一种基于2点rssi的动态加权进化定位系统及方法
【技术领域】
[0001] 本专利涉及室内定位技术，具体涉及基于无线传感器网络的定位技术。
【背景技术】
[0002] 在移动互联时代，人们有大量的时间活动于室内环境（80%左右），人们的日常生 活越来越依赖于基于位置服务所带来的便利，使得解决室内定位问题迫在眉睫。
[0003] 多年来，经过了国内外专家学者的大量研究，目前能够用于室内定位的技术主要 有红外技术（Infrared)，蓝牙技术（Bluetooth)，无线射频技术（RFID)，Zigbee，无线局域 网（Wi-Fi)，光（Light)和超宽带（UWB)等。为了获得较好的定位精度，出现了基于测距式 和非测距式等定位方案。而且，相对于非测距式定位方案，测距式定位方案能够获得较好的 定位精度。
[0004] 在基于无线信号接收强度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI)， 信号达到时间（TOA)，信号到达时间差（TDOA)，信号到达角度（AOA)等测距式的定位方案 中，TOA、TDOA和AOA等方案通常需要特制的、较为复杂的硬件设备或严格系统时间同步机 制等技术的支持，使得整个定位系统的成本、复杂度提高，制约着它们的向更好的方向发 展。
[0005] 然而，基于RSSI的测距式定位方案可以利用现成的商用无线信号发射、接收装置 进行定位，因为大部分现有的商用无线信号收发设备已经集成有现成的能够根据接收得到 的数据包测量接收信号强度值的底层通信模块，使得该类定位方案具有低成本、低复杂度 等优点。
[0006] 在基于RSSI的室内定位方案中，主要的是基于指纹数据库（Fingerprint)的定位 算法。通常，基于RSSI指纹数据库的定位方案包含了两个阶段，离线（Off-line)训练阶 段和在线（On-line)定位阶段。在离线训练阶段中，该类算法往往需要进行实地的信号勘 测工作，采集定位区域选取的若干个参考点位置上的RSSI强度值作为指纹特征，并且，为 了获得较高的定位精度，通常需要大量增加勘测点，使得其工程量和计算复杂度大幅度增 加。其次，由于现实定位环境具有动态性，且RSSI的指纹数据库对环境变化具有较强的敏 感性，任何的环境改变都将影响指纹数据库的准确性。为了获得较好的定位性能，任何环境 的变化都将导致RSSI指纹数据库的重新训练，使得操作、计算复杂度进一步提高。
【发明内容】
[0007] 针对现有基于无线信号强度的室内定位方案，所存在的定位精度差以及计算复杂 度高等问题，本专利的目的在于提供一种基于2点RSSI的动态加权进化定位方案，以提高 室内定位的精度，并降低计算复杂度。
[0008] 为了达到上述目的，本专利采用如下的技术方案：
[0009] 方案1 :提供一种基于2点RSSI的动态加权进化定位系统，该定位系统获取两个 无线信号发射节点的位置值，并基于运行动态加权进化定位方法进行实时位置估计。
[0010] 进一步的，待定位节点与无线信号发射节点之间无信息交互过程。
[0011] 再进一步的，所述定位系统包括：
[0012] 信号发射模块，所述信号发射模块由无线信号发射节点发射无线信号；
[0013] 信号接收模块，所述信号接收模块由待定位节点接收并测量接收信号强度值；
[0014] 路径损耗因子估计模块，所述路径损耗因子估计模块根据信号接收模块获取的信 号强度值进行实时估计无线信号传播环境的路径损耗因子；
[0015] 定位模块，所述定位模块运行动态加权进化定位算法并获得实时位置估计。
[0016] 再进一步的，所述定位系统还包括节点部署模块，该模块用于在目标区域部署η 个位置已知的无线信号发射节点，布置具有接收并测量接收信号强度值功能的待定位节 点。
[0017] 再进一步的，所述待定位节点在地面上的投影与无线信号发射节点在地面上的投 影处于同一条直线；若待定位节点与无线信号发射节点处于不同高度时，具体可利用基本 三角定理进行高度补偿。
[0018] 方案2 :提供一种基于2点RSSI的动态加权进化定位方法，该定位方法利用2个 无线信号发射节点发射的信号强度值，进行动态加权进化定位。
[0019] 进一步的，所述定位方法中待定位节点与无线信号发射节点之间无信息交互过 程。
[0020] 进一步的，所述定位方法主要包括如下实现步骤：
[0021] (1)待定位节点获取两个无线信号发射节点的位置值，并不断测量从无线信号发 射节点发射的无线信号强度值；
[0022] (2)利用接收信号强度值和已知的两个无线信号发射节点的位置值，对距离-损 耗模型中的路径损耗因子进行实时估计；
[0023] (3)产生若干特定分布的待定位位置；
[0024] (4)利用实时采集得到的接收信号强度值分别对每一个待定位位置的可能性进行 判断，得到对应的权值；
[0025] (5)通过重采样算法对权值较小的待定位位置进行剔除操作；
