【文章內(nèi)容簡介】 …………………………………………….（311）則殘差方程的矩陣表達(dá)式為： ………………………………….（312）最小二乘原理的矩陣形式： …………….（313）正規(guī)方程的矩陣形式： ………………………………………….（314）將代入中，得………………………….（315） .…………………………… （316） …………………………. （317）由式（318）可以最終確定待定點(diǎn)D的位置坐標(biāo)為。極大似然估計(jì)法（MLE，maximum likelihood estimation）。 [[] 王振強(qiáng), 朱義勝. 改進(jìn)的基于RSSI差值的定位算法[J]. 通信技術(shù), 2011, 44(7):7880.]。圖 極大似然估計(jì)法原理圖圖 極大似然估計(jì)法誤差分析 基于測距、非測距定位算法基于測距的定位，主要指的是獲得兩個點(diǎn)之間的實(shí)際距離或角度等信息，進(jìn)而使用一些基本的定位計(jì)算方法來計(jì)算待測點(diǎn)的位置坐標(biāo)。主要有RSSI、TOA、TDOA、AOA等方法。而和基于測距的定位算法不同，基于非測距的定位算法是指通過某些相對關(guān)系來計(jì)算待測點(diǎn)的坐標(biāo)，不需要實(shí)際測量兩點(diǎn)之間的絕對距離或者方位。主要有質(zhì)心定位算法、DVHop定位算法、凸規(guī)劃算法、APIT算法等 [[] L. Doherty. Algorithms for Position and Data Recovery in Wireless Sensor Networks[D]. Master’s Thesis, University of California Berkeley, 2000, 6.]。這里主要介紹基于測距定位算法中的RSSI方法。RSSI測距所需的成本較低，只需收發(fā)裝置即可。在給定信號發(fā)射功率的情況下，根據(jù)設(shè)備自身接收到的功率來計(jì)算路徑損耗。通過預(yù)先建立的理論或者信號傳輸模型，可以根據(jù)路徑損耗計(jì)算出實(shí)際的距離。當(dāng)距離增大時(shí)，由于多徑效應(yīng)信號的能量會以減因子的形式減少,從而使RSSI測距的測量精度減小。在信號傳播模型建模的過程中，環(huán)境因素的影響使得它產(chǎn)生了較大的測距誤差。在傳播相同距離的情況下，由于多徑傳播、非視距、天線增益等因素的影響都將會得到不同程度的損耗 [[] Priyantha N, Balakrishnam H, Demaine E, Teller S. Anchorfree distributed localization in sensor networks[R]. MIT Lab for Computer Science, April 2003.]。 經(jīng)典的信號衰減模型自由空間的無線電傳播路徑損耗模型 [[] 陳維克，李文鋒，首珩，[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2006，30(2):265268.] 由式（318）給出：[[] 張潔穎。 孫懋珩。 王俠. 基于RSSI和LQI的動態(tài)距離估計(jì)算法[J]. 電子測量技術(shù), 2007, 30(2):143145.]……………………（318）式中：為接收端與發(fā)射端的距離（km）；為無線電傳播的頻率（MHz）；為路徑衰減因子，一般取2~5。運(yùn)用到實(shí)際情況中，因?yàn)槠渌蛩赜绊?，信號傳輸路徑損耗和理論值有不同，常采用對數(shù)常態(tài)分布模型，式（319）給出模型的表達(dá)式： ……………………（319）式中：為經(jīng)過距離后的路徑損耗（dBm）；是參考距離，通常取值1 m；是平均值為0的高斯分布隨機(jī)變數(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)差一般是4~10。是經(jīng)過參考距離后的路徑損耗。由式（318）和式（319）可以得到接收端的信號強(qiáng)度，由式（320）：……………………………（320）式中：為接收信號強(qiáng)度（dBm），也可以表示成RSSI（），為發(fā)射信號功率（dBm）?；谶@樣的原理， [[] . Standard for telemunications and information exchange between systemlocal area medium access control(MAC)and physical layer(PHY)specifications for low rate wireless personal area networks(WPAN) [Z]. ]，由式（321）得： …………….（321）。從式（321）可以得出，信號的衰減和距離存在著指數(shù)衰減的關(guān)系，而且節(jié)點(diǎn)之間相距越短，則路徑衰減因子越小()；而距離越長，衰減越大()。，但是要計(jì)算冪級數(shù)形式對硬件部分的性能要求很高。