室內(nèi)定位技術(shù)研究獨(dú)家優(yōu)秀】

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I 摘要 隨著無線定位技術(shù)的迅速發(fā)展，基于定位的服務(wù) (逐漸普及到各個(gè)領(lǐng)域，例如航海導(dǎo)航車載定位以及人員跟蹤等。盡管基于 術(shù)的室外定位已經(jīng)達(dá)到了很高 的定位精度，但是由于 號(hào)無法達(dá)到室內(nèi)的特性，在 適用于室內(nèi)環(huán)境的條件下，室內(nèi)定位面臨著各種技術(shù)難題和挑戰(zhàn)，所以它也成為當(dāng)前研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。 現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)主要有紅外線定位、超聲波定位、 頻識(shí)別定位以及 位等。其中，基于 定位近幾年來倍受人們的關(guān)注。 位有多種算法，本文采用最近點(diǎn)搜索法來實(shí)現(xiàn)定位，這個(gè)算法是先采集一定數(shù)量的樣點(diǎn)，計(jì)算出它們到每個(gè) 的信號(hào)損耗，將這些數(shù)據(jù)輸入進(jìn)數(shù)據(jù)庫，然后通過自身位置到各個(gè) 之間的信號(hào)損耗和數(shù)據(jù)庫中各個(gè)樣點(diǎn)到每個(gè) 的信號(hào)損耗作對(duì)比，最后定位出實(shí)際位置。 本算法是通過 真來實(shí)現(xiàn)的 ， 仿真了在 100m*100m 范圍內(nèi)，取 5 個(gè)，在步長和實(shí)際位置不同的情況下的定位結(jié)果。其中步長分別取了 1m 到 10m，實(shí)際位置隨機(jī)取了 5 個(gè)點(diǎn)。最后從仿真結(jié)果 可以看出步長的選取與實(shí)際位置的坐標(biāo)存在關(guān)系。當(dāng)實(shí)際位置的橫縱坐標(biāo)除以步長取的余數(shù)越小，定位的結(jié)果就會(huì)越準(zhǔn)確。當(dāng)余數(shù)為 0 時(shí)，定位的結(jié)果就是實(shí)際位置。 關(guān)鍵詞 ： 室內(nèi)定位技術(shù) 最近點(diǎn)搜索法 真 of to as of PS a of PS of to is of so it of of in a of to is to a of of to ap to ap of as to ap is 00 * 100, 5 AP in of 0, of of be of of by in of be is of is 目錄 第一章 緒論 .......................................................... 1 內(nèi)定位研究背景 .................................................. 1 內(nèi)定位研究的意義 ................................................ 1 究發(fā)展現(xiàn)狀 ...................................................... 2 文的主要工作 .................................................... 4 第二章 定位相關(guān)理論 ................................................. 5 內(nèi)定位技術(shù)簡(jiǎn)介 .................................................. 5 內(nèi)定位主要技術(shù) ............................................... 5 響室內(nèi)定位因素 ............................................... 6 信技術(shù)原理 .................................................. 7 術(shù)概述 ................................................... 7 絡(luò)拓?fù)? ................................................... 8 基本服務(wù) ................................................ 10 內(nèi)信號(hào)傳播模型 ................................................. 11 介 ...................................................... 11 第三章 最近點(diǎn)搜索法定位法 ......................................... 13 內(nèi)定位常用算法 ................................................. 13 于參考點(diǎn)的定位 .............................................. 13 離無關(guān)的定位 ................................................ 15 近點(diǎn)搜索法 ..................................................... 17 近點(diǎn)搜索法流程 .............................................. 17 近點(diǎn)搜索法工作原 理 .......................................... 18 第四章 最近點(diǎn)搜索法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .................................. 19 計(jì)流程 ......................................................... 19 程序 ........................................................ 19 序 ................................................... 20 序 ..................................................... 20 序 .................................................... 21 最近點(diǎn)搜索法的仿真 .................................... 22 真定位場(chǎng)景 ........................................... 22 差分析 ...................................................... 22 長與誤差的關(guān)系 .............................................. 24 第五章 總結(jié)與展望 .................................................. 29 結(jié) ............................................................. 29 望 ............................................................. 29 參考文獻(xiàn) ............................................................. 