一种基于433MHz信号的室内定位方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种基于433MHz信号的室内定位方法和 系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着无线通信技术的发展，人们对信息"无处不在，随时都在"的需求也越 来越大。为了给移动用户提供随时随地的通信环境，位置服务和移动管理是至关重要的问 题。对于户外环境来说，卫星定位系统(例如，全球定位系统GPS)是一种可行、有效而又经济 的定位系统，已经获得了广泛的应用。但在人类活动最频繁的室内环境中，由于建筑物的覆 盖，卫星信号无法穿透，导致了卫星发射的信号不能用于室内定位。因此，在现在无线传感 研究领域中，提出一个高精度、方便可行且价格合理的室内定位系统，已经成为一个炙手可 热的研究方向。
[0003] 正如我们所知，Wi-Fi、蓝牙、ZigBee以及无线局域网的工作频段都在2.4GHz左右， 该频段的信号特点是抗衰减能力弱，通信距离较短，绕射能力差，且在室内受到多径效应影 响较大。相比之下，433MHz频段的射频信号可以一定程度上的弥补2.4GHz信号的一些不足， 例如信号穿透性强，传输距离远，在可视距离下通信距离可达到14-28公里等等。433MHz频 段所具有的优良特性可以为无线传感领域的定位问题开辟一条崭新的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于通过一种基于433MHz信号的室内定位方法和系统，来解决以上
【背景技术】部分提到的问题。
[0005] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种基于433MHz信号的室内定位方法，其包括如下步骤：
[0007] S1、部署定位传感网络；
[0008] S2、待定位节点向所在测量空间广播定位请求；
[0009] S3、收到定位请求的参考节点检验周围环境信号强度是否达标，选取至少三个有 效参考节点；
[0010] S4、根据参考节点发给待定位节点的RSSI值，利用信号传播模型计算出当前参考 节点到待定位节点的距离；
[0011] S5、根据参考节点的位置和距离信息，使用三边测量模型计算待定位节点所在位 置；
[0012] S6、利用节点均摊误差算法提高待定位节点的定位精度。
[0013] 特别地，所述步骤S1具体包括:在所测量空间的不同位置部署参考节点，使得空间 内任意位置被至少三个不在同一条直线上的参考节点有效覆盖，其中，参考节点由信号接 收器和信号发送器组成；设定测量空间平面在二维坐标系平面上，以一个固定位置为坐标 原点，从而确定参考节点的位置坐标;在确定参考节点的坐标后，在该参考节点发送的数据 包中添加其坐标信息。
[0014] 特别地，所述步骤S2具体包括：当待定位节点有定位需求时，它将向所在测量空间 广播定位请求；当参考节点接受到定位请求包时，参考节点在向待定位节点发送信息包之 前，需要进行周围环境监测，以确定自己是否具备发包条件:参考节点首先发送查询当前环 境的命令，检查周围环境中是否有其他参考节点在发包，若有干扰信号，则当前参考节点所 处环境受干扰较大，该参考节点不适合立即发送，等待一个指定范围内的随机时间后，再次 重复上述查询过程;若没有干扰信号，则立即发送数据包，发送之后，等待一定范围的随机 时间后，再重复上述查询过程，直至收到结束发包命令。
[0015] 特别地，所述步骤S3具体包括:收到定位请求的参考节点向发送器返回一定强度 的信号以及自身的位置信息，待定位节点根据接收到的参考节点数据包数据，进行判断，选 取至少三个有效参考节点;符合条件的参考节点即有效参考节点，在收到定位请求后，向发 送器返回一个包含RSSI信息、自身的位置信息和CRC校验码的数据包;待定位节点在接受到 数据包之后，需要校验数据包的正确性：当待定位节点进入监听状态时，判断是否收到数据 包，若收到，首先做一次校验，校验数据包的长度和除去RSSI值的包头与正确格式是否相 同，若不同，则抛弃该数据包;若相同，则进行二次校验，即除去包头，用CRC校验数据包的数 据信息是否正确，若不正确，则抛弃该数据包，若正确，则保存数据包数据以及记录对应的 标签值，并统计收到的节点数量;直至节点数量全部达标，结束上述过程，否则，继续接收数 据包。
[0016] 特别地，所述步骤S104具体包括:根据RSSI值计算出当前参考节点与待定位节点 之间的距离;接收信号强度(RSSI)是一种指示当前介质中电磁波能量大小的数值，电磁波 在传输过程中存在路径损耗，使得RSSI值随距离的增加而减少，因此根据信号强度就可以 判断节点所对应距离的远近，即平均路径消耗是距离的函数：
[0017]
[0018] 其中，瓦是平均路径消耗;η是路径消耗指数，它表示随着距离的增长路径消耗的 速度，与周围环境和障碍物有关;do为参考距离，单位为米;d为发射端与接收端的距离，单 位为米;将上式方程两边取对数，可将其转化为线性形式;绝对平均路径消耗，定义为发射 器到参考距离do的路径消耗，加上式中描述的额外路径消耗：
[0019]
[0020] 选择参考距离do为1米，并假设瓦以,）为发射器在自由空间传播，到达参考距离时 所产生，公式中仅表示当距离为d时，接收到的平均能量;但当距离一定时，由于环境内在因 素，不同时刻接收到的信号值是一个随机量，这个随机量满足对数正态分布，它以dB为单位 满足高斯分布，即完整的无线信号传播衰减模型为：
[0021]
[0022]其中，Xs是标准差为〇的高斯分布函数，单位是(^，且〇取决于当前环境。
[0023]特别地，所述步骤S5具体包括:假设待定位节点坐标位置为(XQ，yo)，第i(l < i < η) 个参考节点坐标为(Xl，yi)，待定位节点与参考节点之间计算得到的距离估计值为 是与第i个参考节点的真实欧式距离，即：
[0024]
[0025]计算距离与真实距离之间的误差可以表示为Pi = 由于计算存在误差，在实 η 际情况下Pi-般是非零值；为了使Σ.Α2最小，采用最小二乘法求解待定位节点坐标(χ〇， y〇);因此，定位问题可以转化为超定线性方程组的数值求解问题，对上式平方和重排序，可 以得到η个类似下式方程：
[0026]
[0027] 然后，用上式的第i=n个方程依次减去其他方程（l<i<n)，这样可以得到η-I个 方程如下式所示：
[0028]
[0029] 其中，方程组左边均为已知量，方程组右边只有xq和yo未知，其他均为已知参数，由 此推导出线性关系：
[0030] Ax = B
[0031] 其中A是(n_l) X2矩阵，而矩阵的第1行是[2(xi_xn) 2(yi_yn)] ;B是n_l个列向量， 它的第i项为(?2+3#-g-名;X是定位节点坐标的列向量[xQ y0]T;根据信号衰 减模型估计得到的节点间距离值，往往与真实距离值d存在一定偏差，因此，用估计值(T i 来代替cU，计算得来的V来代替B，从而使用最小二乘法来求解一个估计的X使得| ΙΑ