基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法技术

本发明专利技术提供了基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法。该方法包括：确定三个或更多个锚节点位置；针对每个锚节点，从未知节点向该锚节点发送多次RSSI请求指令，并在未知节点测得来自该锚节点的多个接收信号强度值，根据RSSI法获得该锚节点的欠定方程组，该欠定方程组中的未知量包括该锚节点与该未知节点之间的待测距离和m个路径损耗系数，利用优化算法求解该锚节点对应的欠定方程组，以获得该锚节点与该未知节点之间的待测距离；利用三个或更多个锚节点各自与未知节点之间的待测距离以及三个或更多个锚节点的坐标，计算未知节点的坐标。

【技术实现步骤摘要】
基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法
本专利技术涉及室内定位技术，尤其涉及一种基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法。
技术介绍
在复杂的室内传播环境中，多径、散射、反射等引起的信号的非直达传播是室内信道的主要特征。大量研究表明，在复杂的室内传播环境中，应用典型的参数化定位算法如TOA、TDOA、AOA、RSSI等定位性能往往不太理想，原因是在严重的多径散射情况下，上述参数的估计往往存在较大误差，这些误差在一定程度上影响了上述定位方法在室内定位时的定位性能。基于RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication，接收信号的强度指示，简称接收信号强度)的定位算法是已知发射节点的发射信号强度，由接收节点根据收到的信号强度计算出信号的传播损耗，再利用理论和经验模型将传输损耗转换成距离，然后计算出节点的位置。一般情况下，测得的功率与真实值之间存在误差(通常是由遮挡物引起的，也称为遮蔽因子)，这使得简单地通过模型把测量到的功率换算为电磁波传播路径的方法会引入极大误差而不能使用。
技术实现思路
在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。鉴于此，本专利技术提供了一种基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法，以至少现有的基于RSSI的定位方法存在的定位不准确的问题根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法，所述RSSI室内多径散射定位方法包括：确定三个或更多个锚节点位置，并获得所述三个或更多个锚节点的坐标；针对所述三个或更多个锚节点中的每一个，从未知节点向该锚节点发送多次RSSI请求指令，并在所述未知节点测得来自该锚节点的多个接收信号强度值，在测得的所述来自该锚节点的多个接收信号强度值选择至少部分接收信号强度值，利用所述至少部分接收信号强度值以及预设的参考距离和参考接收信号强度值，根据RSSI法获得包含m个方程的欠定方程组来作为该锚节点对应的欠定方程组，该欠定方程组中的未知量包括该锚节点与该未知节点之间的待测距离和m个路径损耗系数，其中，所述参考接收信号强度值是在所述未知节点向与所述未知节点距离所述参考距离的参考节点发送RSSI请求指令时、在所述未知节点测得的来自该参考节点的接收信号强度值，m为所述至少部分接收信号强度值中包含的接收信号强度值个数，且m为大于2的正整数，利用优化算法求解该锚节点对应的欠定方程组，以获得该锚节点与该未知节点之间的待测距离；利用所述三个或更多个锚节点各自与未知节点之间的待测距离以及所述三个或更多个锚节点的坐标，计算所述未知节点的坐标。进一步地，所述在测得的所述来自该锚节点的多个接收信号强度值选择至少部分接收信号强度值的步骤包括：在测得的所述来自该锚节点的多个接收信号强度值之中，去掉最大值和最小值，以将剩余的接收信号强度值作为所述至少部分接收信号强度值。进一步地，针对所述三个或更多个锚节点中的每一个，通过如下方式获得该锚节点对应的欠定方程组：针对该锚节点对应的所述至少部分接收信号强度值中的每一个，获得由公式一表示的方程，其中公式一为：其中，j＝1,2,…,m，式中，d0为参考距离，P0为参考接收信号强度值，d为该锚节点与所述未知节点之间的待测距离，Pj为所述至少部分接收信号强度值中的第j个，nj为与Pj对应的路径损耗系数；该锚节点对应的欠定方程组由公式二表示，其中公式二为：进一步地，所述利用优化算法求解该锚节点对应的欠定方程组以获得该锚节点与该未知节点之间的待测距离的步骤包括：构建其中，dj为所述欠定方程组中第j个方程中的d，将2＜nj＜4作为约束条件，j＝1,2,…,m，按照如下优化算法求解约束最优化问题B1、设定迭代截止条件ε，使得当时结束迭代；B2、给定一组初始可行的nj，使其满足约束条件2<nj<4；B3、从n1开始按照序号从小到大的顺序，分别对m个路径损耗系数中的每一个进行迭代计算；其中，针对m个路径损耗系数中的nk，其中k∈{1,2,...,m}，从nk＝2开始，利用所述公式二对nk进行迭代计算，步长为0.0005，并当迭代到nk＝4时结束对nk的迭代计算；在迭代计算的过程中，每一次迭代计算后判断当前结果是否满足若当前结果满足则结束迭代计算，将当前结果作为最优解；否则，继续迭代直到满足为止。目前，现有技术大多采用设定一个固定的路径损耗n值，然后求解距离d，显然路径损耗与环境等诸多因素有关，设定固定值显然会增加测量误差。相比于现有技术，本专利技术基于RSSI室内多径散射定位方法无需事先设定路径损耗n值，通过优化算法，直接获得最优的测量距离d，提高了测量精度。此外，相比于现有技术，本专利技术的基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法则能够利用多次测量来自锚节点的发射功率来减小由于固定方向遮挡而产生的定位偏差，从而能够提高定位精度。通过以下结合附图对本专利技术的最佳实施例的详细说明，本专利技术的这些以及其他优点将更加明显。附图说明本专利技术可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本专利技术的优选实施例和解释本专利技术的原理和优点。在附图中：图1是示意性地示出本专利技术的基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法的一个处理示例的流程图；图2是示出具有临时障碍物的一个室内定位环境的示意图。本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本专利技术实施例的理解。具体实施方式在下文中将结合附图对本专利技术的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。本专利技术的实施例提供了一种基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法。图1是本专利技术的基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法的一个处理示例的流程图。如图1所示，在该示例中，上述基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法开始之后，首先执行步骤S110。在步骤S110中，确定三个或更多个锚节点位置，并获得上述三个或更多个锚节点的坐标。例如，可以确定3个或5个锚节点，在该3个或5个锚节点上分别设置发射/接收设备(即天线)，并在未知节点(即待定位的位置)上设置发射/接收设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法，其特征在于，所述RSSI室内多径散射定位方法包括：确定三个或更多个锚节点位置，并获得所述三个或更多个锚节点的坐标；针对所述三个或更多个锚节点中的每一个，从未知节点向该锚节点发送多次RSSI请求指令，并在所述未知节点测得来自该锚节点的多个接收信号强度值，在测得的所述来自该锚节点的多个接收信号强度值选择至少部分接收信号强度值，利用所述至少部分接收信号强度值以及预设的参考距离和参考接收信号强度值，根据RSSI法获得包含m个方程的欠定方程组来作为该锚节点对应的欠定方程组，该欠定方程组中的未知量包括该锚节点与该未知节点之间的待测距离和m个路径损耗系数，其中，所述参考接收信号强度值是在所述未知节点向与所述未知节点距离所述参考距离的参考节点发送RSSI请求指令时、在所述未知节点测得的来自该参考节点的接收信号强度值，m为所述至少部分接收信号强度值中包含的接收信号强度值个数，且m为大于2的正整数，利用优化算法求解该锚节点对应的欠定方程组，以获得该锚节点与该未知节点之间的待测距离；利用所述三个或更多个锚节点各自与未知节点之间的待测距离以及所述三个或更多个锚节点的坐标，计算所述未知节点的坐标。...