[0026] (6)重复进行步骤4、步骤5,直至满足一定的迭代终止条件；
[0027] (7)得到待定位节点的位置估计。
[0028] 再进一步的，所述定位方法中还包括节点布置步骤，在目标区域进行无线信号发 射节点布置。
[0029] 再进一步的，所述节点布置过程如下：
[0030] 在一维目标区域布置η个位置已知的无线信号发射节点，待定位目标节点在地面 上的投影与无线信号发射节点在地面上的投影处于同一条直线；若待定位节点与无线信号 发射节点处于不同高度时，具体可利用基本三角定理进行高度补偿。
[0031] 本专利提供的定位方案为基于RSSI的一维动态加权进化定位方案，本定位方案 无需待定位节点和参考节点之间的信息交互过程，相对于传统的基于RSSI的定位技术，可 实现快速、高效、高精度的定位。
[0032] 同时，该定位方案能够较好地克服接收信号强度值的波动性问题，具有较强的环 境鲁棒性，兼顾计算复杂度的同时有效地提高了定位精度。
【附图说明】
[0033] 以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本专利。
[0034] 图1为本专利实例方案中定位系统的系统框图；
[0035] 图2为本专利实例方案中进行定位的流程图；
[0036] 图3为本专利实例方案进行仿真的结果图；
[0037] 图4为本专利实例方案的应用示意图。
【具体实施方式】
[0038] 为了使本专利实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本专利。
[0039] 本实例提供的定位系统用于实现室内的快速、精确定位，在一次定位过程中，待定 位节点只利用2个无线信号发射节点发射的信号强度值（该2个无线信号发射节点可以为 与待定位节点相距最近的2个无线信号发射节点），并基于运行动态加权进化定位方法进 行实时位置估计。
[0040] 同时，在定位过程中，相应的待定位节点与无线信号发射节点（即参考节点）之间 无信息交互过程。
[0041] 参见图1，其所示为本实例中提供的定位系统的系统框图。由图可知，该定位系统 100主要包括信号发射模块101、信号接收模块102、路径损耗因子估计模块103、定位模块 104以及节点部署模块105。
[0042] 其中，节点部署模块105,其主要用于在目标区域部署η个位置已知的无线信号发 射节点（即参考节点），同时布置具有接收并测量接收信号强度值功能的待定位节点。在本 系统具体应用时，该待定位节点可以为待定位目标（如手机、车辆等等），通过对待定位目 标进行配置，使其具有接收并测量接收信号强度值功能，继而形成待定位节点。
[0043] 信号发射模块101，用于由部署的无线信号发射节点发射无线信号。该信号发射 模块101可采用现有可进行无线信号发射方案来实现，其可直接运行在无线信号发射节点 中，或采用其它可行的方案，由无线信号发射节点发射无线信号。
[0044] 信号接收模块102,用于由待定位节点接收并测量接收信号强度值。该信号接收模 块102可采用现有可进行无线信号接收并测量接收信号强度值的方案来实现，其可直接运 行在待定位节点中（即待定位目标），或采用其它可行的方案，由待定位节点接收并测量接 收信号强度值。
[0045] 该信号接收模块102具体运行时，不断接收并测量从无线信号发射节点发射的无 线信号，并获得接收信号强度值最好的两个无线信号发射节点的坐标值。
[0046] 路径损耗因子估计模块103,其基于信号接收模块102接收并测量接收信号强度 值，实时估计无线信号传播环境的路径损耗因子。
[0047] 该模块103具体基于由信号接收模块102测量的接收信号强度值和确定的已知的 两个无线信号发射节点的坐标值，对距离-损耗模型中的路径损耗因子进行实时估计。
[0048] 定位模块104,该模炔基于信号接收模块102接收并测量的接收信号强度值以及 路径损耗因子估计模块103确定的路径损耗因子，运行动态加权进化定位算法并获得实时 位置估计。
[0049] 由此构成的定位系统，具体为基于RSSI的一维动态加权进化定位方案，有效解决 利用无线信号强度进行室内定位时，由于动态环境的干扰和信号传播时发生反射、散射、折 射而存在着多径效应、阴影效应等现象；避免同一位置所探测得到的RSSI强度值存在着波 动性问题，同时降低计算复杂度。
[0050] 另，本实例进行室内定位的实现过程如下（参见图2):
[0051] 步骤1 :在一维目标区域布置η个位置已知的无线信号发射节点（Access Points， APs)，待定位目标节点在地面上的投影与APs在地面上的投影处于同一条直线，且待定位 目标节点与无线发射节点处于同一高度，当待定位目标节点与无线信号发射节点处于不同 高度时，利用基本三角定理进行高度补偿。
[0052] 步骤2 :无线信号发射节点与待