本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于信號(hào)強(qiáng)度的三邊測(cè)量定位方法。

背景技術(shù)：

目前，在室內(nèi)環(huán)境下常用的測(cè)量?jī)蓚€(gè)無線設(shè)備間距離的技術(shù)大致有以下四種：基于電波傳播時(shí)間（TOA）的定位技術(shù)， 基于電波傳播時(shí)間差（TDOA）的定位技術(shù)，基于電波入射角（AOA）和基于信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）的定位技術(shù)?；赥OA和TDOA的定位技術(shù)，由于需要高精度的時(shí)間同步才能計(jì)算光速下的距離，因此，成本較高。而基于AOA的定位技術(shù)需要通過接收機(jī)天線陣列測(cè)出移動(dòng)終端發(fā)送電波的入射角，設(shè)備復(fù)雜價(jià)格昂貴。

基于RSSI的定位技術(shù)利用無線信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度隨著傳播距離的增加而衰減的特性，根據(jù)移動(dòng)終端測(cè)量接收到的信號(hào)強(qiáng)度和已知的信號(hào)衰落模型，可以估算出收發(fā)方之間的距離，根據(jù)多個(gè)估算的距離值，可以計(jì)算出移動(dòng)終端的位置。這一種方法相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)添加額外的硬件設(shè)備，因此基于RSSI的定位方法非常有市場(chǎng)潛力。現(xiàn)有技術(shù)中，基于RSSI的定位方法需要明確信號(hào)強(qiáng)度隨距離衰減的關(guān)系，研究表明RSSI和距離d的衰減關(guān)系可以用對(duì)數(shù)關(guān)系標(biāo)識(shí)：???????? = α（? 10?? ??g ?? + ??），其中，n為信號(hào)傳播的衰減常數(shù)，A為單位距離對(duì)應(yīng)的RSSI值。然而，研究表明在不同的媒介中衰減常數(shù)n是不同的，需要在具體應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行標(biāo)定常數(shù)n和A。但是基于RSSI的定位方法存在一個(gè)問題，就是標(biāo)定的時(shí)侯選擇的某個(gè)設(shè)備，但真正使用的環(huán)境下，需定位的設(shè)備可能是不同廠商的設(shè)備，即使是同一廠商的同一個(gè)設(shè)備類型，其接受無線信號(hào)的靈敏度也通常是不同的。這樣，在實(shí)際使用中由于設(shè)備的不同基于RSSI的三邊測(cè)量法的定位精度無從保證。

因此，需要一種新型的基于信號(hào)強(qiáng)度的三邊測(cè)量定位方法以解決定位過程中的上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為提供一種定位方法，消除不同設(shè)備的接收無線信號(hào)的靈敏度的差異性對(duì)定位計(jì)算的影響。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于信號(hào)強(qiáng)度的三邊測(cè)量定位方法。該方法包括步驟：（001）將待定位的移動(dòng)終端的接收無線信號(hào)的靈敏度k，與標(biāo)定設(shè)備的接收無線信號(hào)的靈敏度k_{校準(zhǔn)}的比值，定義為待定位的移動(dòng)終端的接收無線信號(hào)的靈敏度系數(shù)α=k/k_{校準(zhǔn)}；（002）采用靈敏度系數(shù)α對(duì)無線傳輸損耗模型的計(jì)算公式進(jìn)行變換，得到公式（1）：???????? = α（? 10?? ??g ?? + ??）；（003）采集待定位的移動(dòng)終端周圍的接入點(diǎn)中的三個(gè)具有最強(qiáng)RSSI值的點(diǎn)的RSSI；將RSSI代入公式（1）分別計(jì)算待定位的移動(dòng)終端與三個(gè)接入點(diǎn)之間的距離d；（004）采用三點(diǎn)定位算法獲取待定位的移動(dòng)終端的位置坐標(biāo)（X，Y）。

優(yōu)選地，在步驟（003）之前還包括擬合步驟（a）：固定一個(gè)接入點(diǎn)，移動(dòng)測(cè)試點(diǎn)的位置，記錄多個(gè)測(cè)試點(diǎn)和接入點(diǎn)的距離d及對(duì)應(yīng)RSSI的值，根據(jù)公式???????? = ? 10?? ??g ?? + ??，采用最小二乘法擬合n和A。

