基于改進傳播環境參數的室內定位方法

王康

摘要：針對傳統信號傳播模型對環境適變能力差，且定位精度不高的問題，提出一種動態RSSI加權系數模型。在鄰近接入點（AP，access point）多次測取信號接收強度（RSS，received signal strength），經過高斯濾波算法對采集的RSSI進行數據濾波處理，再對分組數據賦予加權系數得到待定位節點鄰近點RSSI均值。進而合理改進傳統信號傳播模型環境參數的A ，n 值估計，得到滿足具體環境的動態自適應室內定位精度要求。實驗結果表明：該方法適應多變環境的室內定位要求，并提高了定位精度。

關鍵詞：傳統信號傳播模型;接收信號強度;加權系數;環境參數;

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0219-03

隨著人類社會的進步和科學技術的發展，人們對公共服務和生產安全越來越關注。尤其是對諸如礦井作業的高風險工作地帶，一旦發生危機情況如何快速準確確定遇險人員的位置，成為現在研究的熱點。基于衛星通信的全球定位系統GPS（Global Position System）已經能夠很好地滿足室外定位的需求，廣泛應用于軍事和民用等領域。然而在室內環境復雜的情況下GPS就失去了它的優勢，由于多徑等影響，室內無線電波傳播環境中，更多的是非視距（NLOS）環境。NLOS傳播帶來的誤差通常表現為信號延遲的增大、信號強度的衰弱以及到達角度的改變，因此如何提高室內定位精度依舊是無線通信網絡研究中的重點[1]。

室內定位方法可分為基于測距（Range-based）和無需測距定位（Range-free）兩類[8]。基于測距算法通過測量節點間的距離和角度，使用三邊測量和三角測量以及極大似然估計算法，主要定位技術有TOA、TDOA、AOA、RSSI等，無需測距通過網絡連通性等信息來實現開銷較低的定位，主要定位算法有APIT算法、DV-Hop算法、質心算法和凸規劃算法等[12]。

傳統信號傳播模型采用固定A、n值方式，而實際室內環境變化較大，因此室內環境由于多徑等因素影響，A、n值變化具有動態性和時變性，使得定位精度誤差較大。為了提高室內定位精度，使A、n值能準確反映室內環境變化，本文基于傳統信號傳播模型環境參數[11]進行改進，用高斯濾波[10]、分組數據賦加權系數等方式優化處理，以期達到良好的定位效果。

圖4為兩種方式的定位誤差分布，定位誤差3m以上的節點，傳統方式有12個，而借由本文環境參數改進后的只有2個。傳統方式定位誤差距離各段都存在，其中1m到4m居多;改進方式的各距離段節點個數隨定位誤差增大而減小，因此不難看出本文改進的傳播環境參數方法明顯定位誤差小于傳統方式定位誤差。本文算法定位誤差1m以內的概率高達48.5%，且越大的定位誤差發生的概率越小，定位精度可以滿足實際應用需求，所以改進的環境參數定位方法優于傳統環境參數定位方法。

3 結束語

當信息不斷被要求準確，室內定位的精度要求也在不斷提高，目前已經有許多學者提出了提高定位精度的方法。本文提出了一種改進傳播模型中環境參數的動態RSSI加權系數方式，有效彌補了傳統方式的不足，并進行了仿真測試和實驗。對實驗結果詳細分析和對比，本文方法優于傳統方式，定位精度和穩定性有顯著提高。

參考文獻：

[1] 萬群，郭賢生，陳章鑫. 室內定位理論、方法和應用[M]. 電子工業出版社，2012.

[2] 張宴龍. 室內定位關鍵技術研究[D]. 中國科學技術大學，2014.

[3] 謝澤剛. 基于接收信號強度指紋的室內定位算法研究[D].華中科技大學，2015.

[4] 張靖婷. 室內可見光定位技術研究與實現[D]. 大連海事大學，2016.

[5] 曾龍基. 室內無線定位技術的研究[D]. 北京交通大學，2013.

[6] 馬岳雷. 基于WLAN的室內定位技術研究 [D]. 蘭州大學，2014.

[7] 彭宇倩. 基于Zigbee室內定位的智能導游系統研究 [D]. 廣東工業大學，2014.

[8] 甄鎖強. 基于Zigbee的室內定位系統的研究與設計 [D]. 哈爾濱工程大學，2011.

[9] 周二林，王冠凌，陳任峰. 基于RSSI測距的室內定位研究 [D]. 安徽工程大學，2015.

[10] 陶佳峰，楊曉洪，王劍平，等. 基于RSSI的室內測距模型優化技術[J].傳感器與微系統，2017，36（1）：24-27.

[11] 黃應紅.基于改進接收信號強度指示的室內定位算法 [J]. 激光雜志，2014，35（12）：144-147.

[12] 李堯，汪明，于曉諭.基于Zigbee室內定位算法 [J]. 計算機系統應用，2016，25（6）：180-184.

[13] 徐馳，邱添，曹廣成.幾何估算和RSSI相結合的室內定位算法 [J]. 計算機系統應用，2017，34（6）：296-302.

[14] 李海朝，汪子峰，李會勇，等. 采用距離無偏估計的加權最小二乘定位算法[J].信號處理，2016，32（12）：1464-1467.

[15] 陳璇，董仕鵬. 基于修正RSSI值的加權質心定位算法 [J]. 電子科技，2017，30（4）：92-94.

[16] 李華亮，錢志鴻，田洪亮. 基于核函數特征提取的室內定位算法研究[J].通信學報，2017，38（1）：158-167.

[17] 張維，李文濤，王力. 基于接收信號強度的不同移動終端定位方法研究[J].西北工業大學學報，2014，32（3）：481-485.

【通聯編輯：唐一東】