CN102064895B - Rssi与模式匹配相结合的无源定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RSSI与模式匹配相结合的无源定位方法，主要解决在无线传感器网络中，现有无源定位方法由于多径效应影响定位精度较低的问题。其方法是：(1)将网络规则网格化，以单脉冲信号探测信道，计算该信道的衰落特征值；(2)根据各接收机的平均接收信号强度大小及相对位置选择4个参考接收机；(3)定位时，任选其中两个接收机，计算二者的平均接收信号强度差值ΔP_r，及网格到二者的衰落特征差值ΔLoss；(4)将所有网格的衰落特征差值ΔLoss与平均接收信号强度差值的相反数-ΔP_r进行匹配；(5)重复步骤(3)-(4)三次，将平均匹配程度最高的网格的中心作为定位结果。本发明在多径效应影响下仍能保证较高精度，提高了现有定位方法的精度，可用于城区环境中无线传感器网络的无源定位。

Description

RSSI与模式匹配相结合的无源定位方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及无线通信技术，具体涉及无线传感器网络中的无源定位方法，可用于在包含明显多径效应的城区环境中的无源定位。 

背景技术

无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种监测对象的信息，以实现复杂的指定范围内的信息检测与目标跟踪，因此位置信息对于传感器网络至关重要，检测事件之后首先关心的就是该事件发生的位置，所以定位机制对于无线传感器网络WSN来说是必不可少的。 

若要定位监测对象的位置，则首先要知道自己的位置，故WSN的定位机要分为自定位和盲定位；自定位指的是传感器节点自身定位，就是根据少数已知自己位置的节点，通过交换相对位置信息，或按照某种定位机制确定自身的位置；盲定位指的是对未知对象的位置信息的确定，除此之外盲定位包括跟踪、实时监视目标的行动路线、预测目标的前进轨迹等功能。“无源定位”指的是网络中监测节点在定位过程中不向被定位目标发射电磁信号或其它用于定位的各种形式信号，监测节点与被监测设备之间没有协作通信，监测节点只是通过对被监测设备发射的无线电信号的接收与处理来实现对其定位与跟踪；无线传感器网络无源定位相关算法有很多，主要分为基于距离的定位算法和距离无关的定位算法；基于距离的定位算法是指需要测量或计算传感器节点与目标的绝对距离或方位，并利用此绝对距离或方位，以及传感器节点的实际位置确定目标在网络的位置坐标，基于距离的定位中主要采用方法有基于到达时间TOA、到达时间差TDOA、到达角度AOA和接收信号强度指示RSSI等；与距离无关的定位方法定位精度低，例如质心算法、距离向量-跳段DV-Hop、近似三角形 内点测试APIT算法等。 

随着蜂窝通信网络的迅速发展，基于到达时间差TDOA的定位技术已逐渐成为无线定位系统中应用最广泛的技术，常见的应用于TDOA定位技术还包括Chan算法、Taylor级数展开算法等。基于TDOA的定位技术对硬件的要求较高，在视距传播的环境下定位精度较高，然而在非视距传播环境下由于多径效应的影响，定位精度显著下降，特别是在城市环境中存在较多的是非视距传播环境下，该技术的定位误差会恶化为视距传输环境下的5～10倍，无法满足用户的需求。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，结合模式匹配算法提出了一种RSSI与模式匹配相结合的无源定位方法，以有效抑制多径效应所带来的定位误差，提高非视距传输环境中在多径效应影响下系统的定位精度。 

为实现上述目的，本发明包括如下步骤： 

（1）将网络规则网格化，对每一个网格都以单脉冲信号探测网格中心到接收天线的信道，发射功率为P_t，接收端接收到m个由不同路径传输的信号，计算信道的衰落特征值Loss(dB)： 

$\mathrm{Loss}\left(\mathrm{dB}\right)=101g\frac{P_t\·G_t}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ri}}\·G_r}$