【技术特征摘要】
1.基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法，其特征在于，所述RSSI室内多径散射定位方法包括：确定三个或更多个锚节点位置，并获得所述三个或更多个锚节点的坐标；针对所述三个或更多个锚节点中的每一个，从未知节点向该锚节点发送多次RSSI请求指令，并在所述未知节点测得来自该锚节点的多个接收信号强度值，在测得的所述来自该锚节点的多个接收信号强度值选择至少部分接收信号强度值，利用所述至少部分接收信号强度值以及预设的参考距离和参考接收信号强度值，根据RSSI法获得包含m个方程的欠定方程组来作为该锚节点对应的欠定方程组，该欠定方程组中的未知量包括该锚节点与该未知节点之间的待测距离和m个路径损耗系数，其中，所述参考接收信号强度值是在所述未知节点向与所述未知节点距离所述参考距离的参考节点发送RSSI请求指令时、在所述未知节点测得的来自该参考节点的接收信号强度值，m为所述至少部分接收信号强度值中包含的接收信号强度值个数，且m为大于2的正整数，利用优化算法求解该锚节点对应的欠定方程组，以获得该锚节点与该未知节点之间的待测距离；利用所述三个或更多个锚节点各自与未知节点之间的待测距离以及所述三个或更多个锚节点的坐标，计算所述未知节点的坐标。2.根据权利要求1所述的基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法，其特征在于，所述在测得的所述来自该锚节点的多个接收信号强度值选择至少部分接收信号强度值的步骤包括：在测得的所述来自该锚节点的多个接收信号强度值之中，去掉最大值和最小值，以将剩余的接收信号强度值作为所述至少部分接收信号强度值。3.根据权利要求1或2所述的基于优化算法的RSSI室内多径散射定位方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢键，尹馨，梁家锋，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23