基于Nanoloc的TOA指紋算法定位研究

　　指紋算法及其實(shí)現(xiàn)

　　指紋定位的核心思想是建立無線信號(hào)的分布數(shù)據(jù)庫(kù)，通過匹配算法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。這種方法預(yù)先采集待定位環(huán)境中的無線信號(hào)，能夠有效避免無線信號(hào)本身及環(huán)境影響等因素引起的誤差，對(duì)存在障礙物的情況有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。

　　我們使用的系統(tǒng)平臺(tái)包括移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、固定節(jié)點(diǎn)以及控制節(jié)點(diǎn)。定位流程可以分為四個(gè)步驟：

　　(1)建庫(kù)過程：在定位區(qū)域內(nèi)選定參考點(diǎn)位置，通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采集測(cè)量值，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理，建立該區(qū)域內(nèi)的位置距離數(shù)據(jù)庫(kù);
　　(2)信號(hào)采集過程：控制節(jié)點(diǎn)接收移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的實(shí)時(shí)信號(hào)，經(jīng)處理之后，發(fā)送到數(shù)據(jù)處理端;
　　(3)定位過程：利用匹配算法，在數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找一系列與采集到的測(cè)量值最接近的定位參考點(diǎn);
　　(4)修正過程：對(duì)上一步中的指紋點(diǎn)集合，進(jìn)行誤差分析，從中選擇最合適的k個(gè)定位參考點(diǎn)，使用加權(quán)算法，完成定位。

　　建庫(kù)過程

　　建庫(kù)過程分為以下幾個(gè)步驟：(1)在待定位區(qū)域中，根據(jù)環(huán)境不同選擇指紋位置，并放定閱讀器位置;(2)在環(huán)境中取一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為信號(hào)采集點(diǎn)，依次置于選定的指紋位置，所有閱讀器采集其位置信息;(3)對(duì)采集到的距離信息，去除最大值和最小值之后，取平均，建立數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　定位過程

　　本文使用的匹配算法采用最近鄰居法。該算法將不同閱讀器測(cè)得的目標(biāo)距離值作為向量，計(jì)算待定位節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫(kù)中指紋點(diǎn)的歐幾里得距離。選擇其中距離最小的若干參考點(diǎn)組成定位參考點(diǎn)集合N。假定某指紋節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)量距離向量為(d_i1,d_i2,...d_n)，待定位節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離向量為(d₁,d₂,...,d_n)。則歐幾里得距離為

　　將待定位節(jié)點(diǎn)的測(cè)量向量與數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有指紋點(diǎn)向量分別進(jìn)行上述計(jì)算，求得與各指紋節(jié)點(diǎn)的歐幾里得距離，選擇閾值，將歐幾里得距離小于閾值的指紋節(jié)點(diǎn)作為定位參考點(diǎn)集合N。

　　修正過程

　　選擇動(dòng)態(tài)閾值

　　將閾值設(shè)定為一個(gè)初值，歐幾里得距離小于該閾值的指紋點(diǎn)位置置1，否則置0，這樣置1的指紋點(diǎn)就組成了一張模糊地圖。程序中判斷滿足此要求的指紋點(diǎn)個(gè)數(shù)k，如果k值位于3和6之間，則滿足要求;如果k值小于3，則閾值自動(dòng)加1，直到k值大于3為止;如果k值大于6，則閾值自動(dòng)減一，直到k值小于6。經(jīng)此調(diào)整，使N中指紋點(diǎn)個(gè)數(shù)k值在一個(gè)理想的范圍內(nèi)變化。