30 致謝 ................................................................. 33 附錄 ................................................................. 34 1 第一章 緒論 內(nèi)定位研究背景 隨著當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展以及無線網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及，對(duì)于基于定位的服務(wù)(的需求也日益迅速增加，例如，出行路線導(dǎo)航和實(shí)時(shí)位置跟蹤：商場(chǎng)購物車定位和顧客 消費(fèi)習(xí)慣收集；醫(yī)院重病人跟蹤監(jiān)護(hù)和產(chǎn)房嬰兒防盜等。因此，基于定位的計(jì)算和服務(wù) 在入們的日程生活中發(fā)揮的作用越來越重要。 無線定位系統(tǒng)根據(jù)定位的環(huán)境分為室外定位和室內(nèi)定位。對(duì)于室外定位，目前主要 有全球定位系統(tǒng) (1及蜂窩網(wǎng)無線定位系統(tǒng) [1]。 要是利用衛(wèi)星導(dǎo)航根據(jù)已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)的距離采用三邊測(cè)量法來確 定接收機(jī)的具體位置， 最高精度可達(dá) 5m。但是，這種定位方式需要在相對(duì)空曠及高層建筑稀少的地方才能保證定位的精確性，室內(nèi)用戶無法使用而且耗電量很高，尤其是 受機(jī)在建筑物之內(nèi)或者樓群密集區(qū)域的時(shí)候，由于建筑物對(duì)信號(hào)強(qiáng)度極大削減，導(dǎo)致定位精度很低甚至無法完成定位。雖然目前存在一種能夠運(yùn)用于室內(nèi)定位的 A— 位技術(shù)，但是利用 A— 定位需要增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇螖?shù)，這對(duì)通信運(yùn)營商來說無疑增加了額外的成本。在蜂窩網(wǎng)無線定位中，比較常用的是基于移動(dòng)臺(tái)的定位系統(tǒng)，它的定位原理與 似。由于建筑物對(duì)信號(hào)的極大衰減，室外定位技術(shù)是無法實(shí)現(xiàn)對(duì)于室內(nèi)目標(biāo)的定位和跟蹤。當(dāng)前，室內(nèi)定位技術(shù)主要有光跟蹤定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)以及 術(shù)等，其中基于 定位 技術(shù)是當(dāng)前人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。 02． 1l 發(fā)展至今已日趨完善，隨著 應(yīng)用普及，基于 泛分稚于學(xué)校、工廠、辦公環(huán)境和公共娛樂場(chǎng)所等，智能手機(jī)、筆記本、內(nèi)置了無線網(wǎng)卡的手持設(shè)備也都可以接收附近的 號(hào)。因此，通過 術(shù)覆蓋范圍廣泛，易于安裝，傳輸速度快并且成本較低。 鑒于 術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn)，基于 定位在無線定位領(lǐng)域中引起了廣泛重視，也成為 了學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。 內(nèi)定位研究的意義 在無線通訊中，用戶的位置信息是極其重要的，尤其是在繁華的市區(qū)以及高層建筑之內(nèi)，用戶大部分時(shí)間都是在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行工作學(xué)習(xí)、日程生活等。所以對(duì)于室內(nèi)定 位的需求和重要性都在日益倍增。除了對(duì)人員的定位外，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備以及商品的位置信 息追蹤也會(huì)帶來更多的便利和商業(yè)價(jià)值。例如，對(duì)兒童出行進(jìn)行安全定位監(jiān)控，醫(yī)院中 對(duì)便攜設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)定位以及工廠里面對(duì)自動(dòng)化機(jī)器的位置跟蹤和操作等，所以能實(shí)現(xiàn) 低成本且高精度的室內(nèi)定位系統(tǒng)是極具現(xiàn)實(shí)意義的。 2 而目前逐漸普及的 術(shù)具有擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣泛、傳輸不易受非視距誤 差 多徑衰落因素影響等優(yōu)點(diǎn)，基于 定位具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。這種定位可以利用位置 指紋信息識(shí)別通過 絡(luò)中可以隨意獲得的接入點(diǎn) 移動(dòng)終端進(jìn)行定位，避免了對(duì)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站的依賴，同時(shí)也彌補(bǔ)了 位在建筑密集以及室內(nèi)應(yīng)用的限制，提高定位精度，降低配置成本，提高了設(shè)備的利用率，對(duì)實(shí)現(xiàn)低成本且高精度的室內(nèi)定位系統(tǒng)具有重要的意義。 究發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)前，全球定位服務(wù)的發(fā)展主要集中在歐美和亞太兩大市場(chǎng)，早在上個(gè)世紀(jì) 60年代，就出現(xiàn)了自動(dòng)定位系統(tǒng)，但是該技術(shù)的應(yīng)用很有限。 80 年代后， 蜂窩網(wǎng)通信系統(tǒng)的 出現(xiàn)迎來了無線定位技術(shù)新的時(shí)代。 1996 年美國 布 全條款 [3]， 該條款明確 指出通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商必須提供定位服務(wù)，之后，其他國家和地區(qū)也做了類似的規(guī)定，例如歐洲國家和日韓兩國。日本運(yùn)營商在 2000 年就開始推出移動(dòng)基于定位的服務(wù) (并且 內(nèi)容非常豐富。之后韓國也通過成立相關(guān)定位服務(wù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)促進(jìn)韓國市場(chǎng)的 定位服務(wù)迅速發(fā)展，主要的 營商包括。 2006 年之后，隨著 策的系統(tǒng)設(shè)備更新逐步完成，北美通信運(yùn)營商也開始積極推廣 用。 由于技術(shù)更新以 及推動(dòng)策略等因素，相對(duì)于亞太和北美，歐洲定位服務(wù)的發(fā)展相對(duì)落后。 就定位技術(shù)的發(fā)展而言， 術(shù)是定位技術(shù)發(fā)展的一大里程碑。它是起步最早也是 發(fā)展最成熟的無線定位技術(shù)?，F(xiàn)在大部分航海和飛行以及車載定位都離不開且它 也在向其他領(lǐng)域延伸。 術(shù)是從早期的美國軍用導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展起來的，定位原理是利用三邊測(cè)量的方法，用三個(gè)位置已知的衛(wèi)星確定接收機(jī)的位置。因?yàn)樵诠罍y(cè) 接收機(jī) 的距離時(shí)是采用時(shí)間度量非常準(zhǔn)確的原子鐘來計(jì)算射頻信號(hào)傳輸時(shí)間，所以 位能夠擁有非常高的精度。