室內(nèi)無線定位概述-資料下載頁
2025-06-27 08:45本頁面
【正文】 m)；d0為參考距離( m)，一般取1 m；Pr(d)是接收端的接收信號功率(dBm)；Pr(d0)是參考距離d0點(diǎn)對應(yīng)的接收信號功率(dBm)； XdBm是一個(gè)平均值為0的高斯隨機(jī)變量(dBm)，反映了當(dāng)距離一定時(shí)，接收信號功率的變化； n為路徑損耗指數(shù)，是一個(gè)與環(huán)境相關(guān)的值。通過測量接收信號的強(qiáng)度，利用這個(gè)公式即可計(jì)算收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的大概距離[31]。一旦可以得到參考節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的距離信息，就可以采用三邊測量法或者最大似然估計(jì)法計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)的位置。在三維空間中，三邊測量法指的己知一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)到三個(gè)以上參考節(jié)點(diǎn)的距離，就可以確定該點(diǎn)的坐標(biāo)。三邊測量法在二維空間里可以用幾何圖形表示為:當(dāng)?shù)玫轿粗?jié)點(diǎn)到一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離時(shí)，就可以確定，此未知節(jié)點(diǎn)在以此參考節(jié)點(diǎn)為圓心，以距離為半徑的圓上。如果得到未知節(jié)點(diǎn)到3個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離，則3個(gè)圓的交點(diǎn)就是該未知節(jié)點(diǎn)的位置。5 節(jié)點(diǎn)定位計(jì)算方法用最小二乘法來估算節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)也是無線定位中一種經(jīng)常采用的方法。最小二乘法的突出優(yōu)點(diǎn)是只需要一個(gè)假定的信號傳播模型和信號觀測值，計(jì)算簡單，易于實(shí)現(xiàn)。已知1，2，3等n個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)…(xn，yn)，它們到節(jié)點(diǎn)D的距離分別為d1，d2，d3dn，假設(shè)節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)為(x，y)。從第一行開始分別減去最后一行，得： 使用最小二乘法得：這里的向量X就是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。 三角質(zhì)心法 在圓周定位模型中，三角質(zhì)心法是一種較易實(shí)現(xiàn)、便于理解的算法。三角質(zhì)心法的原理如下：在圓周定位模型中，理論上如果知道移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的物理距離，用這三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)做三個(gè)圓的圓心，到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的物理距離為半徑，畫三個(gè)圓，這三個(gè)圓與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該是相交的，即三個(gè)圓的公共交點(diǎn)就是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MS的位置。但在實(shí)際中，由于噪聲的影響，信號遇到障礙物以后的急劇衰落，測量工具帶來的誤差等原因，在圓周模型中的三個(gè)圓是不可能相交于一點(diǎn)的。由于在室內(nèi)環(huán)境下，周圍的障礙物等對電磁波信號的吸收，一般使得接收機(jī)接收到的信號強(qiáng)度值會(huì)小于預(yù)計(jì)的信號強(qiáng)度值，反映到推導(dǎo)出來的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離上，結(jié)果就是所畫的三個(gè)圓的半徑都偏大。這一種情況應(yīng)該算是最為常見的情況，如下圖2所示：圖51中畫出來的三個(gè)圓一共有三個(gè)交點(diǎn)，形成一個(gè)三角形區(qū)域。所求的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MS的位置就在這三個(gè)圓的公共交集區(qū)域內(nèi)。通過取三角形的質(zhì)心，作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MS的估計(jì)位置。 圖51 基于圓周模型三角質(zhì)心法通過對無線電傳播路徑損耗模型的分析, 可以發(fā)現(xiàn)利用普通質(zhì)心算法, 沒有反映出信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對節(jié)點(diǎn)位置的影響力的大小, 影響了定位精度. 文中設(shè)計(jì)了加權(quán)質(zhì)心算法, 它的基本思想是: 在質(zhì)心算法中, 通過加權(quán)因子來體現(xiàn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對質(zhì)心坐標(biāo)決定權(quán)的大小, 利用加權(quán)因子體現(xiàn)各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對質(zhì)心位置的影響程度, 反映它們之間的內(nèi)在關(guān)系. 通過下式中的加權(quán)因子來體現(xiàn)這種約束力。普通的質(zhì)心算法同上面所描述的三角質(zhì)心算法有所不同，它不需要知道未知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離。加權(quán)質(zhì)心算法就是質(zhì)心算法的基礎(chǔ)上加上一個(gè)權(quán)值，提高定位精度。公式如下：其中，為未知節(jié)點(diǎn)估計(jì)位置的坐標(biāo)，為錨節(jié)點(diǎn)j的坐標(biāo)，為權(quán)值。為未知節(jié)點(diǎn)i與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，g是一個(gè)可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)。此方法對上面的的表達(dá)式進(jìn)行了改進(jìn)。 圖52 改進(jìn)的加權(quán)質(zhì)心算法圖解如圖52所示，RNi (i=1~9)是任意放置的錨節(jié)點(diǎn)。未知節(jié)點(diǎn)j能夠接收到RNm(m=1~4)的數(shù)據(jù)包。我們把其中一個(gè)接收信號強(qiáng)度最大的錨節(jié)點(diǎn)定義為RNmax，其信號強(qiáng)度為Pmaxj(d)，再將它與其他信號進(jìn)行相減，得6總結(jié)本文介紹了室內(nèi)無線定位技術(shù)的研究現(xiàn)狀，比較了幾種常用的室內(nèi)定位技術(shù)、定位算法。除了以上提及的定位技術(shù)，還有基于計(jì)算機(jī)視覺、光跟蹤定位、基于圖像分析、磁場以及信標(biāo)定位等的室內(nèi)定位方法。目前很多技術(shù)還處于研究試驗(yàn)階段，如基于磁場壓力感應(yīng)進(jìn)行定位的技術(shù)。不管是GPS定位技術(shù)還是利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或其他定位手段進(jìn)行定位都有其局限性。未來室內(nèi)定位技術(shù)的趨勢是衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與無線定位技術(shù)相結(jié)合，將GPS定位技術(shù)與無線定位技術(shù)有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)長，則既可以提供較好的精度和響應(yīng)速度，又可以覆蓋較廣的范圍，實(shí)現(xiàn)無縫的、精確的定位。 參考文獻(xiàn)
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