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专利号: 2022100159811
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于RSSI测距的室内定位方法,其特征在于,包含以下具体步骤:步骤1:布设蓝牙beacon基站并标定参考节点的位置;作为发射节点,蓝牙beacon沿走廊两侧交叉间隔部署,同侧部署间隔为10m,距地面高度为1.5m,发射功率为‑12dBm,发射频率为10Hz,部署时应尽量避开强电磁干扰和障碍物,并记录蓝牙beacon的坐标;从距离发射节点1m处开始每隔0.5m‑2m布设一个参考节点,布设密度应结合室内实际情况而定,并记录参考节点的坐标;接收节点为具有蓝牙接收功能的智能设备,位置可移动,用于接收发射节点发送的RSSI值;

步骤2:在不同参考节点处分别采集一组RSSI值,利用加权混合滤波优化RSSI值;

步骤3:采用最小二乘法对步骤2优化后的RSSI值进行分段式拟合,得到分段式测距模型;首先,根据普通测距模型得出符合当前实验环境的路径损耗因子n和常数A,A指接收节点到发射节点距离为1m时接收到的RSSI值,n的大小与室内环境有关;然后,根据阈值设置策略,设置阈值再次拟合测距模型更新模型参数,即建立分段式拟合测距模型;

步骤4:采用步骤3建立的分段式拟合测距模型和三边定位法进行室内位置推算;利用分段式测距模型反算接收节点到发射节点的距离,利用最小二乘三边定位法求解未知节点坐标;室内环境较为狭窄,因定位误差而出现偏离走廊或房间的情况,设置坐标阈值,防止坐标定位到墙壁中或建筑物外,最终得到参考节点的坐标;

其中步骤2中,利用加权混合滤波优化RSSI值具体步骤如下:步骤2.1用均值滤波处理RSSI值:

均值滤波计算公式:

式中,m为采集次数;RSSIi为第i次采集的信号强度;

步骤2.2用中值滤波处理RSSI值:

中值滤波计算公式:

RSSI=Med{RSSI1,RSSI2,...,RSSIm〕式中,RSSIm为第m次采集的信号强度;

步骤2.3用高斯滤波处理RSSI值:

高斯密度概率函数为:

式中,

式中,μ是高斯分布的位置参数,描述高斯分布的集中趋势位置;σ描述高斯分布资料数据分布的离散程度;

根据高斯分布的3σ原则,区间[μ‑σ,μ+σ]上取值的概率为0.6826,剔除此区间外数据,最终确定高斯滤波计算公式:式中,k为区间[μ‑σ,μ+σ]内RSSI值的个数;

步骤2.4建立加权混合滤波优化模型,得到优化后的RSSI值;

根据单一滤波方法的Bias定权,Bias为RSSI实际测量值与根据路径损耗模型得到的理论值的差值;根据相应权重建立加权混合滤波优化模型,公式如下:式中,RSSId表示加权混合滤波后RSSI值;RSSIA表示均值滤波后RSSI值;RSSIM表示中值滤波后RSSI值;RSSIg表示高斯滤波后RSSI值;BiasA表示均值滤波后RSSI测量值与理论值的差值;BiasM表示中值滤波后RSSI测量值与理论值的差值;BiasG表示高斯滤波后RSSI测量值与理论值的差值,PA表示均值滤波的权值,PM表示中值滤波的权值,PG表示高斯滤波的权值;

其中步骤3中,采用最小二乘法对混合滤波优化后的RSSI值进行分段式拟合,得到分段式测距模型具体步骤如下:步骤3.1在考虑信号传输损耗的实际情况下,RSSI传输损耗符合对数正态模型,可以用修正的路径损耗模型来描述:式中,PL(d)为接收节点到发射节点距离为d时接收到的信号强度,单位为dBm;PL(d0)为接收节点到发射节点距离为d0时接收到的信号强度,单位为dBm;d为发射节点与参考节点之间的距离;d0为参考距离;n为路径损耗因子,其大小与室内环境有关;Xσ是遮蔽因子,是一2

个服从(0,σ)的高斯随机噪声变量,单位为dBm;

步骤3.2在实际应用中,可以忽略遮蔽因子,为便于计算,在应用中参考距离d0取值为

1m;因此,RSSI公式可以被简化为:

RSSI=A‑10n lg(d)

式中,A为接收节点到发射节点为1m时接收到的信号强度,单位为dBm;RSSI单位为dBm;

步骤3.3设置阈值,对测距模型进行分段式拟合;

步骤3.4阈值设置策略如下:

(1)在实验场S中,按参考节点到发射节点距离从近到远选择参考节点,按顺序依次记作d1,d2,...dn;

(2)依次在每个参考节点处测量RSSI,记作RSSI1,RSSI2,...,RSSIn;

(3)特别地,定义一个k值,表示单位距离内RSSI的衰减值,在每个参考节点处计算k值,计算公式如下:式中,ki表示第i个参考节点处单位距离内RSSI的衰减值;RSSIi‑1表示第i‑1个参考节点处的RSSI值;di‑1表示第i‑1个参考节点到发射节点的距离;

(4)比较ki与路径损耗因子n,当ki小于n时,令第i‑1个参考节点处的RSSI值为阈值。

2.根据权利要求1所述的一种基于RSSI测距的室内定位方法,其特征在于,所述的步骤

4中三边定位法具体步骤如下:

步骤4.1在未知节点接收到多个RSSI值,根据测距模型将RSSI值转化为距离,得到至少三个发射节点到未知节点的距离;发射节点的选择原则:按未知节点接收到发射节点的RSSI值大小排序选择前三位;

步骤4.2采用三边定位法解算未知节点坐标,三边定位公式:式中,(xi,yi)为发射节点的坐标;(x,y)为未知节点的坐标;di表示接收到的RSSI值转换成的距离,即第i个发射节点到未知节点的距离;

步骤4.3将上式方程组中前n‑1个方程减去第n个方程后,进行方程线性化:AX=b

式中,

步骤4.4最小二乘法迭代求解上式得

式中,便是未知节点的坐标计算值。