另外，伴 隨著無線蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，由于蜂窩網(wǎng)無線移動(dòng) 用戶的劇增，使得對(duì)移動(dòng)用戶的定位需求越來越迫切，基于蜂窩網(wǎng)的各種定位技術(shù)也逐 漸提出并迅速發(fā)展。定位的方法主要有以基于到達(dá)時(shí)間 (方法、基于到達(dá)時(shí)問差 (方法 )基于到角度的方法(及混合定位 方法等，定位精度大概在 150m 左右。 上個(gè)世紀(jì) 90 年代末，越來越多的研究工作者開始從事無線定位技術(shù)的研究，為此成 立了專門的組織和聯(lián)盟并掀起了對(duì)無線定位研究的熱潮，包括更多的無線定位技術(shù)發(fā)明專利的出現(xiàn)、國外大型通信公司對(duì)定位的研究開發(fā)和性能測(cè)試評(píng)估以及各大科研院校從事定位理論和方法的研究。 相比以 術(shù)和蜂窩網(wǎng)定位技術(shù)為主的室外定位技術(shù)，室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展起步比較晚，而且室內(nèi)環(huán)境的諸多因素使得室內(nèi)無線定位面臨著很多技術(shù)難題。當(dāng)3 前室內(nèi)的定位技術(shù)主要有紅外線定位技術(shù)超聲波定位技術(shù)、 頻識(shí)別定位技術(shù)、超寬帶定位技術(shù)、 術(shù)和 位技術(shù)等 [4]。 對(duì)于國外的基于 定位研究，早在 2000 年， 微軟公司就開發(fā)了一套基于指紋定位的試驗(yàn)系統(tǒng)，這套系統(tǒng)通過離線階段對(duì)指紋數(shù)據(jù)庫的建立實(shí)現(xiàn)在線階段的定位匹配，使用的方法也主要是最近鄰法以及 K 近鄰法。另外， 司也曾開發(fā)了一套基于 絡(luò)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，能夠在所有支持 無線網(wǎng)絡(luò)上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，精度能夠具體到房問號(hào)、樓層數(shù)。該實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)主要通過保存在數(shù)據(jù)庫中某些特定位置的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比當(dāng)前移動(dòng)終端收到的信號(hào)強(qiáng)度，并以條件概率作為參考來確定移動(dòng)終端的位置。同時(shí)能夠保存冗余定位信息到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)移動(dòng)終端位于真實(shí)環(huán)境進(jìn)行定位的時(shí)候，定位服務(wù)器 把環(huán)境內(nèi)的障礙物等因素考慮進(jìn)去之后，再結(jié)合之前建立的指紋數(shù)據(jù)庫中的信息估算出移動(dòng)終端的定位位置，同時(shí)利用數(shù)據(jù)庫中冗余信息實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)終端定位位置的修正從而得到比較精確的定位結(jié)果。 基于 號(hào)的定位可以用于車載定位系統(tǒng)當(dāng)中，文獻(xiàn) [5]就對(duì)一種基于 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)指紋數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)更新，來保證定位的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)今，隨著智能手機(jī)平板電腦等支持 能的移動(dòng)終端的推出，基于這些終端的 位系統(tǒng)的研究也成為了定位的熱點(diǎn)，文獻(xiàn) [6]設(shè)計(jì)了一種基于安卓智能手機(jī)的定位系統(tǒng) ，離線階段選取幾個(gè)信號(hào)較強(qiáng)的 行指紋數(shù)據(jù)的采樣后，在線定位階段時(shí)可以選用貝葉斯概率算法或者 K 近鄰算法對(duì)安卓手機(jī)用戶進(jìn)行定位。 從國內(nèi)來看， 絡(luò)建設(shè)起步比較晚，但是最近幾年發(fā)展迅速。上海市計(jì)劃在 2010 年前建立起覆蓋全市的高速無線網(wǎng)絡(luò)：北京市預(yù)計(jì)在 2011 年底以前完成五環(huán)以內(nèi)的城區(qū)普及無線寬帶高速上網(wǎng)：其他許多城市也相繼開始大規(guī)模建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)。個(gè)人位置服務(wù)的發(fā)展在法律層面，還牽涉到用戶隱私的保護(hù)問題。我國法律在《民法》中確定了了對(duì)公民名譽(yù)權(quán)的保護(hù)，但對(duì)于用戶位置的隱私性質(zhì)沒有詳細(xì)的闡述或明確 規(guī)定。這一立法上的相對(duì)滯后，可能影響 業(yè)的發(fā)展。如何促進(jìn)用戶認(rèn)識(shí)各種深入的增值應(yīng)用服務(wù)，并形成有效需求和使用習(xí)慣，成為 場(chǎng)的關(guān)鍵。 目前我國的 屬于相對(duì)匾乏的階段。但國內(nèi)己有一些公司開發(fā)出可以能夠基于 術(shù)的實(shí)時(shí)定位解決方案。 2009 年， 司宣布將其開發(fā)的 時(shí)定位系統(tǒng)正式應(yīng)用于北京地壇醫(yī)院。該定位系統(tǒng)主要用于醫(yī)院追蹤資產(chǎn)、設(shè)備和病人，及時(shí)了解和掌握關(guān)鍵工作人員、資產(chǎn)和醫(yī)療設(shè)備的實(shí)時(shí)位置信息等，這套系統(tǒng)的應(yīng)用減少了醫(yī)療保健的成本、提高工作效率和改善了工作流程。 4 文的主要工作 本論文的主要工作包括： 第一章介紹了室內(nèi)定位的研究背景、意義和發(fā)展現(xiàn)狀。 第二章介紹了室內(nèi)定位的相關(guān)理論知識(shí)，包括室內(nèi)定位的主要技術(shù)， 信技術(shù)原理及室內(nèi)信號(hào)的傳播模型，還有對(duì) 簡(jiǎn)單介紹。 第三章介紹了室內(nèi)定位常用的幾種算法和本設(shè)計(jì)用到的最近點(diǎn)搜索法。 第四章介紹了最近點(diǎn)搜索法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括設(shè)計(jì)思想和通過 其進(jìn)行的仿真。 第五章介紹了做本次設(shè)計(jì)的一些總結(jié)，還有對(duì)最近點(diǎn)搜索法定位的一些展望。 5 第二章 定位相關(guān)理論 室內(nèi)定位技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注，精確的室內(nèi)定位已成為商業(yè)、公共安全和軍事等應(yīng)用的迫切要求。本章首先介紹室內(nèi)定位技術(shù)和 術(shù)原理，然后著重介紹室內(nèi)定位用到的主要方法。 內(nèi)定位技術(shù)簡(jiǎn)介 內(nèi)定位主要技術(shù) 室內(nèi)定位技術(shù)是找到一個(gè)接受信號(hào)的終端在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)位于一個(gè)坐標(biāo)系的其中一個(gè)位置。在存在各種因素的室內(nèi)環(huán)境中，如停車場(chǎng)，超市，圖書館，倉庫，飛機(jī)場(chǎng)大廳、等環(huán)境中，因此，許多有關(guān)專業(yè)的高端學(xué)者找到了多種在室內(nèi)進(jìn)行定位的技術(shù)方法。