在信號衰減特性曲線中發(fā)現(xiàn)，距離越近，衰減曲線就越陡直，距離越遠(yuǎn)，曲線就越平緩。因此，可以用分段逼近的方法來擬合衰減曲線。圖 接收信號強(qiáng)度RSSI與距離的關(guān)系曲線圖Android手機(jī)和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互常用的有三種方式，分別是HttpClient/HttpUrlConnection、Web service、Socket。本項(xiàng)目中由于要查詢基站所處的經(jīng)緯度信息，必須要連接網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)方能實(shí)現(xiàn)。在軟件設(shè)計(jì)中使用了HttpClient/HttpUrlConnection的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。HTTP 協(xié)議是現(xiàn)在 Internet 上使用頻率最高的協(xié)議，大量的 Java 應(yīng)用程序直接或間接使用 HTTP 協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問。HttpClient是Android SDK中集成Apache的一個模塊，可以直接調(diào)用封裝好得到HttpClient類來實(shí)現(xiàn)。通過HttpClient類可以實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議中的GET，POST，PUT，HEAD等方法，可通過這些方法向基于HTTP 協(xié)議的服務(wù)器提交請求，從服務(wù)器端得到返回的響應(yīng)，將響應(yīng)進(jìn)行解析即可得到所需數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目中得到的響應(yīng)是以 JSON格式呈現(xiàn)的，所以還需對JSON格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。4 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本章主要介紹系統(tǒng)的整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及總體的設(shè)計(jì)思路。該項(xiàng)目是一個安卓程序，分為了兩個屏幕（即兩個Activity）來展現(xiàn)所有的功能，總共包括基站信息采集模塊、WiFi信息采集模塊、信息傳遞模塊、定位計(jì)算模塊、定位輔助模塊、經(jīng)緯度獲取模塊、地圖標(biāo)注模塊七大模塊。系統(tǒng)整體架構(gòu)圖如圖 。圖 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖 第一個Activity設(shè)計(jì)思路第一個Activity也就是進(jìn)入軟件首先看到的界面。這個界面主要包含了基站信息采集模塊、WiFi信息采集模塊這兩個模塊的信息。基站信息采集模塊收集了當(dāng)前基站及鄰區(qū)基站的LAC、CID、RSSI信息，而WiFi信息采集模塊則采集了發(fā)送無線設(shè)備的BSSID，兩個模塊單獨(dú)工作，并將這些信息從上之下顯示在了第一個Activity上。同時(shí)在這兩個界面上還包含兩個按鈕“更新數(shù)據(jù)”和“去地圖標(biāo)注”分別用于更新當(dāng)前各項(xiàng)數(shù)據(jù)和直接在地圖上進(jìn)行標(biāo)注。這個界面設(shè)置的目的在于方便使用者查看接收到的各項(xiàng)信息是否正確，是否需要更新數(shù)據(jù)或者直接跳轉(zhuǎn)到下一個Activity在地圖上進(jìn)行標(biāo)注。 第二個Activity設(shè)計(jì)思路第二個Activity是從第一個界面在點(diǎn)擊“去地圖標(biāo)注”按鈕跳轉(zhuǎn)后的界面，也就是對地圖進(jìn)行基站及定位結(jié)果進(jìn)行標(biāo)注的頁面。當(dāng)在第一界面點(diǎn)擊“去地圖標(biāo)注”按鈕后，通過信息傳遞模塊會將在第一個Activity中兩個模塊所獲取的有用數(shù)據(jù)傳遞到第二個Activity中，同時(shí)頁面跳轉(zhuǎn)到第二個Activity中。第二個Activity中的定位計(jì)算模塊和定位輔助模塊在得到信息傳遞模塊所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，會進(jìn)行判斷是否需要使用定位輔助模塊進(jìn)行輔助定位計(jì)算并最終給出結(jié)果，將結(jié)果傳遞給經(jīng)緯度獲取模塊。經(jīng)緯度獲取模塊收到數(shù)據(jù)后，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。