優(yōu)選地，在擬合步驟（a）之后，步驟（003）之前還包括初始設(shè)置步驟（b）：設(shè)置初始靈敏度系數(shù)α₀和設(shè)置定位允許誤差E₀。

優(yōu)選地，初始靈敏度系數(shù)α₀=1，允許誤差E₀=1m。

優(yōu)選地，步驟（004）具體為，以三個(gè)接入點(diǎn)為圓心，以距離為半徑做圓，計(jì)算三個(gè)圓的交點(diǎn)坐標(biāo)，獲得交點(diǎn)坐標(biāo)的最小距離解，計(jì)算最小距離解對(duì)應(yīng)的最小距離Dmin和位置坐標(biāo)（X，Y）。

優(yōu)選地，以三個(gè)接入點(diǎn)為圓心，以距離為半徑做圓，計(jì)算三個(gè)圓的交點(diǎn)坐標(biāo)， 具體為：根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)A1，A2，A3的坐標(biāo)（X_A1，Y_A1），（X_A2，Y_A2），（X_A3，Y_A3），以及由所述公式（1）計(jì)算得到的各距離dd₁、dd₂、dd₃計(jì)算各交點(diǎn)坐標(biāo)C₁，C₂，D₁，D₂，E₁，E₂；其中，

(x - X_A1)²+(y - Y_A1)²=dd₁²；

(x - X_A2)²+(y - Y_A2)²=dd₂²；

計(jì)算得到上述方程組的2個(gè)解為 C1和C2的坐標(biāo)：（X_C1，Y_C1），（X_C2，Y_C2）；

(x -X_A2)²+(y -Y_A2)²=dd₂²；

(x -X_A3)²+(y -Y_A3)²=dd₃²；

計(jì)算得到上述方程組的2個(gè)解為 D1和D2的坐標(biāo):（X_D1，Y_D1）,（X_D2，Y_D2）；

(x -X_A1)²+(y -Y_A1)²=dd₁²；

(x -X_A3)²+(y -Y_A3)²=dd₃²；

計(jì)算得到上述方程組的2個(gè)解為 E1和E2的坐標(biāo):（X_E1，Y_E1）,（X_E2，Y_E2）。

優(yōu)選地，計(jì)算最小距離解對(duì)應(yīng)的最小距離Dmin和位置坐標(biāo)（X，Y），具體為：當(dāng)（C2，D1，E2）為最小距離解時(shí)，最小距離Dmin=（C2D1+D1E2+C2E2）/3；位置坐標(biāo)（X，Y）為：X=（Xc+X_D+X_E）/3；Y=（Yc+Y_D+Y_E）/3。

優(yōu)選地，在步驟（004）之后還包括判斷步驟（005），判斷Dmin是否小于所述允許誤差 E₀，

如是，則確定坐標(biāo)（X，Y）的位置，即為待定位的移動(dòng)終端的位置；

如否，則以變動(dòng)系數(shù)dα迭代靈敏度系數(shù)α=α+dα，并返回步驟（003）重新帶入公式（1）計(jì)算直到使所獲得的最小距離Dmin小于允許誤差 E₀為止。

優(yōu)選地，變動(dòng)系數(shù)為dα= Dmin/（dd₁+dd₂+dd₃）。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：消除了不同設(shè)備接收無線信號(hào)的 靈敏度的差異對(duì)定位計(jì)算的影響，進(jìn)而可以對(duì)不同的設(shè)備，例如，不同手機(jī)用戶進(jìn)行精確定位。