如下圖 示，有超寬帶技術(shù)、 術(shù)、無線局域網(wǎng)絡(luò)、超聲波技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、紅外線技術(shù)、光跟蹤技術(shù)，以及信標(biāo)定位、圖像分析、計(jì)算機(jī)視覺定位技術(shù)等等。我們可以將這些室內(nèi)定位技術(shù)大體分為幾種類型，即 術(shù)，無線定位技術(shù)，其他定位技術(shù)，以及 無線定位兩種定位技術(shù)組合的定位技術(shù) ( 4]。 算機(jī)視覺 紅外線 射頻識(shí)別 超聲波 牙 寬帶 光跟蹤 室內(nèi)定位技術(shù) 圖 內(nèi)定位技術(shù) 6 響室內(nèi)定位因素 在無線定位網(wǎng)絡(luò)中，為了提高定位精度，我們除了研究提高定位準(zhǔn)確度的方法算法外，還需要對(duì)影響定位精度的誤差進(jìn)行研究，尋找對(duì)策以最大程度地消除誤差。由于現(xiàn)實(shí)中的無線傳輸并不是理想狀態(tài)下的，終端與 間會(huì)存在非視距傳播。在無線傳輸中，多徑干擾的問題也是無法避免的，另外還有一些設(shè)備人為上的因素等等。以上各種因素都會(huì)影響到信號(hào)的傳播，從而最終影響定位準(zhǔn)確度。采取適當(dāng)措施降低或者消除這些因素，是提高定位精度的關(guān)鍵。定位誤差的來源主要包括： (1) 多徑傳播。 多徑傳播是指無線電波沿著兩個(gè)或多個(gè)不同的路徑到達(dá)另一個(gè)天線的傳播現(xiàn)象。利用 位技術(shù)來進(jìn)行定位時(shí)，即使在 間電波可以距 )傳播，多徑傳播也會(huì)對(duì)時(shí)間的測(cè)量產(chǎn)生影響 [17]。 (2)非視距傳播問題。 of 播是信號(hào)在發(fā)射端與接收端之間傳播過程中，被障礙物 阻擋，而導(dǎo)致不能在接收端與發(fā)射端之間直接進(jìn)行信號(hào)傳播。而是經(jīng)過反射、折射及衍 射傳播。所以利用接收端接收到的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算出的發(fā)射端與接收端之 間的距離會(huì)遠(yuǎn)大于視距傳播直接距離 [18]。 ①反射 當(dāng)傳播中電磁波遇到一個(gè)大小遠(yuǎn)大于本身波長的平坦物體時(shí)，會(huì)有反射現(xiàn)象發(fā)生。 通常發(fā)生在地面、大型建筑物和墻壁。反射物體通常會(huì)吸收部分發(fā)射信號(hào)一部分的能量，這樣就導(dǎo)致到達(dá)接收端的信號(hào)變?nèi)酢? ②衍射 繞射發(fā)生在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的傳播過程中被遠(yuǎn)大于本身波長的障礙物阻擋時(shí)， 在障礙物頂端二次波成分能夠經(jīng)過障礙物到達(dá)接收端。所以繞射是在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒有直接路徑時(shí)，電磁波的傳播現(xiàn)象。其中障礙物大小與到達(dá)接收端的二次波能量成反比。當(dāng)傳播路徑被不可穿透的障礙 物遮蔽時(shí)，衍射可以到達(dá)接收端。 ③散射 當(dāng)電磁波遇到障礙物的大小與傳播的電磁波波長差不多或小于波長時(shí)，對(duì)于電磁波 來說障礙物如同多面的反射體，使得電磁波的能量散射到各個(gè)方向，會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象。 散射一般發(fā)生在有粗糙表面的障礙物上。 在實(shí)際的傳播環(huán)境中，如果是 播，則可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確地定位。但是在現(xiàn)實(shí)的實(shí)際傳播環(huán)境中，在發(fā)送端和接受端之間實(shí)現(xiàn) 播通常是不可能的。因此，降低 傳播路徑的影響并提高目標(biāo)定位精度，是現(xiàn)在無線定位技術(shù)研究的關(guān)鍵。目前，降低 播的影響通常采用以下幾種方法： 1)利用測(cè)距誤差統(tǒng)計(jì)將 量 值調(diào)節(jié)到接近 測(cè)量值，因?yàn)?i， 0S 傳播的測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差要比7 播的低得多： 2) 根據(jù) 播條件 K 實(shí)際距離總是小于距離測(cè)量值這一特點(diǎn)，在非線性最 4,測(cè)量算法進(jìn)行改進(jìn)，從而提高定位精度； 3)最后一種方法是降低非線性最小二乘算法中 量值的權(quán)重來降低 (3)頻率干擾以及室內(nèi)障礙物材質(zhì)。 室內(nèi)環(huán)境由于存在各種使用不同信號(hào)頻率的設(shè)備，例如藍(lán)牙設(shè)備、 備、備等，這些設(shè)備之間會(huì) 存在一定的頻率干擾進(jìn)而會(huì)影響各自的信號(hào)傳輸穩(wěn)定性，使用這些信號(hào)頻率的定位裝置就也會(huì)受到其他設(shè)備頻率的干擾而影響定位的精度。 另外，當(dāng)發(fā)射端和接收端設(shè)置在不同房間內(nèi)時(shí)，會(huì)因障礙物材質(zhì)的不同例如不同材質(zhì)的墻以及玻璃等而影響信號(hào)的傳播。因?yàn)椴煌系K物的材質(zhì)有不同的衰減系數(shù)，而這些衰減系數(shù)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度的衰減程度也不同。尤其在室內(nèi)環(huán)境下的厚木板、水泥墻都會(huì)引起信號(hào)強(qiáng)度大幅度的衰減，這樣直接造成接收端的信號(hào)強(qiáng)度不穩(wěn)定。 2.2 信技術(shù)原理 線保真 [19— 20]，在無線局域網(wǎng)內(nèi)是指“無線相容 性認(rèn)證”，是一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。由 盟 (持有。目的是使基于02． 11 標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性 (兼職性 )變得更好。其中 02． 1l 是無線局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中，用戶與用戶終端的無線接入。從 1997 年 1l 標(biāo)準(zhǔn)開始實(shí)施以后，先后有 802． 1 02． 1 802． 119 等標(biāo)準(zhǔn)制定或者在構(gòu)思，但是 是面對(duì)漫游不方便、網(wǎng)管 不強(qiáng)大、系統(tǒng)不安全和沒有殺手級(jí)的應(yīng)用等多種問題。為了使 務(wù)能夠具有高質(zhì)量，并且可以達(dá)到以太網(wǎng)的性能水平，所以 802． 1運(yùn)而生。 表 出 802． 1l 幾個(gè) 重要協(xié)議的通信參數(shù)。 802． 11． a：高速 議， 802． 1準(zhǔn)工作在 5— 帶，物理層速率最高可達(dá) 54輸層速率最高可達(dá)25提供 25無線 口和 以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口，以及 空中接口；支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)；一個(gè)扇區(qū)可接入多個(gè)用戶，每個(gè)用戶可帶多個(gè)用戶終端。 802． 11． b： 802． 1無線局域網(wǎng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其載波的頻率為 2． 4送速度為 l 102． 