因素对定位精度产生的影响随着信号传输距 离的延长而逐渐增大。由此可见，为了减小定位误差，一方面如上一节所述，用均值平滑法 对RSSI值进行平滑，W减小RSSI值的波动；另一方面，需要将环境因素考虑到距离计算公 式中，本发明提出一种环境因素补偿算法，进一步减小环境因素的干扰。
[0074] 本发明在传统的距离计算公式基础上提出一种环境因素补偿算法。传统的距离计 算公式如式7所示，
[00巧]d = 1〇- ((ABS巧SSI) -A) / (10袖）） (7)
[0076]RSSI为未知点处接收到的WiFi信号强度值，通过公式7可W得到未知点到WiFi 基站的距离。其中A为Im时接收到的信号能量平均的绝对值，n为信号能量衰减系数，不 同情况下的n取值如表1所示。
[0077] 公式7是理想的距离公式，定位精度不高。本发明提出一种环境因素补偿算法，如 公式8所示。该算法将环境因素造成的距离偏差通过算法上的补偿，使计算得到的结果与 实际距离更接近。
[0078] d = 10。（(ABS巧SSI) +EF-A) / (10袖））做
[0079] 根据多次实验可得A= 47地m;在室内，n取3 ;RSSI为均值平滑后的取值； EF巧nvironmentFactor)为环境因素补偿因子，与RSSI值近似成某种特定的函数关系，即 EF=f脱SI)。将公式8变形为公式9,即可得到EF的计算公式。
[0080] EF = 10*n*Logi〇d+A-ABS(RSSI) (9)
[0081]其中，n、A已知；d的取值范围为距离基站1~20米，取值间隔为1米；RSSI为上 一节中平滑后与距离d相对应的RSSI值。通过公式9可W得到20组巧SSI，E巧的离散数 据，再通过matl油进行数据拟合，即可得到EF和RSSI的函数关系EF=f巧SSI)。
[008引 妨根据定位点到；个基站的距离di，d2和d3,利用基于Euclidean的质屯、算法完 成定位。
[0083]Euclidean定位算法如图4所示，未知节点B、C与节点M相邻，并且B、C、MS点组 成的S角形的S边长度已知。节点A与B、C相邻，且A到B、C的长度已知。有上述可知，四 边形ABMC中，边长AB、AC、MB、MC和对角线BC的长度已知，由S角形几何关系可W得到未 知节点A的两个可能位置A和A1，此时根据ZACM的大小，即可确定出未知节点A的唯一位 置。
[0084] 传统的=角形质屯、算法原理简单，实现起来看似容易，但是该算法很多时候只能 满足理论研究，不能适应实际情况的多变性。通常因为室内环境因素的干扰（例如信号的 多径、反射、墙壁及口的吸收等）导致计算出来到=个基站的距离与理论值有误差，因此= 个圆的交集可能出现W下=种情况；=个圆交集可W构成=角形、=个圆交集无法构成= 角形、=个圆无交集。对于第一种情况，可W使用传统的=角形质屯、定位算法进行定位；对 于后两种情况，传统的质屯、算法已不再适用，由此可见，传统的质屯、算法的健壮性有待提 高。本发明在研究了化clidean定位算法后，设计出了一种基于化clidean算法的新质屯、算 法，该算法可W在=个圆交集无法构成=角形和=个圆无交集该两种特殊情况下，同样利 用=角形质屯、原理进行定位，从而很大程度地提高了传统=角形质屯、定位算法的健壮性。
[0085] 本发明中设计的新质屯、算法原理如图5所示。A、B、C是用于定位的S个基站，未知 节点M(即需要定位的点）收到基站A、B的无线信号时，根据接收到的RSSI值可W得到与 A、B之间的距离和d"，再由和d"可W得到未知节点M的两个可能位置Ml和M2 ;然 后选取第S个基站C，根据M接收到C基站的RSSI值，即可得到与C之间的距离屯。，通过比 较IdMc-cU和|d"e-cU的大小，把差值的绝对值较小的点作为未知节点的近似位置，即可 得到未知节点M的近似位置，其中，cUe为未知节点M的可能位置Ml到基站C的距离，d为 未知节点M的可能位置M2到基站C的距离。由于环境因素的复杂性，使得接收到的RSSI值 跟理论值存在一定的误差，因此仅仅使用上述方法来确定未知节点的位置不够精确，此时 改变A、B、CS个基站的先后选择顺序，利用上述方法可W得到未知节点的S个近似位置， 最后把该=个近似位置组成的=角形质屯、作为未知节点的估计位置，该种做法可W将定位 误差降到最低。
