基于RSSI的高精度室內(nèi)三維空間定位算法.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）是一種綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式處理技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的新一代網(wǎng)絡(luò)，在軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、建筑、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及民用等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，位置信息對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)活動(dòng)至關(guān)重要，例如，當(dāng)WSN 監(jiān)測(cè)到發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人們首先關(guān)注的是火災(zāi)發(fā)生的位置。目前，針對(duì)WSN 節(jié)點(diǎn)定位的研究多集中于二維平面情況下，但是實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)通常都布置在三維空間中

2、，這其中又有相當(dāng)多的應(yīng)用是在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行，因此，有必要研究三維室內(nèi)環(huán)境下的未知節(jié)點(diǎn)的定位問(wèn)題。
　　 本文首先分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維空間定位的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后建立一個(gè)特定的應(yīng)用場(chǎng)景，即在長(zhǎng)度、寬度和高度有限的室內(nèi)三維空間內(nèi)，研究如何實(shí)現(xiàn)基于RSSI測(cè)距的高精度定位。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 1.參考節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)和擺放方法。參考節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)和擺放方法對(duì)定位精度影響很大。
　　 提出并證明了一個(gè)

3、參考節(jié)點(diǎn)擺放方法與節(jié)點(diǎn)是否能被定位之間的關(guān)系的一個(gè)定理。為了解決豎直方向上定位精度不高的問(wèn)題，把一次定位分解為多次定位然后進(jìn)行濾波的方法來(lái)獲得未知節(jié)點(diǎn)的位置，這樣既避免了某些單次無(wú)法定位的情況，同時(shí)提高了定位精度。在前人工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)本應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)了參考節(jié)點(diǎn)的擺放方法。
　　 2.參考節(jié)點(diǎn)的選擇算法。定位過(guò)程中，可使用多種不同的參考節(jié)點(diǎn)組合，但是由于測(cè)距誤差的原因，并不是隨便哪種組合都可以獲得相同的定位結(jié)果。本文根據(jù)矩陣論

4、的相關(guān)知識(shí)，提出了參考節(jié)點(diǎn)的選擇算法，使得測(cè)距誤差對(duì)定位結(jié)果的影響最小。
　　 3.誤差處理理論在WSN 定位中的應(yīng)用。多個(gè)測(cè)距數(shù)據(jù)或定位過(guò)程中的多個(gè)計(jì)算結(jié)果中，可能存在偏離正常值較遠(yuǎn)的誤差數(shù)據(jù)（粗大誤差），應(yīng)予以剔除。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 4883-2008數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》中明確規(guī)定了離群值（即粗大誤差）的判斷和處理方法。本文把誤差處理理論引入到WSN 定位中，用來(lái)提高定位精度。
　　 4

5、.采用二次濾波的方法進(jìn)一步提高定位精度。數(shù)字濾波可以抑制有效信號(hào)中的干擾成份，消除隨機(jī)誤差，使得得到的數(shù)據(jù)盡可能向真實(shí)值靠近。針對(duì)RSSI的不穩(wěn)定性和隨機(jī)性，采用測(cè)量多個(gè)RSSI值然后進(jìn)行一次濾波來(lái)提高測(cè)距精度；針對(duì)定位過(guò)程中得到的多個(gè)估計(jì)位置坐標(biāo)，再進(jìn)行一次濾波來(lái)提高估計(jì)位置的精度。
　　 5.研究了視距（LoS）和非視距（NLoS）環(huán)境下測(cè)距次數(shù)對(duì)定位結(jié)果的影響。
　　 仿真結(jié)果表明，本文提出的室內(nèi)三維空間定位算法具