附圖說明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：

圖1為本發(fā)明的標(biāo)定設(shè)備的基于RSSI三邊計(jì)算的示意圖；

圖2為本發(fā)明的待定位的移動(dòng)終端的接收無線信號(hào)的靈敏度系數(shù)小于1時(shí)基于RSSI三邊計(jì)算的示意圖；

圖3為本發(fā)明的基于信號(hào)強(qiáng)度的三邊測(cè)量定位方法的定位計(jì)算流程圖；

圖4為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式的基于信號(hào)強(qiáng)度的三邊測(cè)量定位方法的定位計(jì)算流程圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供了一種基于信號(hào)強(qiáng)度的三邊測(cè)量定位方法，包括步驟：（S1）將待定位的移動(dòng)終端的接收無線信號(hào)的靈敏度k，與標(biāo)定設(shè)備的接收無線信號(hào)的靈敏度k_{校準(zhǔn)}的比值，定義為待定位的移動(dòng)終端的接收無線信號(hào)的靈敏度系數(shù)α=k/k_{校準(zhǔn)}；（S2）采用所述靈敏度系數(shù)α對(duì)無線傳輸損耗模型的計(jì)算公式進(jìn)行變換，得到公式（1）：???????? = α（? 10?? ??g ?? + ??）；（S3）采集所述待定位的移動(dòng)終端周圍的接入點(diǎn)中的三個(gè)具有最強(qiáng)RSSI值的點(diǎn)的RSSI；將所述RSSI代入所述公式（1）分別計(jì)算待定位的移動(dòng)終端與所述三個(gè)接入點(diǎn)之間的距離d；（S4）采用三點(diǎn)定位算法獲取所述待定位的移動(dòng)終端的位置坐標(biāo)（X，Y）。在這種情況下，由于n和A為給定校準(zhǔn)設(shè)備在該環(huán)境下標(biāo)定得到的常數(shù)，α是一個(gè)未知的常數(shù)，因此，當(dāng)α>1時(shí)，意味著該設(shè)備比校準(zhǔn)設(shè)備的接收無線信號(hào)的靈敏度高，測(cè)得的RSSI值比校準(zhǔn)設(shè)備的值要大。當(dāng)α<1時(shí)，意味著該設(shè)備比校準(zhǔn)設(shè)備的接收無線信號(hào)的靈敏度低，測(cè)得的RSSI值比校準(zhǔn)設(shè)備的值要小。

當(dāng)移動(dòng)設(shè)備的接收靈敏度相對(duì)于校準(zhǔn)設(shè)備靈敏度有偏差，但較小時(shí)，對(duì)應(yīng)α<1，此時(shí)測(cè)得的RSSI值會(huì)變小。假設(shè)最小誤差為E，如下采用一個(gè)遞歸算法，直到找到誤差最小的α值來計(jì)算對(duì)應(yīng)的接收設(shè)備的位置。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于信號(hào)強(qiáng)度的三邊測(cè)量定位方法，包括如下步驟（101）至（108）：

（101）定義靈敏度系數(shù) α為，待定位的移動(dòng)終端的實(shí)際靈敏度k與標(biāo)定設(shè)備的靈敏度k_{校準(zhǔn)}的比值，α=k/k_{校準(zhǔn)}，將無線傳輸損耗模型的計(jì)算公式變換為公式（1）：

???????? = α（? 10?? ??g ?? + ??） ；

（102）擬合所述公式（1）中的參數(shù)n和A的值；

（103）設(shè)置初始靈敏度系數(shù)α₀和定位允許誤差E₀；

（104）采集所述待定位的移動(dòng)終端附近的接入點(diǎn)中的三個(gè)具有最強(qiáng)RSSI值的點(diǎn)（A1、A2、A3）的信號(hào)強(qiáng)度（RSSI₁、RSSI₂、RSSI₃）；

根據(jù)所述公式（1）分別計(jì)算待定位的移動(dòng)終端與所述三個(gè)接入點(diǎn)之間的距離dd₁、dd₂、dd₃；

（106）采用三點(diǎn)定位算法獲取所述待定位的移動(dòng)終端的最小距離Dmin和對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)（X，Y）；

（107）判斷Dmin是否小于所述允許誤差 E₀，

如是，則確定坐標(biāo)（X，Y）的位置，即為所述待定位的移動(dòng)終端的位置；

如否，則以變動(dòng)系數(shù)dα迭代靈敏度系數(shù)α，并返回步驟（105）重新帶入公式（1）計(jì)算直到使所獲得的最小距離Dmin小于允許誤差 E₀為止；

（108）循環(huán)步驟（104）至（107）直到定位結(jié)束。

進(jìn)一步地，下面以α<1為例對(duì)本發(fā)明的定位方法進(jìn)行說明。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖2和圖4所示，定位流程包括如下步驟：

步驟1：選取標(biāo)定設(shè)備，變更手機(jī)的不同位置，記錄各測(cè)試點(diǎn)與接入點(diǎn)的距離及其對(duì)應(yīng)RSSI的值。實(shí)驗(yàn)中采用TIBLECC2540模塊進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量。