[0086]不难发现，本发明首先进行了 =角形质屯、定位算法健壮性的改进，使其适用于各 种室内环境中；其次，本发明完成了 =角形质屯、定位算法精度的改进，提出了一种环境因素 补偿算法，从而大大地提高了 =角形质屯、定位算法的定位精度，W上两点改进使得=角形 质屯、定位算法的应用更加全面与广泛。
【主权项】
1. 一种高健壮性和精度的三角形质心定位方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 搜索用于定位的三个WiFi基站，得到三个基站的RSSI值； (2) 利用均值平滑法，平滑采集到的RSSI值； (3) 将平滑后的RSSI值带入拟合得到的多项式，得到环境因素补偿因子EF ; (4) 将环境因素补偿因子EF代入距离计算公式：d = 10~((ABS(RSSI)+EF-A)/ (l〇*n))，其中，A为Im时接收到的信号能量平均的绝对值，η为信号能量衰减系数；RSSI为 均值平滑后的取值，得到定位点到三个基站的距离屯，(12和d 3; (5) 根据定位点到三个基站的距离屯，(12和d3，利用基于Euclidean的质心算法完成定 位。2. 根据权利要求1所述的高健壮性和精度的三角形质心定位方法，其特征在于，所述 步骤（2)具体包括：首先将数据分成两部分：，Si多Sav;其 中，示小于所有数据均值Sav的那部分数据的均值，S 2表示大于所有数据均值Sav的那 部分数据的均值；其次，通过来衡量SJP S 2在接收到的信 号强度中所占的比重，其中，Xd为预先设定一个标准差阈值；Sd为对同一距离下采集到的多 个数据计算的标准差；在SD>XD时，S i占较大比重，即信号较强部分的数据在定位结果中占 较大比重，在SD〈XJ^lJ S i占较小比重；最后，利用RSSI = (l-a)*S 一巧计算出距离基站 某一距离处的RSSI标准值。3. 根据权利要求1所述的高健壮性和精度的三角形质心定位方法，其特征在于，所述 步骤⑶中拟合得到的多项式为：EF = -0· 0013*RSSr2-0. 1685*RSSI-8. 4759。4. 根据权利要求1所述的高健壮性和精度的三角形质心定位方法，其特征在于，所述 步骤（5)中根据定位点到三个基站的距离中的任意两个距离得到定位点的可能位置，然后 根据定位点到第三个基站的距离，通过比较定位点到第三个基站的距离与两个定位点的可 能位置到第三个基站的距离的差值的大小，把差值的绝对值较小的点作为定位点的近似位 置，从而得到定位点的近似位置。5. 根据权利要求4所述的高健壮性和精度的三角形质心定位方法，其特征在于，所述 步骤（5)中还包括改变三个基站的先后选择顺序，得到定位点的三个近似位置，最后把这 三个近似位置组成的三角形质心作为定位点的估计位置。
【专利摘要】本发明涉及一种高健壮性和精度的三角形质心定位方法，包括以下步骤：搜索用于定位的三个WiFi基站，得到三个基站的RSSI值；利用均值平滑法，平滑采集到的RSSI值；将平滑后的RSSI值带入拟合得到的多项式，得到环境因素补偿因子EF；将环境因素补偿因子EF代入距离计算公式：d＝10^((ABS(RSSI)+EF-A)/(10*n))，其中，A为1m时接收到的信号能量平均的绝对值，n为信号能量衰减系数；RSSI为均值平滑后的取值，得到定位点到三个基站的距离d1，d2和d3；根据定位点到三个基站的距离d1，d2和d3，利用基于Euclidean的质心算法完成定位。本发明能够提高健壮性和精度。
【IPC分类】H04W64/00
【公开号】CN104902564
【申请号】CN201510287601
【发明人】张慧, 官洪运, 章文康, 于融正, 徐广洋, 黄凯锋
【申请人】东华大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月29日