地圖標(biāo)注模塊直接用經(jīng)緯度獲取模塊處理過后的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)在地圖上進(jìn)行標(biāo)注，并以文字形式在界面上顯示定位方式和定位的結(jié)果（是否成功）。5 詳細(xì)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)來為實(shí)現(xiàn)周邊基站搜索，提供定位等功能需求，主要的功能模塊有五個，分別為基站信息采集模塊、獲取經(jīng)緯度模塊、定位計(jì)算模塊、定位輔助模塊、信息傳遞模塊、地圖顯示模塊。 基站信息采集模塊基站信息包括當(dāng)前服務(wù)基站信息的移動國家代碼、移動網(wǎng)絡(luò)號碼、位置區(qū)域碼、基站編號、信號強(qiáng)度以及鄰區(qū)基站的位置區(qū)域碼、基站編號、信號強(qiáng)度。此處涉及的Android API有TelephonyManager、GsmCellLocation。TelephonyManager用于管理手機(jī)的一些基礎(chǔ)服務(wù)信息，GsmCellLocation 用于獲取CID（基站編號）、LAC（位置區(qū)域碼）等信息。主要實(shí)施的步驟如下：（1）：usespermission android:name=/usespermissionusespermission android:name=/usespermissionusespermission android:name=/usespermissionusespermission android:name=/usespermission（2）然后通過TelephonyManager的getNetworkOperator方法獲得MCC和MNC，TelephonyManager在使用之前需要經(jīng)過實(shí)例化獲得手機(jī)系統(tǒng)服務(wù)。通過GsmCellLocation的getCid、getLac方法獲得CID、LAC。通過getRssi方法獲取鄰區(qū)基站的信號強(qiáng)度，而當(dāng)前基站的信號強(qiáng)度需要通過監(jiān)聽器MyPhoneStateListener的監(jiān)聽來獲得。同時(shí)給更新數(shù)據(jù)功能綁定一個監(jiān)聽器UpdataListener，當(dāng)按下按鈕“更新數(shù)據(jù)”就自動更新基站信息。圖 相關(guān)代碼截圖圖 相關(guān)代碼截圖圖 基站信息采集的效果圖 WiFi信息采集模塊本模塊為當(dāng)WiFi打開時(shí)，搜集WiFi信息所用。需要搜集的WiFi主要有發(fā)送該無線信號設(shè)備的BSSID、具體的IP地址。需用到Android API中WifiManager類，用WifiManager類實(shí)例化對象取得系統(tǒng)服務(wù)中的WiFi服務(wù)。 為WiFi信息采集效果圖。：usespermission android:name=/usespermission usespermission android:name=/usespermission具體程序?qū)崿F(xiàn)步驟：圖 ! No text of specified style in document..4 相關(guān)代碼截圖圖 WiFi信息采集效果圖 信息傳遞模塊本模塊作用主要是將負(fù)責(zé)基站信息、WiFi信息采集的Activity中數(shù)據(jù)傳輸?shù)截?fù)責(zé)百度地圖標(biāo)注的Activity上。需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有各個基站的LAC、CID、RSSI以及WiFi的BSSID。此處調(diào)用了Android API中的Bundle類和Intent類，將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)用Bundle類以數(shù)組的方式進(jìn)行裝載，再用Intent類的putExtras方法發(fā)送Bundle中的數(shù)據(jù)。同時(shí)將這個步驟和“去地圖標(biāo)注”的按鈕綁定在一起，即按下“去地圖標(biāo)注”按鈕就傳輸數(shù)據(jù)。在另一個Activity中用Bundle類的getIntent().getExtras()的方法接收數(shù)據(jù)，用新建的數(shù)組進(jìn)行儲存。圖 相關(guān)代碼截圖 經(jīng)緯度獲取模塊在基站信息采集模塊中已經(jīng)獲得了當(dāng)前基站和相鄰基站的LAC和CID，為了將定位的點(diǎn)和基站的位置在地圖上標(biāo)注出來，所以需要獲得當(dāng)前服務(wù)基站和相鄰基站的經(jīng)緯度?；镜慕?jīng)緯度數(shù)據(jù)只有運(yùn)營商和相關(guān)的數(shù)據(jù)商有權(quán)擁有，故需通過聯(lián)網(wǎng)到數(shù)據(jù)商網(wǎng)站進(jìn)行查詢。我選擇了聚合數(shù)據(jù) [[] 聚合數(shù)據(jù). 開發(fā)手冊[EB/OL]. [2012327]. ]作為基站經(jīng)緯