步驟2：對(duì)測(cè)量結(jié)果用最小二乘法擬合公式（1），得到參數(shù)n和A的值。對(duì)于，CC2540設(shè)備，擬合結(jié)果選取n=1.93，A=-42.1。

步驟3：開始定位計(jì)算，對(duì)于需定位設(shè)備，設(shè)置初始靈敏度系數(shù)α=1。設(shè)置系統(tǒng)定位精度允許誤差E =1m。

步驟4：?jiǎn)?dòng)定位計(jì)算循環(huán)，對(duì)每個(gè)定位點(diǎn)進(jìn)行遞歸計(jì)算得到位置信息。分步如下：

（4-1），假設(shè)定位設(shè)備為客戶自帶手機(jī)，采集客戶手機(jī)設(shè)備收到的最強(qiáng)的3個(gè)信號(hào)源的強(qiáng)度RSSI值；

（4-2），計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的距離d，如果靈敏度較低測(cè)得的RSSI值較標(biāo)定值小，如圖2所示，計(jì)算得到的3個(gè)dd值（dd1，dd2，dd3）比標(biāo)定的d值（d1，d2，d3）小。其中RSSI₁為測(cè)得的A1節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度值，其中RSSI₂為測(cè)得的A2節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度值，其中RSSI₃為測(cè)得的A3節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度值。

（4-3），進(jìn)行幾何計(jì)算：假定個(gè)已知節(jié)點(diǎn)A1，A2，A3的坐標(biāo)分別為（X_A1，Y_A1），（X_A2，Y_A2），（X_A3，Y_A3），由各距離dd₁，dd₂，dd₃可以計(jì)算虛線園的各交點(diǎn)坐標(biāo)C1，C2，D1，D2，E1，E2。其中：

(x - X_A1)²+(y - Y_A1)²=dd₁²；

(x - X_A2)²+(y - Y_A2)²=dd₂²；

計(jì)算得到上述方程組的2個(gè)解為 C1和C2的坐標(biāo)：（X_C1，Y_C1），（X_C2，Y_C2）；

(x -X_A2)²+(y -Y_A2)²=dd₂²；

(x -X_A3)²+(y -Y_A3)²=dd₃²；

計(jì)算得到上述方程組的2個(gè)解為 D1和D2的坐標(biāo):（X_D1，Y_D1）,（X_D2，Y_D2）；

(x -X_A1)²+(y -Y_A1)²=dd₁²；

(x -X_A3)²+(y -Y_A3)²=dd₃²；

計(jì)算得到上述方程組的2個(gè)解為 E1和E2的坐標(biāo):（X_E1，Y_E1）,（X_E2，Y_E2）。

（4-4），選取最小距離解。根據(jù)上述計(jì)算得到的交點(diǎn)坐標(biāo)C1，C2，D1，D2，E1，E2，選取一組C點(diǎn)，一個(gè)D點(diǎn)和一個(gè)E點(diǎn)使得他們之間的距離為最小值。具體邏輯如下：

比較C1點(diǎn)到D1和到D2點(diǎn)的距離，如果C1D1<C1D2，選擇D1, 如果C1D1>C1D2，選擇D2 ；

比較D1點(diǎn)到C1和到C2點(diǎn)的距離，如果C1D1<C2D1，選擇C1，如果C1D1>C2D1，選擇C2；

比較D1點(diǎn)到E1和到E2點(diǎn)的距離，如果 D1E1<D1E2，選擇E1，如果 D1E1>D1E2，選擇E2；

（4-5），通過計(jì)算，C2，D1，E2作為（C，D，E）點(diǎn)最小距離解。

（4-6），計(jì)算最小距離計(jì)算Dmin=（C2D1+D1E2+C2E2）/3 ，判斷Dmin是否小于系統(tǒng)精度誤差值E。如果否，計(jì)算α變動(dòng)系數(shù)dα，進(jìn)行遞歸計(jì)算直到Dmin< E為止。其中，dα= Dmin/（dd₁+dd₂+dd₃）；新的α=α+dα。

步驟5：遞歸計(jì)算完成，輸出定位坐標(biāo)（X，Y），其中，X=（Xc+X_D+X_E）/3；Y=（Yc+Y_D+Y_E）/3。

步驟6：如果用戶終止定位計(jì)算，程序結(jié)束，否則，系統(tǒng)接收定位設(shè)備的新的RSSI值，重新定位計(jì)算。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。