其中：P_r1、P_r2、……、P_rm分别表示m个接收信号的接收信号强度；G_t、G_r分别表示发射天线和接收天线增益； 

（2）按照网络中各接收机平均接收信号强度由大到小的顺序为接收机排序，选择前4个接收机作为参考接收机，要求其中不存在任意三个接收机在同一条直线上，否则该直线上的三个接收机中平均接收信号强度最小的接收机被替换为顺序中下一位的接收机，依次递推，直至满足要求为止； 

（3）定位时进行如下参数计算： 

3a)在步骤（2）的基础上，任意选取其中两个参考接收机并分别命名为receiver1、receiver2，计算这两个接收机的平均接收信号强度差值 ΔP_R： 

$\mathrm{\Δ}{P}_R=\stackrel{\‾}{P_{R1}}-\stackrel{\‾}{P_{R2}}$

其中：

分别为这两个接收机的平均接收信号强度； 

3b)根据步骤（1）计算的信道的衰落特征值，计算网络中每个网格的衰落特征差值ΔLoss： 

ΔLoss＝Loss₁-Loss₂

其中：Loss₁、Loss₂分别为步骤（1）中计算的网格到接收机receiver1、receiver2的信道的衰落特征值； 

（4）根据步骤（3）计算的网格的衰落特征差值和接收机的平均接收信号强度差值，计算每个网格的衰落特征差值ΔLoss与平均接收信号强度差值的相反数-ΔP_R的相似度η： 

$\mathrm{\η}=1-\frac{|\mathrm{\ΔLoss}-\mathrm{\ΔP}|-\min \left(\right|\mathrm{\ΔLoss}-\mathrm{\ΔP}\left|\right)}{\max \left(\right|\mathrm{\ΔLoss}-\mathrm{\ΔP}\left|\right)-\min \left(\right|\mathrm{\ΔLoss}-\mathrm{\ΔP}\left|\right)}$

其中：ΔP＝-ΔP_R，即为两参考接收机的平均接收信号强度差值的相反数；max(|ΔLoss-ΔP|)表示网络中所有网格的衰落特征差值ΔLoss与两参考接收机的平均接收信号强度差值的相反数ΔP的最大绝对差值，同理min(|ΔLoss-ΔP|)为最小绝对差值； 

（5）确定定位结果： 

5a)重复执行步骤（3）-（4）三次，根据每次执行时计算的网格相似度，计算每个网格的平均相似度

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j}{3}$

其中：η_j表示第j次执行步骤（3）-（4）时网格的相似度； 

5b)按照各网格平均相似度

从大到小的顺序对所有网格进行排序，取其平均相似度最高的网格的中心为最终的定位结果返回给用户。 

本发明与现有技术相比具有以下优点： 

首先，由于本发明充分考虑到不同信道的多径传输情况，有效结合信道多径传输情况中，不同路径的信号衰落程度不同且在接收端加性叠加的 特性，建立多径传输条件下信道的衰落特征值的计算方法，以更好的反应信道传输特性，有效提高了非视距传播环境中的定位精度； 

其次，由于本发明将RSSI算法与模式匹配算法相结合，利用模式匹配算法，即将网格的衰落特征差值与参考接收机的平均接收信号强度差值的相反数进行匹配，替代了传统的模型建立过程，避免了传统RSSI算法需要利用接收信号强度和信道模型估算距离，信道模型建立困难，且误差较大的缺点，具有较好的定位效果； 

再次，由于本发明在模式匹配过程中建立了归一化的相似度函数，使得参考接收机组合不同、信号源发射功率不同的匹配过程对最终定位结果具有相同等级的影响，避免了匹配过程中，匹配对象之间差值较大的匹配过程在相似度的平均过程中对最终统计结果影响较大的现象出现，更好的统计了各网格的相似度。 