11b 是所有無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中最著名，也是普及最廣的標(biāo)準(zhǔn)。在 2． 4段共有 14 個(gè)頻寬為 22頻道可供使用。 02． 1后繼標(biāo)準(zhǔn)是 02． 1 傳送速度為 54 8 協(xié)議 發(fā)布日期 標(biāo)準(zhǔn)頻寬 最大速度 室內(nèi)最大速度 室外最大速度 997 年 s / / 999 年 54s 約 30 米 / 999 年 1s 約 30 米 約 100 米 003 年 4s 約 30 米 約 100 米 006 年 540s 約 50 米 約 125 米 802． 11：在這個(gè)版本，介質(zhì)訪問接入控制層 ( )和物理層被定義。2． 4段上的兩種無線調(diào)頻方式和紅外線傳輸方式在物理層被定義了，傳輸速率為 2～ s。設(shè)備問通信可采用直接方式、基站和訪問點(diǎn)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行。 除了以上幾個(gè)重要的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)外， 802． 11． 目前主流廠商正在開發(fā)的協(xié)議版本，它使用 5 6段，并采用更寬的基帶 (最高擴(kuò)展 160更多的及高密度的調(diào)制解調(diào) (256 理論上 802． 11以為多個(gè)站點(diǎn)服務(wù)提供 1帶寬，或是為單一連接提供 500傳輸帶寬。 絡(luò)拓?fù)? 絡(luò)的基本單元組成結(jié)構(gòu)如下圖 示，主要包括了接入點(diǎn) (P)、站點(diǎn) (無線傳輸介質(zhì) ( )以及終端服務(wù)器( (1)點(diǎn) 點(diǎn)是 絡(luò)的基本組成單元，與有線網(wǎng)絡(luò)相對(duì)應(yīng)， V／ 線網(wǎng)絡(luò)中通常作為客戶端使用，其具各 線網(wǎng)絡(luò)的接口，一般稱為網(wǎng)絡(luò)接 點(diǎn)可固定也可移動(dòng)，其支持鑒權(quán) 、數(shù)據(jù)加密、取消鑒權(quán)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?絡(luò)中可以包含多個(gè)站點(diǎn)，其覆蓋范圍內(nèi)的所有 點(diǎn)均可相互通信。 (2)入點(diǎn) 表 議族 9 接入點(diǎn)類似無線蜂窩網(wǎng)中的基站 (是 絡(luò)的重要組成部分， 當(dāng)于一個(gè)連接有線網(wǎng)和無線網(wǎng)的橋梁，其主要作用是將各個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)客戶端連接到一起，然后將無線網(wǎng)絡(luò)接入以太網(wǎng)。 要分為單純型 擴(kuò)展型 者缺少了路由功能，相當(dāng)于無線交換機(jī)，僅僅是提供一個(gè)無線信號(hào)發(fā)射的功能。而后者通常指無線路由器，通過路由功能，可以實(shí)現(xiàn)與 絡(luò)連接共享，也能實(shí)現(xiàn)帶的無線共享接入。 (3)無線傳輸介質(zhì) 無線傳輸介質(zhì)是 寬帶服務(wù)器的連接媒介。通常， ^P 與 輸介質(zhì)就是空氣，而 ^P 與寬帶服務(wù)器之間既有無線傳輸也有以電話線職絞線等作為傳輸介質(zhì)的有線傳輸。 (4)終端服務(wù)器 根據(jù)需要，我們需要將 終端服務(wù)器連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。終端服務(wù)器大體有兩類．一類是以太網(wǎng)寬帶服務(wù)器，通過 口實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)資源的獲取。另一種則是局域網(wǎng)服務(wù)器，此類服務(wù)器往往是用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理發(fā)送的服務(wù)終端。 根據(jù)組網(wǎng)的元素的成分， 信網(wǎng)絡(luò)分為 絡(luò)、 絡(luò)以及 絡(luò) [19] (1)絡(luò) 絡(luò)是一個(gè)獨(dú)立的 上圖 示。這種網(wǎng)絡(luò)的另一種叫法為對(duì)等結(jié)構(gòu)網(wǎng)， 絡(luò)中所有無線節(jié)點(diǎn)地位都一樣，不需要其他別的控制節(jié)點(diǎn)。這種網(wǎng)絡(luò)的工作站互相不需要太多步驟，可以直接互相訪問。但是兩者之間的距離不能太遠(yuǎn)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)需要具有普通移動(dòng)終端的功能和具有報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)能力。這種網(wǎng)絡(luò)具有地位等同、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)、靈活性好、和高可靠性等多種優(yōu)點(diǎn)。 絡(luò)結(jié)構(gòu) 10 (2)絡(luò) 與獨(dú)立基本服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)不同的 求有一個(gè)接入點(diǎn)作為連接中心，所有的 網(wǎng)絡(luò)的訪問都是被接入點(diǎn) ^P 控制。接入點(diǎn)所能管轄的范圍內(nèi)，所有連接到該接入點(diǎn)的 成一個(gè)基本服務(wù)集 本服務(wù)集 中的數(shù)據(jù)再進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，只有通過接入點(diǎn)才能進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。使用接入點(diǎn)的 址作為網(wǎng)絡(luò)的作站想要獲得網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)首先要做的就是和接入點(diǎn)取得聯(lián)系，同時(shí)需要注意的是工作站與接入點(diǎn)只能同時(shí)一對(duì)一連接。 (3)絡(luò) 為了實(shí)現(xiàn)工作站跨越自己所屬的基本服務(wù)集的范圍進(jìn)行與其他基本服務(wù)集之間的通訊， 02 1準(zhǔn)對(duì)擴(kuò)展服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了規(guī)定。擴(kuò)展服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)利用分布式系統(tǒng) (基本服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)都互相連接到一起，同一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)中的接入點(diǎn)需要用一樣地標(biāo)志和服務(wù)，并且通過分發(fā)服務(wù)進(jìn)行合作?；痉?wù)集網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的最小單元，和蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)單元差不多，每個(gè)基本服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)中接入點(diǎn)在進(jìn)行互相連接的時(shí)候都是用的有線連接。 