基于ZigBee技术的室内定位系统研究与实现 - 硕士学位论文 - 图文(12)

数值匹配法定位的实现包括两个阶段：离线阶段和在线阶段。离线阶段中，对待定位的区域进行考察，在采样点上采集场景特征信息，如收集参考节点的信号强度，并为其建立数据库。在这个阶段中可能需要进行一些预处理工作。在线阶段中，通过实时测量得到场景特征信息，根据离线阶段的先验知识来估计待定位节点的位置。本方法的定位过程总结如下：

(1)在一个已知的待定位空间内，布置若干个数量的已知自身位置的参考节点，并对参考节点进行编号(REF ID)，选择一个移动节点，向各参考节点发送广播包。

(2)各参考节点接收移动节点发来的广播信号，记录各帧中的RSSI值。 (3)记录各参考节点到移动节点的传输距离d，同时记录接收到的RSSI值，结合各

参考节点自身的位置坐标，得到一条记录(REF一1D，pos—X，pos—Y，d，RSSI)；不断改

变移动节点的位置，则每个参考节点都可得到多条记录。

大连理工大学硕士学位论文

(4)将各参考节点所测得的多条记录，按参考节点编号，记录^采样值数据库。依据各参考节点的采样值数据库，描述待定位空间的RSSl分布图。

(5)对于任意需要实际定位的移动节点．各参考节点根据所接收到的RSSI值，参照各自的信号强度分布圄和采样值数据库，得到d值，然后根据三边定位或多边定位法进行定位。

从实际的测量经验可知．基于RSSI的距离测量方法在10米以内精确性较高，所以各参考节点间的距离尽可能不超过10米。

图3．6室内信号强度分布固

Fig 3．6 In400rRSSI distributionmap

通过一个实例，证明方法的可行性。在一个6m×6m的室内区域(实验室)．在四个角落里布置了4个参考节点，然后进行数据采集，分别建立各参考节点的P．SSI数据库，可得到如图3．6所示的备参考节点的场强分布。为了便于显示，将距离各参考节点超过3m的RSSI值舍去。坐标轴标注单位是mm。

当有一个移动节点进入了图3．6所示的区域后．首先检测四个参考节点中，哪个接收信号强度最大，则可以判定该节点离哪个参考节点近，查询该参考节点的RSSI数据库；同时根据其它参考节点所接收到的RSS[值，查找相应的采样值数据库，得到距每 个参考节点的距离。结台适当的定位算法，就可以计算出移动节点的位置。

33基于LQI的辅助定位算法

LQI(Link Quality Indicator)是链路质量指示．用于表征接收数据帧的能量与质量，

是ZigBee协调器用来选择信道的依据之一。其大小基于信号强度以及检测到的信噪比 (SNR)，由MAC层计算得到并提供给上一层，～般与正确接收到的数据帧的概率有关。

基于ZigBee拄术的室内定位系统研究与实现

【，0I和RSSI 样，在ZigBee收发模块每接收一个数据帧时都可以得到，它可咀及时反映信号强度的变化和受到的干扰的变化p”。LQI的动态范围为0～255，比RSSI的大，使得’言有更高的分辨率。LQI和RSSI关系可以由实测值绘制的关系曲线进行观察，可以看出在实际环境中，LQI和RSSI仍具有很好的一致性，RSSI和LQI关系如图3 7所示。在同3．2节相同的测试环境(走廊)中，通过实测获取LQ]值，得到LQI衰落模型拟台曲线图如图3．8所示。对得到的LQI值按照衰落曲线形式分别进行了_段和两段最小

二乘拟台。

其中，一段拟合曲线的方程式为

￡0，(d)=100 82395339619(d)

两段拟合曲线的方程式为：

(320)

f991169 500001】g(d) d(10卅

L01(a)={

1110 3885—613539(d) d>=10m

(321)

，+

r圈1

目37 RSSI和LQ[关系圈

Fig 3 7 Relalion graph ofRSSt and L0l

山图3 7和图3．8可蛆发现，LQI具有类似十RSSI的变化蜕象，剐LQI也有随距离递减的趋势，实际上，LQ]的获得是与RSSI育密切关系的。凼此，将LoI值融入距离估计算法将使基于RSSI的测距技术囱更大的提高空问。

比较囝3．5和图3 8可以看出，LQ[衰落曲线的斜率高1二RSY,I衰落曲线的斜率．1IoI

-Ⅱ以提供更高的分辨率。在小于10m范围V,j，实际的LOI衰落曲线用绕其逼近曲线的