附图说明

图1是本发明RSSI与模式匹配相结合的无源定位方法的流程图； 

图2是本发明仿真中所应用的全向天线水平方向增益图； 

图3是本发明在视距传输环境中，该无源定位方法定位示意图； 

图4是本发明在城区环境下，即存在障碍物遮挡及全向天线各方向增 

益不同条件下的定位示意图。 

具体实施方式

参照图1，本发明的RSSI与模式匹配相结合的无源定位算法包括如下步骤： 

步骤1，计算网络中所有信道的衰落特征值。 

（1.1）定位前，确定网络中所有接收机的位置坐标； 

（1.2）确定网格的形状为正方形，正方形的边长l为： 

l＝

·err(米)  1) 

其中：err为用户能够容忍的最大定位误差，单位为米； 

（1.3）使用p×q个边长为l(米)的正方形网格组成一个长为p·l(米)宽为q·l(米)的矩形网络，要求使得该矩形网络能够完全覆盖定位服务所要求的区域，故p和q要满足： 

$\begin{array}{c}p\·l\≥\max \left(\mathrm{length}\right)\\ q\·l\≥\max \left(\mathrm{height}\right)\end{array}---2)$

其中：max(length)表示定位服务所要求的区域在该矩形网络长边方向上的最大跨度，max(height)表示定位服务所要求的区域在该矩形网络宽边方向上的最大跨度。 

（1.4）以每个网格的中心为信号发射源，用发射功率为Pt的单脉冲信号做探测，并记录接收端由于多径效应的影响所接收到的多路脉冲信号，接收信号强度分别为P_r1、P_r2、……、P_rm，其中m表示该信道多径数目； 

（1.5）根据步骤（1.4）的探测结果，计算网络中网格与接收机之间所有信道的衰落特征值Loss(dB)： 

首先，构建衰落特征值计算公式Loss(dB)： 

根据发射功率为P_t的单脉冲信号探测信道时所测得的多径传输相关数据，接收端接收到的信号强度分别为P_r1、P_r2、……、P_rm的m条传输路径脉冲信号，m条传输路径脉冲信号对应的路径时延τ₁、τ₂、……τ_m，计算该信道m条传输路径所对应的路径损耗Loss₁、Loss₂、……、Loss_m，定义第i条传输路径所对应的路径损耗Loss_i为： 

${\mathrm{Loss}}_i=\frac{P_t}{P_{\mathrm{ri}}};---3)$

根据探测信道时所测得的多径传输相关数据和计算的各路径的路径损耗，计算当一个信号源以功率P_T(t)发送连续信号时，该信道的平均衰落程度，即信道的衰落特征值Loss(dB)： 

$\mathrm{Loss}\left(\mathrm{dB}\right)=101g\frac{\stackrel{\‾}{P_T\left(t\right)}}{\stackrel{\‾}{P_R\left(t\right)}}---4)$

其中：表示信号源的平均发射功率；

表示接收端的平均接收信号强度； 

设当信号源以功率P_T(t)发送连续信号时，接收端接收到的连续信号的信号强度为P_R(t)，则P_R(t)为P_T(t)经该信道多径传输后在接收端累加得到，故有下述等式成立： 

$P_R\left(t\right)=\frac{P_T(t-{\mathrm{\τ}}_1)}{{\mathrm{Loss}}_1}+\frac{P_T(t-{\mathrm{\τ}}_2)}{{\mathrm{Loss}}_2}+\·\·\·\·\·\·+\frac{P_T\left(t-{\mathrm{\τ}}_m\right)}{{\mathrm{Loss}}_m}---5)$

若计算该信道在t₁～t₂的平均衰落程度，则将公式5)改写为t₁～t₂时间范围内的积分并平均的形式，如下所示： 

若信号采样持续时间远大于信号多径的最大延迟时间，即(t₂-t₁)＞＞max(τ₁,τ₂,……,τ_m)，则可在公式6)中进行近似省略各路径时延的影响，表达为下式形式： 