基本服務(wù) 從 準(zhǔn)開始，體系結(jié)構(gòu)允許分布式系統(tǒng)可以使用不同的技術(shù)來構(gòu)建分布式系統(tǒng)，不限制分布式系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)鏈路層還是基于網(wǎng)絡(luò)層，也不限制分布式系統(tǒng)是集中式的還是分布式的。而是詳細(xì)說明了所包含的服務(wù)內(nèi)容，大體上這些服務(wù)可以 被分為兩類：站點(diǎn)服務(wù)和分布式系統(tǒng)服務(wù)。站點(diǎn)服務(wù)服務(wù)包括認(rèn)證、解除認(rèn)證、加密；分布式系統(tǒng)服務(wù)包括關(guān)聯(lián)、分離、分發(fā)和整合 (1)站點(diǎn)服務(wù) 認(rèn)證服務(wù)是 02 1l 提供訪問控制的手段．能夠被所有工作站用來確定與其通信的站點(diǎn)的身份，任何一個(gè)站點(diǎn)要想發(fā)送數(shù)據(jù)需要先去證明自己的身份，在認(rèn)證機(jī)制中，不是去強(qiáng)制使用一些特定的認(rèn)證方案，而是擴(kuò)展某些受支持的方案。1 提供鏈路級(jí)認(rèn)證，但是不提供用戶之間的認(rèn)證。認(rèn)證是關(guān)聯(lián)的必要前提，用戶只有在被認(rèn)證了才能夠接入網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)與 行連接時(shí) ，一般需要通過好多次的認(rèn)證才行。 與認(rèn)證服務(wù)相反，結(jié)束認(rèn)證服務(wù)是為了結(jié)束一組身份認(rèn)證關(guān)系，這個(gè)過程無需請(qǐng)求，因?yàn)殛P(guān)聯(lián)的前提是認(rèn)證，所以也不應(yīng)該被任意一方隨意的拒絕，所以說一旦認(rèn)證解除，工作站之間的關(guān)聯(lián)也會(huì)自動(dòng)解除。 加密服務(wù)是為了給有線局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的安全來提供服務(wù)的，一般由有線等效加密協(xié)議 (供。加密服務(wù)不會(huì)隨便使用，只有一些重要的才會(huì)使用，一般只對(duì)數(shù)據(jù)幀和某些鑒權(quán)管理幀這種的去添加加密服務(wù)。 11 (2)分布式系統(tǒng)服務(wù) 關(guān)聯(lián)服務(wù)是用來建立接入點(diǎn)與工作之間映射關(guān)系的過程，這種映射關(guān)系被分布式系統(tǒng)用來 完成信息的分發(fā)服務(wù)。一般地，當(dāng)工作站進(jìn)入一個(gè)接入點(diǎn)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，這種服務(wù)就要被用到。關(guān)聯(lián)過程的初始化工作始終是由移動(dòng)的工作站來完成，并不是接入點(diǎn)本身，一個(gè)接入點(diǎn)可以在同一時(shí)刻與多個(gè)工作站建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。 解除關(guān)聯(lián)服務(wù)是用來從網(wǎng)絡(luò)中移除不需要的工作站用以結(jié)束現(xiàn)有關(guān)聯(lián)關(guān)系，一個(gè)工作站在離開關(guān)閉之前需要終止當(dāng)前關(guān)聯(lián)則必須使用這項(xiàng)服務(wù)。接觸關(guān)聯(lián)的服務(wù)可以由相互關(guān)聯(lián)的任何一方調(diào)用，而且不能夠被關(guān)聯(lián)的另一方拒絕。 分發(fā)服務(wù)是工作站經(jīng)常使用的主要服務(wù)，當(dāng)分布式系統(tǒng)要發(fā)送消息數(shù)據(jù)幀時(shí)，對(duì)于正在運(yùn)行的所有擴(kuò)展基本服務(wù)集中運(yùn)行的工作站，無論是從該工作站發(fā)送數(shù)據(jù)是向工作站輸送數(shù)據(jù)都要調(diào)用分發(fā)服務(wù)，這項(xiàng)服務(wù)通過路由那些發(fā)送給其他工作站的幀，決定是向本地服務(wù)集發(fā)送還是通過有線網(wǎng)絡(luò)向其他服務(wù)集的工作站轉(zhuǎn)發(fā)。 整合服務(wù)主要是用來和一個(gè)非 802． 11 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊時(shí)要用到的，通過這項(xiàng)服務(wù)可以將 02． 1l 格式的數(shù)據(jù)幀翻譯成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)要求的幀格式，這項(xiàng)服務(wù)由分布式系統(tǒng)來提供，功能也會(huì)因不同的分布式系統(tǒng)而異。 內(nèi) 信號(hào)傳播模型 理論上，無線信號(hào)在無障礙物和干擾的自由空間內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度的衰減可以用下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示： 其中，只是發(fā)送端的發(fā)送功率， Pr(d)是接收端的接收功率， 發(fā)射端天線增益， q 是接收端天線增益，九是傳輸波的波長， d 是發(fā)射端與接收端的距離， B 是系統(tǒng)損耗系數(shù)，除了 d 之外，其他參數(shù)都是可以通過測(cè)量得到或者提前已知。所以說根據(jù)發(fā)送端與接受端的信號(hào)功率就可以估計(jì)出兩者之間的距離，并以此距離為半徑以己知位置的發(fā)送端為圓心畫圓。根據(jù)三圓相交與一點(diǎn)的原理，用三組這樣的距離即可估算出接收端的位置。但是，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，由于各種小尺度衰減、信號(hào)干擾等影響因素的存在使得接受功率要小于只，所以說估計(jì)距離 d 便會(huì)有偏差從而影響定位的精度。因此針對(duì)室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境，又提出了對(duì)數(shù)損耗模型、衰減因子模型以及型等。 2.4 介 本設(shè)計(jì)最后是通過 真來實(shí)現(xiàn)的，好多函數(shù)和圖都是 可以用完成，最后直觀的顯示出來。矩陣和數(shù)組是 核心，因?yàn)?2() ( 4 )t t ??（公式 2 12 所有的的數(shù)據(jù)都使用數(shù)組表示和存儲(chǔ)的。除了常用的矩陣代數(shù)運(yùn)算之外，提供了多種數(shù)組運(yùn)算功能應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)集合進(jìn)行處理。雖然面向矩陣的編程語言，但它也具有其他計(jì)算機(jī)編程語言所具有的編程特性，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的同時(shí)， 提供了各種圖形用戶接口工具。以方便用戶進(jìn)行各種應(yīng)用程序開發(fā)?？傊痪湓?， 數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編程特性和圖形用戶接口工具集成在一起，成為解決各類問題的強(qiáng)大的工具。 13 第三章 最近點(diǎn)搜索法定位法 內(nèi)定位常用算法 室內(nèi)定位方法主要分為基于距離的定位和距離無關(guān)的定位，前者主要通過利用已知點(diǎn)的位置信息，采用一定的方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，這種定位依賴點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的距離估計(jì)或者角度估計(jì)。