基于RSSI的高精度室內(nèi)三維空間定位算法.pdf

1、無線傳感器網(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)和無線通信技術(shù)的新一代網(wǎng)絡(luò)，在軍事、環(huán)境監(jiān)測、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。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測活動至關(guān)重要，例如，當WSN 監(jiān)測到發(fā)生火災(zāi)時，人們首先關(guān)注的是火災(zāi)發(fā)生的位置。目前，針對WSN 節(jié)點定位的研究多集中于二維平面情況下，但是實際應(yīng)用中，節(jié)點通常都布置在三維空間中

2、，這其中又有相當多的應(yīng)用是在室內(nèi)環(huán)境下進行，因此，有必要研究三維室內(nèi)環(huán)境下的未知節(jié)點的定位問題。
　　 本文首先分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維空間定位的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后建立一個特定的應(yīng)用場景，即在長度、寬度和高度有限的室內(nèi)三維空間內(nèi)，研究如何實現(xiàn)基于RSSI測距的高精度定位。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 1.參考節(jié)點的個數(shù)和擺放方法。參考節(jié)點的個數(shù)和擺放方法對定位精度影響很大。
　　 提出并證明了一個

3、參考節(jié)點擺放方法與節(jié)點是否能被定位之間的關(guān)系的一個定理。為了解決豎直方向上定位精度不高的問題，把一次定位分解為多次定位然后進行濾波的方法來獲得未知節(jié)點的位置，這樣既避免了某些單次無法定位的情況，同時提高了定位精度。在前人工作的基礎(chǔ)上，針對本應(yīng)用場景，設(shè)計了參考節(jié)點的擺放方法。
　　 2.參考節(jié)點的選擇算法。定位過程中，可使用多種不同的參考節(jié)點組合，但是由于測距誤差的原因，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，提出了參考節(jié)點的選擇算法，使得測距誤差對定位結(jié)果的影響最小。
　　 3.誤差處理理論在WSN 定位中的應(yīng)用。多個測距數(shù)據(jù)或定位過程中的多個計算結(jié)果中，可能存在偏離正常值較遠的誤差數(shù)據(jù)（粗大誤差），應(yīng)予以剔除。國家標準《GB/T 4883-2008數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋正態(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，用來提高定位精度。
　　 4

5、.采用二次濾波的方法進一步提高定位精度。數(shù)字濾波可以抑制有效信號中的干擾成份，消除隨機誤差，使得得到的數(shù)據(jù)盡可能向真實值靠近。針對RSSI的不穩(wěn)定性和隨機性，采用測量多個RSSI值然后進行一次濾波來提高測距精度；針對定位過程中得到的多個估計位置坐標，再進行一次濾波來提高估計位置的精度。
　　 5.研究了視距（LoS）和非視距（NLoS）環(huán)境下測距次數(shù)對定位結(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