$\begin{array}{c}\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{P}_R\left(t\right)\mathrm{dt}}{(t_2-t_1)}\≈\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{P}_T\left(t\right)\mathrm{dt}}{(t_2-t_1){\mathrm{Loss}}_1}+\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{P}_T\left(t\right)\mathrm{dt}}{(t_2-t_1){\mathrm{Loss}}_2}+\·\·\·\·\·\·+\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{P}_T\left(t\right)\mathrm{dt}}{(t_2-t_1){\mathrm{Loss}}_m}\\ \stackrel{\‾}{P_R\left(t\right)}\≈\frac{\stackrel{\‾}{P_T\left(t\right)}}{{\mathrm{Loss}}_1}+\frac{\stackrel{\‾}{P_T\left(t\right)}}{{\mathrm{loss}}_2}+\·\·\·\·\·\·+\frac{\stackrel{\‾}{P_T\left(t\right)}}{{\mathrm{Loss}}_m}\\ \stackrel{\‾}{P_R\left(t\right)}\≈\stackrel{\‾}{P_T\left(t\right)}(\frac{1}{{\mathrm{Loss}}_1}+\frac{1}{{\mathrm{Loss}}_2}+\·\·\·\·\·\·+\frac{1}{{\mathrm{Loss}}_m})\end{array}---7)$

将以公式3)、4)、7)综合分析,则有下述方程组： 

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Loss}}_i=\frac{P_t}{P_{\mathrm{ri}}}\\ \mathrm{Loss}\left(\mathrm{dB}\right)=101g\frac{\stackrel{\‾}{P_T\left(t\right)}}{\stackrel{\‾}{P_R\left(t\right)}}\\ \stackrel{\‾}{P_R\left(t\right)}\≈\stackrel{\‾}{P_T\left(t\right)}(\frac{1}{{\mathrm{Loss}}_1}+\frac{1}{{\mathrm{Loss}}_2}+\·\·\·\·\·\·\frac{1}{{\mathrm{Loss}}_m})\end{array}\right.---8)$

根据方程组8)可推导出当信号源以功率P_T(t)发送连续信号时，信道的平均衰落程度，即信道衰落特征值Loss(dB)与探测信道时的单脉冲信号发射功率P_t和m条传输路径的接收信号强度P_r1、P_r2、……、P_rm的关系，信道衰落特征值Loss(dB)表达式为： 

$\mathrm{Loss}\left(\mathrm{dB}\right)=101g\frac{P_t}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ri}}}---9)$

其中：P_t为单脉冲探测信号的发射功率；P_r1、P_r2、……、P_rm分别表示m条传输路径的接收信号强度；G_t、G_r分别表示发射天线和接收天线增益； 

考虑到发送天线和接收天线增益的条件下，Loss(dB)表达式将被改写为： 

$\mathrm{Loss}\left(\mathrm{dB}\right)=101g\frac{P_t\·G_t}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ri}}\·G_r}---10)$

其中：G_t表示发射天线在该接收机方向上的增益； 

G_r表示接受天线在发射天线方向上的增益； 

然后，根据上述内容，利用信道的衰落特征值的表达式10)，对网络所有网格与所有接收天线的对应信道的衰落特征值进行计算。 

步骤2，选择定位中的参考接收机。 

本发明是基于接收信号强度指示RSSI定位算法的无源定位方法，RSSI定位算法以接收信号强度为依据，因此，在基于RSSI的无源定位算法中应尽量选择平均接收信号强度较大的接收机作为参考接收机； 

与此同时，考虑到方向因素对定位结果的影响，故要求参考接收机中任意三个参考接收机不得在同一条直线上。 

本步骤的具体实现如下： 

（2.1）当上层任务管理中心下达定位指令后，首先将各接收机按照平均接收信号强度由大至小的顺序进行排序； 

（2.2）选择步骤（2.1）顺序中前4位的接收机作为参考接收机； 

（2.3）提取已选的4个接收机的位置坐标，再在4个接收机中任意选取3个不同的接收机为一个验证组合，根据排列组合得到4种不同的验证组合，对每一种验证组合中的三个接收机的位置坐标进行如下检验： 

