一種基于rssi的坐標誤差補償定位系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于RSSI的坐標誤差補償定位系統(tǒng)和方法，本方法使得待定位節(jié)點在復雜的環(huán)境下能夠取得較好的定位效果；首先利用距離路徑損耗模型求得節(jié)點間的距離，接著待定位節(jié)點選取離自己最近的三個參考節(jié)點來對自己定位，采用三邊定位法求得待定位節(jié)點的坐標初步估計值，然后利用參考節(jié)點之間相互定位時與待定位節(jié)點定位時所處環(huán)境相似這一特性，將這三個參考節(jié)點之間相互定位，得到每個參考節(jié)點的坐標定位誤差，最后把這組誤差值以距離的倒數(shù)為權值，加權補償?shù)酱ㄎ还?jié)點坐標初步估計值中得到待定位節(jié)點坐標的最終估計值；本方法實現(xiàn)簡單，對環(huán)境有一定的自適應性，能夠有效提高定位精度。
【專利說明】一種基于RSSI的坐標誤差補償定位系統(tǒng)和方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡的定位系統(tǒng)和方法，具體的為基于RSSI測距技術的 坐標誤差補償定位系統(tǒng)和方法。

【背景技術】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡應用越來越廣泛，而節(jié)點的位置信息是其應用的基礎，例如，森林 火災報警時要知道發(fā)生在什么位置、軍事偵察中要知道是哪里有敵情、地下停車場哪里有 車空位等等，沒有確切位置信息的監(jiān)測活動往往是沒有意義的。室外定位技術發(fā)展比較早， 成果顯著，有歐洲的伽利略系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、美國的GPS系統(tǒng)、中國的北斗系 統(tǒng)，而室內(nèi)定位技術，由于起步比較晚，室內(nèi)環(huán)境也非常復雜，定位精度低、定位時間長等原 因，目前還沒有可以很好利用且比較完善的室內(nèi)定位技術。
[0003] 目前，常用的定位技術主要可分為基于測距的和無需測距的兩大類。在基于測距 的定位算法中，主要包括到達時間（Τ0Α)、到達時間差（TD0A)、到達角度（Α0Α)和接收信號 強度指示（RSSI)等測距技術，這幾種算法中的T0A、TD0A、A0A技術雖然定位精度高，但是需 要額外的的硬件設備，使得成本較高、體積變大、安裝調(diào)試不方便，而大多數(shù)無線設備都具 有捕獲RSSI的能力，使得RSSI測距技術不需要額外的硬件支持，成本低、功耗小、體積小。 而無需測距的定位算法適用在同構網(wǎng)絡，對傳感器節(jié)點的密度要求較大，成本高，相比基于 測距的定位算法定位精度低，定位條件要求較高。
[0004] 傳統(tǒng)的RSSI定位技術首先是將信號傳播時的損耗轉(zhuǎn)化為距離，然后再借助三邊 定位法求得節(jié)點坐標，但是由于室內(nèi)環(huán)境復雜，存在多徑、障礙物、電磁波等的干擾，使得基 于RSSI的測距技術定位精度不高且不穩(wěn)定。這就需要對此方法進行一定的改進來提高定 位精度和穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決室內(nèi)定位時由于環(huán)境的干擾致使定位精度下降的問題，提出了一 種基于RSSI的坐標誤差補償定位方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1 :在目標區(qū)域布置η個位置已知的參考節(jié)點，η彡3 ;布置數(shù)量不限且在目標 區(qū)域內(nèi)移動的待定位節(jié)點；
[0007] 步驟2 :給各節(jié)點上電，所有的節(jié)點間通過無線通訊方式組成一個無線傳感器網(wǎng) 絡；
[0008] 步驟3 :待定位節(jié)點發(fā)出定位請求，參考節(jié)點收到定位請求后，不斷向待定位節(jié)點 反饋自身位置信息；