而后者是不依賴于目標(biāo)與已知點(diǎn)的距離信息。下面對(duì)這兩類方法進(jìn)行介紹。 于參考點(diǎn)的定位 基于參考點(diǎn)的定位方法大體分為時(shí)間到達(dá)的方法 (27]、時(shí)間到達(dá)差的方法 (28角度到達(dá)的方法 (31]、混合定位方法 (32]以及基于信號(hào)強(qiáng)度的方法 (33— 35]。這一類方法需要通過將測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成距離或者角度來對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行定位。 位法 基于到達(dá)時(shí)間的方法是根據(jù)移動(dòng)終端到達(dá)三個(gè)不同的基站所用的不同時(shí)間，由于無線電波傳輸?shù)乃俣仁?C，因此移動(dòng)終端與第 f 個(gè)基站的距離為 分別是向第 i 個(gè)基站發(fā)送信號(hào)時(shí)發(fā)送的時(shí)刻和到達(dá)的時(shí)刻。一般情況下，基站的個(gè)數(shù)至少為 3，這樣移動(dòng)終端的坐標(biāo)就可以根據(jù)三個(gè)圓的交點(diǎn)來估計(jì)出，如圖 于到達(dá)時(shí)間的定位要求時(shí)問的準(zhǔn)確，以及發(fā)送端與接受端時(shí)間的嚴(yán)格同步。否則，即使是 l μ s 的時(shí)間誤差也會(huì)帶來將近 300m 的定位誤差。 位方法 S3 r2 法 ()i is t t C?? （公式 3 14 基于到達(dá)時(shí)間差的方法是根據(jù)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)基于的 時(shí)問差來對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行估計(jì) ,如下面表達(dá)式所示： 在上式中，由于移動(dòng)終端的時(shí)鐘始終保持同步的，所以和，是相等的。 過計(jì)算到達(dá)時(shí)間差計(jì)算距離之差，降低了對(duì)發(fā)射端接收端同步的要求。當(dāng)基站的數(shù)目在三個(gè)以上時(shí)，就可以通過求雙曲線的交點(diǎn)坐標(biāo)來獲得移動(dòng)終端的位置。 位方法 基于到達(dá)角度的方法通過基站上的天線陣列來測(cè)量出移動(dòng)終端到達(dá)基站的信號(hào)入射角度，并得到一條連接基站與移動(dòng)終端的直線，通過多個(gè)不同基站對(duì)同一移動(dòng)終端的角度測(cè)量，就可以獲得多條直線，這些直線的交點(diǎn)就是移動(dòng)終端的位置。但是這種方法必須保證安裝天線陣列，而天線陣列大都價(jià)格比較昂貴，無疑增加了定位的成本，另外一方面，這種方法受地形環(huán)境因素影響大尤其是在障礙物多的地區(qū)，不能達(dá)到很好的定位精度。 圖 法 ,1 1 1 1 1( ) ( ) ( )i i i s i r s r s i rr r r t t C t t C t t C? ? ? ? ? ? ? ?（公式 3 圖 法 15 合定位方法 實(shí)際上，上面每一種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和局限性，有時(shí)候根據(jù)需要可以將幾種方法進(jìn)行結(jié)合來提高定位的精度，常見的就是 法和 法的組合以及法和 法的組合。尤其是當(dāng)移動(dòng)終端離某一個(gè)基站特別近時(shí)，由于移動(dòng)終端的功率控制系統(tǒng)，使得移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送功率減少，從而影響信號(hào)的信噪比使得測(cè)得的距離信息或者角度信息出現(xiàn)偏差，這個(gè)時(shí)候就必須需要另一種方法進(jìn)行協(xié)同定位。 位方法 無線信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度是隨著傳播距離的增加而減少的，發(fā)送端與接受端距離越近，接收端的信號(hào)強(qiáng)度就越強(qiáng)：發(fā)送端與接受 端距離越遠(yuǎn)，接收端的信號(hào)強(qiáng)度就越弱。所以我們可以根據(jù)發(fā)送端的信號(hào)強(qiáng)度、接受端的信號(hào)強(qiáng)度以及用到的信號(hào)衰減模型，可以估算出發(fā)送端與接收端之間的距離，由于要采用多個(gè)發(fā)送端向同一個(gè)接受端發(fā)送信號(hào)，因此可以得到多個(gè)距離，根據(jù)這些距離利用一定的算法就可以估算出出移動(dòng)終端的位置?；谛盘?hào)強(qiáng)度的定位方法原理比較簡(jiǎn)單，而且不需要額外的硬件設(shè)備，降低了定位成本且易實(shí)現(xiàn)，所以是當(dāng)前室內(nèi)定位所采用的主要方法。但是由于影響無線信號(hào)強(qiáng)度眾多因素的存在，尤其是在室內(nèi)環(huán)境下，所以提高基于室內(nèi)定位的精度始終是當(dāng)前最主要的問題。 離無關(guān)的定位 在基于距離的定位中，發(fā)送端與接受端的距離信息是定位的前提因素，不管是方法還是 方法，都是先通過估測(cè)距離來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，而基于距離無關(guān)的定位是不需要知道兩者的距離信息的或者無需測(cè)量。在成本和功耗方面優(yōu)于距離相關(guān)的定位方法，下面簡(jiǎn)單介紹幾種距離無關(guān)的定位算法 [35， 36]。 心算法 文獻(xiàn) [37]提出一種基于網(wǎng)絡(luò)連通性的定位算法，在這種算法中，信標(biāo)節(jié)周期性地向鄰近的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信標(biāo)分組，分組中一般包含發(fā)送信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息，需要定位的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)會(huì)接收來自很多不同的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信標(biāo)分組，當(dāng)這些分組的數(shù)量超過一定的門限值或者在一定的時(shí)間之后，就會(huì)把這些信標(biāo)節(jié)點(diǎn)組成的多邊形的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。這種算法能夠?qū)崿F(xiàn)的前提是節(jié)點(diǎn)之問的網(wǎng)絡(luò)連通性，即每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能直接或者問接的向其它的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。而且更重要的是，必須保證節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和密度。 法 16 在 8]算法的理論 原理是，假如存在一個(gè)方向，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)沿著這個(gè)方向移動(dòng)的話就會(huì)遠(yuǎn)離由另三個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的三角形，此時(shí)判定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在三角形之外，否則就會(huì)靠近這個(gè)三角形．