设组合中三个接收机的位置坐标分别为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)，若满足： 

$\frac{x_1-x_2}{y_1-y_2}=\frac{x_3-x_2}{y_3-y_2}---11)$

则表明该验证组合的三个接收机在同一条直线上，进入步骤（2.4）；否则，则以该4个接收机作为参考接收机进入步骤3； 

（2.4）将该验证组合中平均接收信号强度最小的接收机替换为步骤（2.1）中顺序为该接收机下一位的接收机，返回步骤（2.3）； 

步骤3，定位时进行如下参数的计算。 

（3.1）在步骤2的基础上，任意选取其中两个参考接收机并分别命名为receiver1、receiver2，计算这两个接收机的平均接收信号强度差值ΔP_R： 

$\mathrm{\Δ}{P}_R=\stackrel{\‾}{P_{R1}}-\stackrel{\‾}{P_{R2}}---12)$

其中：

分别为这两个接收机的平均接收信号强度，要求平均接收信号强度的计算时间长度远大于； 

（3.2）根据步骤1计算的信道的衰落特征值，计算网络中每个网格的衰落特征差值ΔLoss： 

ΔLoss＝Loss₁-Loss₂  13) 

其中：Loss₁、Loss₂分别为步骤1中计算的网格到接收机receiver1、receiver2的信道的衰落特征值。 

步骤4，根据已有参数进行模式匹配。 

（4.1）引入模式匹配算法，确定匹配对象为各网格到两接收机的衰落特征差值ΔLoss与平均接收信号强度差值的相反数-ΔP_R： 

设网络中的要求被定位的信号发射源的平均发射功率为

，两个已选定的参考接收机分别为receiver1和receiver2，两接收机的平均接收信号强度分别为

和

，两接收机的信道的衰落特征值分别为Loss₁和Loss₂，则相对于两接收机而言有下述等式成立： 

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{receiver}1:{\mathrm{Loss}}_1\left(\mathrm{dB}\right)=101g\frac{\stackrel{\‾}{P_T}}{\stackrel{\‾}{P_{R1}}}\\ \mathrm{receiver}2:{\mathrm{Loss}}_2\left(\mathrm{dB}\right)=101g\frac{\stackrel{\‾}{P_T}}{\stackrel{\‾}{P_{R2}}}\end{array}\right.---14)$

将公式14)中的两式做差，则有： 

$\begin{array}{c}({\mathrm{Loss}}_1-{\mathrm{Loss}}_2)\left(\mathrm{dB}\right)=101g\frac{\stackrel{\‾}{P_T}}{\stackrel{\‾}{P_{R1}}}-101g\frac{\stackrel{\‾}{P_T}}{\stackrel{\‾}{P_{R2}}}\\ \mathrm{\ΔLoss}\left(\mathrm{dB}\right)=10((1g\stackrel{\‾}{P_T}-1g\stackrel{\‾}{P_{R1}})-(1g\stackrel{\‾}{P_T}-1g\stackrel{\‾}{P_{R2}}))\\ \mathrm{\ΔLoss}\left(\mathrm{dB}\right)=10(1g\stackrel{\‾}{P_{R2}}-1g\stackrel{\‾}{P_{R1}})\\ \mathrm{\ΔLoss}\left(\mathrm{dB}\right)=\stackrel{\‾}{P_{R2}}\left(\mathrm{dB}\right)-\stackrel{\‾}{P_{R1}}\left(\mathrm{dB}\right)\\ \mathrm{\ΔLoss}\left(\mathrm{dB}\right)=-\mathrm{\Δ}{P}_R\left(\mathrm{dB}\right)\end{array}---15)$

其中：平均接收信号强度的差值 ${\mathrm{\ΔP}}_R\left(\mathrm{dB}\right)=\stackrel{\‾}{P_{R1}}\left(\mathrm{dB}\right)-\stackrel{\‾}{P_{R2}}\left(\mathrm{dB}\right)\·$