[0009] 步驟4:待定位節(jié)點收到參考節(jié)點不同時點的反饋信息后，首先對同一時點不同 參考節(jié)點的接收的信號強度指示RSSI值進行高斯濾波處理，得到不同參考節(jié)點的F (KSSI) 值，然后對每個參考節(jié)點的時序F(KSSI)值進行平均，得到穩(wěn)定的RSSI值，最后判斷出離待定 位節(jié)點最近的三個參考節(jié)點F a、Fb、Fc ;
[0010] 步驟5 :待定位節(jié)點根據(jù)Fa、Fb、F。定位，通過路徑損耗模型求得到待定位節(jié)點的距 尚 da、db、dc ;

【權利要求】
1. 一種基于RSSI的坐標誤差補償定位方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1 :在目標區(qū)域布置η個位置已知的參考節(jié)點，η彡3 ;布置數(shù)量不限且在目標區(qū)域 內(nèi)移動的待定位節(jié)點； 步驟2 :給各節(jié)點上電，所有的節(jié)點間通過無線通訊方式組成一個無線傳感器網(wǎng)絡； 步驟3 :待定位節(jié)點發(fā)出定位請求，參考節(jié)點收到定位請求后，不斷向待定位節(jié)點反饋 自身位置信息； 步驟4 :待定位節(jié)點收到參考節(jié)點不同時點的反饋信息后，首先對同一時點不同參考 節(jié)點的接收的信號強度指示RSSI值進行高斯濾波處理，得到不同參考節(jié)點的F(KSSI)值，然 后對每個參考節(jié)點的時序F (KSSI)值進行平均，得到穩(wěn)定的RSSI值，最后判斷出離待定位節(jié) 點最近的三個參考節(jié)點Fa、F b、Fc ; 步驟5 :待定位節(jié)點根據(jù)Fa、Fb、F。定位，通過路徑損耗模型求得到待定位節(jié)點的距離 da> db> dc ； 步驟6 :根據(jù)歐拉距離公式求得待定位節(jié)點初步估計坐標（x，y)，歐拉距離公式如下：
其中，（xa，ya)、（xb，yb)、（X。，y。）分別為參考節(jié)點坐標，d a、db、d。分別為參考節(jié)點到待定 位節(jié)點的距離； 步驟7 :計算三個參考節(jié)點Fa、Fb、F。中每個參考節(jié)點定位誤差（Λ Xa，Λ ya)、 (Δ xb. Δ yb) > (Δ Δ yc)； 步驟8:對待定位節(jié)點的坐標誤差進行坐標補償，求得待定位節(jié)點的坐標誤差 (Δ χΜ, Δ yM);計算三個參考節(jié)點的坐標誤差（Δ xa, Δ ya)、（ Δ xb, Δ yb)、（ Δ X。，Δ y。）的加權 求平均值為待定位節(jié)點的坐標誤差；
其中：l/da、l/db、l/d。為權值； 步驟9:將步驟8中求得的坐標誤差（ΛχΜ，AyM)加到待定位節(jié)點的初步估計坐標 (x，y)中，得到待定位節(jié)點的最終坐標估計值（x'y1)
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于RSSI的坐標誤差補償定位方法，其特征在于： 所述的步驟4中的高斯濾波處理公式如下所示：
其中，均值 ，均方差 η為已知的參考節(jié)

J > 點數(shù)，k為時間序列的序數(shù)，RSSI(k)為時序為k時，參考節(jié)點的接收的信號強度指示RSSI值。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于RSSI的坐標誤差補償定位方法，其特征在于： 所述的步驟7中，計算三個參考節(jié)點Fa、Fb、F。中每個參考節(jié)點定位誤差還 包括如下步驟： 步驟7. 1，首先將Fa、Fb、F。中任一個節(jié)點視為未知節(jié)點，另外兩個節(jié)點視為參考節(jié)點， 根據(jù)路徑損耗模型求得這兩個參考節(jié)點分別到未知節(jié)點的距離； 步驟7. 2,根據(jù)歐拉-距離公式求得兩組坐標值，然后選擇一組靠近未知節(jié)點的坐標作 為未知節(jié)點的估計值； 步驟7. 3,最后再和實際的坐標值相減得到的差值為該節(jié)點的坐標誤差值 (Axa, Aya);同理得到（Axb, Ayb)、（Δχ。，Ayc)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于RSSI的坐標誤差補償定位方法，其特征在于： 所述的步驟5中路徑損耗模型公式如下： A-RSSI d =dQy.U) w" 其中，dn為待定位節(jié)點到不同參考節(jié)點的距離，屯為參考距離，A是計算時選的參考距 離為屯處的RSSI值，而公式中的RSSI值是表示距離為dn處的RSSI值，η為路徑衰減指數(shù)。
5. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于RSSI的坐標誤差補償定位方法，其特征在于： 所述的步驟5和步驟7. 1中路徑損耗模型公式如下： A-RSSI ?/"=?/0χ.1() |0" 其中，dn為待定位節(jié)點到不同參考節(jié)點的距離，屯為參考距離，Α是計算時選的參考距 離為屯處的RSSI值，而公式中的RSSI值是表示距離為dn處的RSSI值，η為路徑衰減指數(shù)。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的一種基于RSSI的坐標誤差補償定位方法，其特征在于： 所述的η取2-4。
7. -種基于RSSI的坐標誤差補償定位系統(tǒng)，其特征在于，包括： 節(jié)點布置模塊：用于在目標區(qū)域布置η個位置已知的參考節(jié)點，η彡3 ;布置數(shù)量不限 且在目標區(qū)域內(nèi)移動的待定位節(jié)點； 通訊模塊：用于給各節(jié)點上電，使所有的節(jié)點間通過無線通訊方式組成一個無線傳感 器網(wǎng)絡； 定位請求模塊：用于使待定位節(jié)點發(fā)出定位請求，參考節(jié)點收到定位請求后，不斷向待 定位節(jié)點反饋自身位置信息； 濾波處理模塊：用于對同一時點不同參考節(jié)點的接收的信號強度指示RSSI值進行濾 波處理，得到不同參考節(jié)點的F(KSSI)值，對每個參考節(jié)點按照時間序列取得的一系列F(KSSI) 值進行平均，得到穩(wěn)定的RSSI值，判斷出離待定位節(jié)點最近的三個參考節(jié)點Fa、Fb、F。； 定位模塊：用于計算三個參考節(jié)點F a、Fb、F。到待定位節(jié)點的距離da、db、d。； 第一計算模塊：用于計算待定位節(jié)點初步估計坐標（x，y); 第二計算模塊：用于計算三個參考節(jié)點Fa、Fb、F。中每個參考節(jié)點定位誤差 (Δ χ3. Δ ya) > (Δ xb. Δ yb) > (Δ Δ yc)； 第三計算模塊：用于對待定位節(jié)點的坐標誤差進行坐標補償，求得待定位節(jié)點的坐標 誤差（Λ χΜ，Λ yM); 第四計算模塊：用于將坐標誤差（ΔχΜ, AyM)加到待定位節(jié)點的初步估計坐標（x，y) 中，得到待定位節(jié)點的最終坐標估計值（χ1^1)
8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于RSSI的坐標誤差補償定位系統(tǒng)，其特征在于： 所述的用于計算三個參考節(jié)點Fa、Fb、F。中每個參考節(jié)點定位誤差 (Δ xa, Δ ya)、（ Δ xb, Δ yb)、（ Δ X。，Δ y。）的第二計算模塊，包括： 選擇模塊：用于將Fa、Fb、F。中任一個節(jié)點視為未知節(jié)點，另外兩個節(jié)點視為參考節(jié)點， 求得這兩個參考節(jié)點分別到未知節(jié)點的距離； 第五計算模塊：用于求得兩個參考節(jié)點的坐標值，選擇一組靠近未知節(jié)點的坐標作為 未知節(jié)點的估計值； 第六計算模塊：用于計算未知節(jié)點的估計值和實際的坐標值相減得到的坐標誤差值 (Δ xa，Δ ya)、（ Λ xb，Λ yb)、（ Λ xc，Λ yc)。
【文檔編號】H04W64/00GK104053234SQ201410292445
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】張錚, 楊光友, 馬志艷, 饒志訓, 黃志峰, 陶興朋, 曾論, 王嬋 申請人:湖北工業(yè)大學