基于wifi的RSSI室内定位课程设计

计算机科学与技术学院课程设计报告（2016~2017学年度第二学期）课程名称定位技术专业物联网工程班级01班学生姓名学号指导老师目录一、定位技术概述...........................................................................................................3二、设计总体目标...........................................................................................................41.算法模型...................................................................................................................42.实现方案...................................................................................................................6三、实现方法及步骤.......................................................................................................7四、测试...........................................................................................................................7五、结论...........................................................................................................................9六、课程设计心得及体会...............................................................................................9室内定位各类技术关于定位精度和技术实施难度的对比图一、定位技术概述定位技术是一种应用广泛的高科技技术，自从GPS的出现取代了过去传统定位方式，定位技术在军事，导航，勘探绘测等各个方面的地位愈发重要。目前常见的定位可以大致分为室外定位和室内定位。室外定位技术一般有：GPS，基站，北斗卫星等；室内定位技术一般有：红外，超声波，RFID，Bluetooth，WiFi，zigbee，超宽频，激光，视觉以及地磁等等。室外定位技术在GPS的领头下相对已经完善，但是室内定位却一直是科技前沿的难题。因为各类定位技术都或多或少有着难以掩饰的缺陷，这无疑为室内定位技术的发展造成了极大阻碍。由于智能手机的发展，大型商场，机场，高铁站等地无线AP越来越多，这无形为WiFi定位提供了便捷，本文将通过WiFi的RSSI（信号强度值）来实现室内定位。二、设计总体目标通过wifi模块的信号强度值(RSSI),来实现室内定位。1.算法模型经典算法：三边测量法假设图（a）中三个圆的圆心A、B、C是对应的三个AP的位置。其对应的坐标分别为),(),,(),,(332211yxyxyx。三个圆的交点D即为待定位的移动终端位置，坐标为(x,y)。对应测量点与各个无线接入点的距离为1d,2d,3d。根据几何关系可知:232323222222212121)()()()()()(dyyxxdyyxxdyyxx设未知点位置为(x,y)，令其中的第一个球形P1的球心坐标为(0,0)，P2处于相同纵坐标，球心坐标为(d,0)，P3球心坐标为(i,j)，三个球形半径分别为r1,r2,r3，z为三球形相交点与水平面高度。则有：=++=++=++当z=0时，即为三个圆在水平面上相交为一点，首先解出x:x=(r12-r22+d2)/2d将公式二变形，将公式一的z2代入公式二，再代入公式三得到y的计算公式：y=(--++)/2j（a）RSSI测距模型在实际环境中，由于多径、障碍物、绕射等随机因素存在，无线信号传输中普遍采用的模型为：000/lg10XddndPLdPL（1）式中，dPL为经过距离d后的路径损耗；0dPL为经过单位距离后的路径损耗；0d为单位距离，通常为1m；0X为均值为0的随机数并服从高斯分布，其标准差范围是4~10；n是信号衰减因子，范围为2~4。接收端收到的信号强度为：dPLGPdPTTR（2）式中，dPR是接收信号强度指示即RSSI；TP为发射信号的功率；TG为发射天线增益。基于该原理，IEEE802.15.4标准给出了简化后的信号衰减模型：mdddPmdddPRSSITT8,1,lg3.3105.588,1,lg2102.4000（3）但考虑到环境、成本、定位精度要求等因素，所以实际测量中测距模型可以进一步简化为：AdnRSSIlg10（4）式中，n为信号衰减因子，范围一般为2~4；d为定位节点与参考节点之间的距离；A为定位节点与参考节点之间的距离d为1m时测得RSSI值，式（4）就是RSSI测距的经典模型，得到了RSSI和d的函数关系，故已知接收机接收到的RSSI值就可以算出与发射机之间的距离,A和n都是经验值和具体使用的硬件节点以及无线传播的环境有关，因此在不同的实际环境中A和n参数不同其测距模型也不同。2.实现方案(1)硬件方案设备型号数量单价无线APTp-linktl-WR845N393元智能手机SonyXperiaXperformance16000元(仅需要用于测试)(2)软件方案a)安卓”WiFi分析仪”软件b)Excel制表c)Photoshop制图基于WiFi的室内定位硬件方案概览其中三个无线ap的位置已经知晓三、实现方法及步骤1.测出各AP距离一米时RSSI的值A，并定下坐标系2.通过测量距离每一个ap1米，2米，3米……时RSSI值，反推影响因子n，然后计算平均值得到各个AP的影响因子。3.测试多个不同的点的数据4.整理数据并通过数据模型计算得出坐标计算值和误差deviation5.整理数据做成图表6.根据数据结果和图表得出结论四、测试1.各个AP的坐标轴和A值以及n值设备坐标ANP1（0，0）3625P2（5.3，0）2730P3（5.3，8.4）33202.实测多组数据组号坐标RSSI-P1RSSI-P2RSSI-P31（5.3，7.0）-55-54-362（5.3，6.0）-52-48-423（5.3，5.0）-52-46-484（5.3，4.0）-50-45-495（5.3，3.0）-46-38-536（5.3，2.0）-47-36-557（5.3，1.0）-44-35-568（2.0，1.0）-42-31-449（2.0，2.0）-58-37-4910(2.0，3.0)-50-56-423.误差计算组号d1d2d3xydeviation15.7547.9431.413-0.1797.8375.54224.3655.0122.8182.0785.2223.31534.3654.2995.6232.7043.4183.04043.6313.9816.3102.3982.7743.15052.5122.32610.0002.735-1.4305.11962.7541.99512.5892.990-4.9977.36872.0891.84814.1252.740-7.4738.85281.7381.3593.5482.7613.5612.67197.5862.1546.3107.6412.1075.642103.6319.2612.818-4.1988.8338.5114.各个图表5.5423.3153.0403.1505.1197.3688.8522.6715.6428.5110.0002.0004.0006.0008.00010.000024681012误差分布散点图单位（米）五、结论经过实际测试数据后，依据实测RSSI值由数据模型推导出测量坐标值得出误差发现，在一定情况下，数据模型基本准确，误差多数小于7米，由此推论，数据模型是正确的。六、课程设计心得及体会这应该是大学继物理实验之后最为真实可靠的课程设计，结合了课堂中学习的定位技术知识与自身查阅资料得到了各类RSSI计算数据模型。这次可以说是一次与以往都有所不同的课程设计，整个过程我都把他当成了一次真正的科学研究，虽然水平有限，仍是兢兢业业完成了任务，同时我与小伙伴还一同测试出了十组真实有效的数据，为课程设计的真实性提供了保证。在实验过程中，发现：1.测量wifi数据时，人体不能够阻拦在无线AP和用户端手机之间，不然会对RSSI5.35.35.35.35.35.35.3222-0.1792.0782.7042.3982.7352.9902.7402.7617.641-4.198-6-4-2024681012345678910坐标x轴测量值与实际值对比单位（米）坐标轴实际x值坐标轴测量x值76543211237.8375.2223.4182.774-1.430-4.997-7.4733.5612.1078.833-15-10-505101512345678910坐标y轴测量值与实际值对比单位(米)坐标轴实际y值坐标轴测量y值测试精度造成巨大的影响2.测量数据时应该保持耐心，多次测试，得出一个更加准确的测试值3.要善用百度等一系列查询工具，遇到难题时可以得到很好的解决4.在处理数据和统计数据方面，善用EXCEL可以快准狠地完成任务总而言之，这是一次很认真的课程设计，虽然中间遇到不少困难，但是最后还是觉得自己学到了不少东西。