依据上述理论，目标所在位置能使得信道的衰落特征差值ΔLoss与平均接收信号强度差值的相反数-ΔP_R较好匹配；反之，能较好匹配二者的网格中心被作为定位结果返回给用户,故引入模式匹配算法，匹配对象为各网格到两接收机的衰落特征差值ΔLoss与平均接收信号强度差值的相反数-ΔP_R； 

（4.2）计算网络中所有网格的相似度η： 

$\mathrm{\η}=1-\frac{|\mathrm{\ΔLoss}-\mathrm{\ΔP}|-\min \left(\right|\mathrm{\ΔLoss}-\mathrm{\ΔP}\left|\right)}{\max \left(\right|\mathrm{\ΔLoss}-\mathrm{\ΔP}\left|\right)-\min \left(\right|\mathrm{\ΔLoss}-\mathrm{\ΔP}\left|\right)}$

其中，ΔP＝-ΔP_R，即为两参考接收机的平均接收信号强度差值的相反数；max(|ΔLoss-ΔP|)表示网络中所有网格的衰落特征差值ΔLoss与两参考接收机的平均接收信号强度差值的相反数ΔP的最大绝对差值，同理min(|ΔLoss-ΔP|)为最小绝对差值。 

步骤5，确定定位结果。 

（5.1）重复步骤3-4三次，计算网络中所有网格的平均相似度

为： 

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j}{3};---17)$

（5.2）按照各网格平均相似度

从大到小的顺序对所有网格进行排序； 

（5.3）从步骤（5.2）所排顺序中取出平均相似度最高的网格，则该网格中心即为最终的定位结果，并返回给用户。 

本发明的效果可通过以下仿真实例进一步证明： 

一、仿真条件 

采用100×100个10m×10m的正方形网格组成面积为1km×1km的网络覆盖区域；接收机数量铺设为50个；各接收机的接收天线的水平方向增益图皆如图2所示，但接收天线铺设时增益基准方向是随机的，即不同的接收天线在同一方向上的增益是不同的。 

二、仿真内容与结果 

仿真1：是视距传输环境下的定位仿真，该仿真实例是在现有的网络铺设基础上，不添加障碍物，即所有信道只存在视距传输一条路径，在网络中随机产生信号源，一次仿真的定位示意图如图3所示，从图3可见，网络中所选参考接收机能够从不同方向包围要求定位的信号源，并且该方法的定位结果能够很好的逼近信号源的真实位置；对该方法进行4组1000次仿真，统计定位误差如表1所示。 

表1视距传输环境下的定位仿真误差统计 

由表1可见：在视距传播无多径效应的情况下，平均定位误差为3～5m。 

仿真2：是在非视距传输环境下的定位仿真，该仿真实例是在现有的网络铺设基础上，添加30个城市障碍物，铺设位置是随机的，信道非视距传输路径数为3，在网络中随机产生信号源，一次仿真的定位示意图如图4所示，从图4可见，网络中所选参考接收机能够从不同方向包围要求定位的信号源，并且在存在障碍物的环境中，该方法的定位结果依然能够很好的逼近信号源的真实位置；对该方法进行4组1000次仿真，统计误差如表2所示。 

表2非视距传输环境下的定位仿真误差统计 

由表2可见：在非视距传输有多径效应影响的情况下，平均定位误差为4.5～6m。 

综合分析表1和表2所示的定位误差可知，本发明所提出的方法与现有的TDOA方法相比，定位精度明显提高；尤其在非视距传输环境中，本发明发法能够有效抑制多径效应所带来的定位误差，提高非视距传输环境中在多径效应影响下系统的定位精度。 

本发明的具体实现可利用FPGA、DSP或专用芯片及其他可编程逻辑器件来完成。所述实例为本发明在实际应用中的一种实现方式，但是实现方式不限于此，可以根据实际系统的性能指标要求进行相应的调整。 

Claims (3)