判定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在三角形之內(nèi)。利用這個(gè)原理，從與這個(gè)未知節(jié)點(diǎn)能夠進(jìn)行通信的所有節(jié)點(diǎn)選擇三個(gè)，并判定在三角形之外或者之內(nèi)，然后再選擇另外三個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同樣的測(cè)試，已知到所有的組合都被測(cè)試完或者達(dá)到所需的精度。如果目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在某三角形內(nèi)部，就稱作三角形包含未知節(jié)點(diǎn)：最后未知節(jié)點(diǎn)將包含自己的所有三角形的相交區(qū)域的質(zhì)心作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。 法 法 [39]是 一種基于距離矢量計(jì)算跳數(shù)的算法，其基本思想是將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離用網(wǎng)絡(luò)平均的每跳距離和兩者之間的跳數(shù)進(jìn)行乘積來計(jì)算，之后采用三邊定位就可以估算出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。 算法一開始，先是讓每一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向鄰近的節(jié)點(diǎn)發(fā)出一個(gè)包括自己位置信息以及跳數(shù)值為 0 的信息，周圍的節(jié)點(diǎn)獲得該消息后，就會(huì)記錄信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置并更新跳數(shù)為 l，然后再向自己鄰近的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行該信息的傳送。這個(gè)環(huán)節(jié)將會(huì)一直持續(xù)到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都獲得與之相鄰的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置以及跳數(shù)值。對(duì)于每跳的距離是通過計(jì)算信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置以及相隔的跳數(shù)得到的平均距離，由于這個(gè)每跳距離是根據(jù)周期實(shí)時(shí)更新的，所以目標(biāo)節(jié)點(diǎn)僅 I 己錄接受到的第一個(gè)每跳距離值，并發(fā)送給它的相鄰的節(jié)點(diǎn)．這樣可以保證絕大多數(shù)的節(jié)點(diǎn)可以從最近的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接受每跳的距離，利用記錄的每跳距離來計(jì)算到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離，從而對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。 這種算法可以利用大量冗余信息來提高定位的精準(zhǔn)度，且不需要額外的硬件支持，但是在更新每跳平均距離的環(huán)節(jié)中，節(jié)點(diǎn)的之間的通信量過大；如果網(wǎng)絡(luò)中的密度不均勻或者出現(xiàn)無法定位的某些節(jié)點(diǎn)則會(huì)影響平均定位誤差。所以此種算法依然要求網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量以及密度足夠大。 圖 法 17 近點(diǎn)搜索法 以上介紹了多種室內(nèi)定位算法，下面詳細(xì)介紹本設(shè)計(jì)用的室內(nèi)定位算法 近點(diǎn)搜索法是一種比較簡(jiǎn)便，易于理解，定位比較準(zhǔn)確的算法。它的主體思想是通過對(duì)比信號(hào)損耗來實(shí)現(xiàn)定位。 首先 在定位的一片區(qū)域中會(huì)有幾個(gè) ，它們會(huì)往外發(fā)射無線信號(hào)。接下來需要把這片區(qū)域按某個(gè)步長平均取 n 個(gè)樣點(diǎn)，這幾個(gè) 到每個(gè)樣點(diǎn)的信號(hào)損耗程度都會(huì)不一樣，要把所有的損耗都計(jì)算出來存入一個(gè)數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)在一個(gè)位置即實(shí)際位置搜索信號(hào)時(shí)就可以計(jì)算出這個(gè)位置到每個(gè) 的信號(hào)損耗， 然后通過方差與標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算，對(duì)比找出與實(shí)際位置到 信號(hào)損耗最接近的樣點(diǎn)來。這個(gè)樣點(diǎn)即為定位的點(diǎn)。 近點(diǎn)搜索法流程 如圖 示，最近點(diǎn)搜索法流程大致如此，首先選一個(gè)區(qū)域，比如某個(gè)商場(chǎng)，在地圖上把這片區(qū)域按選取的一個(gè)步長定出若干個(gè)樣點(diǎn)，這片區(qū)域有多個(gè) ，往外發(fā)射無線信號(hào)。計(jì)算出每個(gè) 到所有樣點(diǎn)的信號(hào)損耗，將這些數(shù)值輸入到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)自己身處這片區(qū)域時(shí)，打開無線接收器，比如手機(jī)，就可以算出自身位置到每個(gè) 的信號(hào)損耗程度，再把這個(gè)信息與數(shù)據(jù)庫中的樣點(diǎn)做對(duì)比，找到與實(shí)際位置信號(hào)損耗最接近的樣點(diǎn)，即為最近點(diǎn)搜索法所定位的點(diǎn)。 圖 近點(diǎn)搜索法流程 選定一片區(qū)域，里面包含若干 按一定步長選取若干樣點(diǎn) 計(jì)算出 到每個(gè)樣點(diǎn)的信號(hào)損耗 計(jì)算出實(shí)際位置到 的信號(hào)損耗 將以上數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫 樣點(diǎn)中最接近實(shí)際位置的點(diǎn)即為定位點(diǎn) 18 近點(diǎn)搜索法工作原理 在計(jì)算 到每個(gè)樣點(diǎn)的信號(hào)損耗時(shí)，用到的是常用對(duì)數(shù)路徑損耗公式，信號(hào)強(qiáng)度，因?yàn)檫\(yùn)用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信號(hào)匹配時(shí)，需要信號(hào)強(qiáng)度相減，由于 射功率相同，所以可以直接用信號(hào)損耗相減。在計(jì)算實(shí)際位置到 的信號(hào)損耗時(shí)，首先通過坐標(biāo)來計(jì)算出實(shí)際位置到 的距離，然后通過幾個(gè)矩陣運(yùn)算運(yùn)算出相關(guān)數(shù)值，最后還要分當(dāng)兩者距離大于某個(gè)值時(shí) 用一種運(yùn)算方法，相反，兩者距離小于某個(gè)值時(shí)要用另一種方法來運(yùn)算。 其中還主要運(yùn)用的一種運(yùn)算是方差和標(biāo)準(zhǔn)差，在每次計(jì)算出信號(hào)損耗程度后，需要用方差和標(biāo)準(zhǔn)差來找到誤差最小的那個(gè)點(diǎn)。 下面具體分析一下在本算法中用到的公式。 首先需要一個(gè)求兩點(diǎn)間距離的公式 √ 在公式 4 d 表示 樣點(diǎn)到 的距離， x