor算法算出計算結果和Rad1 Map進行匹配，當有3個及以上的讀卡器信號強度RSSI值匹配成功時，則確定移動標簽的位置區域；否則需要使用差分校正算法對移動標簽的位置進一步計算； 最終得出目標的準確定位坐標。
2.如權利要求1所述的基于RSSI的室內三維定位方法，其特征在于:所述的差分校正算法為: 首先將各讀卡器A、B、C、D、E輪流作為差分修正參考節點，并得出偏移量(Δ χΑ, Δ yA, ΛζΑ);先以A作為差分修正參考節點，其中cU，dAC, dAD, dAE分別表示A點到B、C、D、E的測量距離，根據最小二乘法，計算出A的坐標(x’A，y’A，z’A)，即可以得出偏移量(Δχα, ΔΥα, Δζα);同理，求出B、C、D、E的自身定位坐標及偏移量； 然后讀卡器向區域內的移動標簽發送RSSI值、自身ID、定位偏移量、相對應的傳輸參數a和n，移動標簽根據接收到的數據，利用以下公式求出A作為差分修正參考節點時，未知節點M的初步定位坐標(X’ mi, y’ M1, z’ M1);同理，分別求出B、C、D、E作為差分修正參考節點時，未知 T1 點 M 的初少定似坐標(X Jffil, y 1B1) Z Jffil)，(X Md, y MCI，Z MCI)，(X MDD I MDD Z MDl)，(X MED Υ MED Z MEl); 根據之前求出的偏移量，得到差分修正參考坐標(％?，y.，zM1);同理，分別求出差分修正坐標(xMBD Ymbd zmbi) ? (xmci，Ymcd zmci) ? (xmdi，Ymdd zmdi)，(xmei，Ymed zmei); 利用迭代次數的思想，重復執行以上步驟r次，對得到的r個差分修正參考坐標求均值，得到(-xMA，y MAi 2 ma).冋理，分別求出修正坐標CjcMB ，)^ΜΒ 9 ZMB ) iXMC s y.MC ’ ZMC ) ， , ，(xMD，y.W) 9-Ml> ) (-ΥΛ?/*；，，zAfK ).7* 利用加權算法的思想，計算出最后的定位坐標(X，y, Z)。
【文檔編號】G01S5/02GK104198988SQ201410305657
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】趙東明, 徐進, 吳小軍, 周子麟 申請人:武漢理工大學
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