1.一种RSSI与模式匹配相结合的无源定位方法，包括如下步骤： 

（1）将网络规则网格化，对每一个网格都以单脉冲信号探测网格中心到接收天线的信道，发射功率为P_t，接收端接收到m个由不同路径传输的信号，计算信道的衰落特征值Loss(dB)： 

其中：P_r1、P_r2、……、P_rm分别表示m个接收信号的接收信号强度；G_t、G_r分别表示发射天线和接收天线增益； 

（2）按照网络中各接收机平均接收信号强度由大到小的顺序为接收机排序，选择前4个接收机作为参考接收机，要求其中不存在任意三个接收机在同一条直线上，否则该直线上的三个接收机中平均接收信号强度最小的接收机被替换为顺序中下一位的接收机，依次递推，直至满足要求为止； 

（3）定位时进行如下参数计算： 

3a)在步骤（2）的基础上，任意选取其中两个参考接收机并分别命名为receiver1、receiver2，计算这两个接收机的平均接收信号强度差值ΔP_R： 

其中：

分别为这两个接收机的平均接收信号强度； 

3b)根据步骤（1）计算的信道的衰落特征值，计算网络中每个网格的衰落特征差值ΔLoss： 

ΔLoss＝Loss₁-Loss₂

其中：Loss₁、Loss₂分别为步骤（1）中计算的网格到接收机receiver1、receiver2的信道的衰落特征值； 

（4）根据步骤（3）计算的网格的衰落特征差值和接收机的平均接收信号强度差值，计算每个网格的衰落特征差值ΔLoss与平均接收信号 强度差值的相反数-ΔP_R的相似度η： 

其中：ΔP＝-ΔP_R，即为两参考接收机的平均接收信号强度差值的相反数；max(|ΔLoss-ΔP|)表示网络中所有网格的衰落特征差值ΔLoss与两参考接收机的平均接收信号强度差值的相反数ΔP的最大绝对差值，同理min(|ΔLoss-ΔP|)为最小绝对差值； 

（5）确定定位结果： 

5a)重复执行步骤（3）-（4）三次，根据每次执行时计算的网格相似度，计算每个网格的平均相似度

其中：η_j表示第j次执行步骤（3）-（4）时网格的相似度； 

5b)按照各网格平均相似度从大到小的顺序对所有网格进行排序，取其平均相似度最高的网格的中心为最终的定位结果返回给用户。 

2.根据权利要求1所述的RSSI与模式匹配相结合的无源定位方法，其特征在于步骤（1）所述的将网络规则网格化，按如下步骤进行： 

2a)确定网格的形状为正方形，正方形的边长l为： 

l＝

·err(米) 

其中：err为用户能够容忍的最大定位误差，单位为米； 

2b)使用p×q个边长为l(米)的正方形网格组成一个长为p·l(米)宽为q·l(米)的矩形网络，要求使得该矩形网络能够完全覆盖定位服务所要求的区域，故p和q要满足： 

p·l≥max(length) 

q·l≥max(height) 

其中：max(length)表示定位服务所要求的区域在该矩形网络长边方向上的最大跨度，max(height)表示定位服务所要求的区域在该矩形网络宽边方向上的最大跨度。 

3.根据权利要求1所述的RSSI与模式匹配相结合的无源定位方法，其特征在于步骤（2）所述的选择前4个接收机作为参考接收机，要求其中不存在任意三个接收机在同一条直线上，按如下步骤进行： 

3a)定位前，无线传感器网络的接收机铺设时，记录网络中的所有接收机的位置坐标； 

3b)参考接收机选择时，首先提取初步选定的4个接收机的位置坐标，再在4个接收机中任意选取3个不同的接收机为一个验证组合，根据排列组合得到4种不同的验证组合，对每一种验证组合中的三个接收机的位置坐标进行如下检验： 

设组合中三个接收机的位置坐标分别为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)，若满足： 

则表明该验证组合的三个接收机在同一条直线上，即不满足要求；反之，若4种组合方式的接收机位置坐标皆不满足上式，则此4个接收机的相对位置满足要求。 

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