張晶晶+張炳文+張維

【摘要】 想要解決室內(nèi)環(huán)境下的定位的一些相關(guān)定位精度的問題，室內(nèi)環(huán)境下存在WiFi信號，因此利用WiFi的信號強度可以進行定位。近些年來，我國對于在室內(nèi)場景下的定位中，廣泛應(yīng)用位置指紋法并采用。本文通過對WiFi位置指紋法中如何進行采集數(shù)據(jù)的仿真，以及提出一些實際應(yīng)用的指導(dǎo)。本文涉及的是在室內(nèi)環(huán)境下的定位，提出一種用于生成RSS的數(shù)據(jù)，模擬現(xiàn)實生活中一些實際條件環(huán)境的影響，進行仿真RSS數(shù)據(jù)，用于進行數(shù)據(jù)的處理和分析。

【關(guān)鍵字】 WIFI室內(nèi)定位 位置指紋 仿真RSS數(shù)據(jù)

一、引言

在我們的生活中信號存在衰減和噪聲干擾，一些室外定位設(shè)施，比如GPS等并不可以在室內(nèi)使用。在一些大型的商場中，在陌生的環(huán)境人們希望得到此時的具體位置，基于這個原因需要確切的地圖信息，同時要求比較高的定位信息?？萍嫉陌l(fā)展，人們通過智能手機中的一些傳感器以及路由器的具體位置與其對應(yīng)的mac地址的數(shù)據(jù)庫，一些具體信息來查找相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通常，構(gòu)成位置指紋的數(shù)據(jù)需要一些AP的接入點，這個接入點可以通過安卓系統(tǒng)中編程的軟件可以獲取，比如MAC地址等。要想有很好的定位效果，必須將在現(xiàn)定位中采集的數(shù)據(jù)與指紋庫中的數(shù)據(jù)進行很好的匹配才可以，這就要求建立完美的位置指紋庫。

二、室內(nèi)定位算法研究

2.1對數(shù)距離損耗模型

信號源從發(fā)射點的方向向四面八方呈現(xiàn)球面形狀投射出去，這是在沒有任何障礙物的自由空間中才能實現(xiàn)的狀態(tài)，在現(xiàn)實生活中是不存在這樣的情況。生活中產(chǎn)生各種信號的干擾，因此信號在傳播過程中容易受到多種干擾、障礙物、甚至人員的走動等多種因素的影響，從而導(dǎo)致了信號強度隨著增加傳播距離而快速衰減。假設(shè)已知一個參考距離d0以及這個距離上的RSS為RSS（d0），自由空間中n=2，公式2.1最常見的對數(shù)距離損耗模型。我們從待測節(jié)點接收來自固定位置發(fā)出的信號強度，利用公式的傳播模型[1]，這樣就可以將傳播損耗換算成距離信息，進而通過距離信息計算待測目標(biāo)的位置坐標(biāo)。

n是指環(huán)境因子，它表示路徑長度和路徑耗損間的比例指數(shù)，其取值范圍通常取 2～4； PL（ d）是距離發(fā)射信號d處接收信號的強度， PL（d0）表示距離為d0時接收信號強度；ζ為信號衰減因子。

實際測量的RSSI強度數(shù)據(jù)值和根據(jù)對數(shù)距離損耗公式模型的擬合出來的結(jié)果，并且符合對數(shù)衰減模型，擬合結(jié)果是一條遞減的對數(shù)曲線，實際測量值應(yīng)該是在擬合的基礎(chǔ)上上下波動，從中可以直觀的看出來，兩種情況的總體趨勢，黑線表現(xiàn)出很大的波動性，一方面是周圍其他信號的干擾，另一方面墻壁等物質(zhì)的反射，遮擋等存在，這就導(dǎo)致信號強度的大小受環(huán)境因素的影響很大，而我們又不能保證這些影響因素可以完全的消除，畢竟在實驗階段，成本和實際效果還尚未達到要求。因此，射線跟蹤技術(shù)來分析，這樣就可以提高指紋庫的建立。

2.2射線跟蹤技術(shù)

射線跟蹤技術(shù)是可以預(yù)測無線電波傳播特性的技術(shù)，以用來辨認出多徑信道中收發(fā)之間所有可能的射線路徑。一旦所有可能的射線被辨認出后，就可根據(jù)電波傳播理論來計算每條射線的幅度、相位、延遲和極化，然后結(jié)合天線方向圖和系統(tǒng)帶寬就可得到接收點的所有射線的相干合成結(jié)果。而AP信號發(fā)出的是電磁波，它的傳播方式是沿著直線距離傳播，因此可以將其它擬合為射線跟蹤來分析。在室內(nèi)空間，絕大多數(shù)物體尺寸比波長要大得多，使得邊界條件變得復(fù)雜，采用麥克斯韋方程組進行精確求解己不再實用[2]，即使采用當(dāng)今速度最快的計算機數(shù)值求解，其計算時間也會很長。

2.3生成用于位置指紋法的仿真數(shù)據(jù)

RSS仿真模擬實際環(huán)境數(shù)據(jù)集：在編寫的程序中需要設(shè)置各種參數(shù)，比如房間的長寬高、各個AP的位置等，使用上述的射線跟蹤技術(shù)，通過計算每個AP位置的信號強度，將數(shù)據(jù)記錄下來并保存，將位置點的間隔大小設(shè)置的小一點，計算一次射線跟蹤后把數(shù)據(jù)保存起來，之后的數(shù)據(jù)都從這個“RSS仿真環(huán)境數(shù)據(jù)集”中或取。

三、結(jié)束語

本文提出一種比較新穎的方法，通過仿真RSS的數(shù)據(jù)來構(gòu)建一個位置指紋數(shù)據(jù)庫，大多數(shù)的情況下都采用根據(jù)實際測量的數(shù)據(jù)進行定位算法的性能分析和驗證，但是實際測量的工作量太大、數(shù)據(jù)不全面、靈活性較小，采用仿真的方法獲取RSS數(shù)據(jù)是另一種可供選擇的方式。本文介紹射線跟蹤技術(shù)的基本原理，以及通過MATLAB編程得到用于定位仿真的RSS數(shù)據(jù)，生成指紋數(shù)據(jù)庫，為接下來的在線定位的精確度的提高作準(zhǔn)備。

參 考 文 獻

[1]畢京學(xué)，甄杰，郭英.室內(nèi)定位無線接收信號強度測距的研究[J].導(dǎo)航定位學(xué)報.2014

[2]張忠波.基于射線跟蹤技術(shù)的室內(nèi)電波傳播預(yù)測研究[D].西安電子科技大學(xué)2012.