CN110933629B - 一种测量无线设备传输特性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量无线设备传输特性的方法，包括以20cm为间隔，在距离无线设备20m的范围内设置100个检测点，每个测量点接收100个无线设备信号强度值，取所述100个无线设备信号强度值的平均值作为测量值，计算每个测量点的衰减值，计算衰减平均值，计算无线设备信号强度的平均值，计算环境衰减因子，计算功率值，对所有测量点的衰减值、衰减平均值和无线设备信号强度平均值应用线性回归方程得出无线设备传输特性。该方法解决了现有技术中存在的环境衰减因子和功率值随机误差较大的问题，提高了室内无线定位的定位精度。

Description

一种测量无线设备传输特性的方法
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种测量无线设备传输特性的方法。
背景技术
由于卫星信号到达地面时存在信号较弱、不能穿透建筑物等问题，导致GPS定位在室内环境中几乎不可用，而基于无线的室内定位系统具有信号源广泛、成本低、智能手机普遍支持等优点，逐渐成为室内定位研究的主流方向。
目前通用的无线定位技术是基于无线设备信号强度指示即Received SignalStrength Indication的定位技术，此技术的原理是移动终端扫描到周边无线设备的信号强度，然后根据无线信号的传输特性计算出移动终端到无线设备的距离，当扫描到三个以上的无线设备时就可以得到三个以上不同无线设备的距离，并且这些无线设备的坐标都是已知的，这样就可以对这个移动终端进行定位。
实际中通常用来测得无线设备与定位终端距离的简化无线信号渐变模型为
Figure GDA0002868849160000011
式中，p(d)表示距离无线设备直线距离为d时定位终端接收到的信号功率；p(d0)表示距离无线设备直线距离为d0时定位终端接收到的信号功率，d0为参考距离，为方便计算通常选择一米处作为参考距离；n是路径损耗指数即环境衰减因子，通常是由实际测量得到，障碍物越多，n值越大，从而接收到的平均能量下降的速度会随着距离的增加而变得越来越快。
在上述测距方法中，测量无线设备无线传输特性中的功率值p(d0)时，只测量距离无线设备1米处的功率值，并没有系统地对无线设备实际运行环境下的无线传输特性进行测量，因此导致无线设备无线传输特性中的功率值p(d0)和环境衰减因子n随机误差较大，从而导致测距阶段产生的随机误差较大，最终导致定位精度降低。
发明内容
本发明提供的一种测量无线设备传输特性的方法，旨在解决现有技术中定位精度较低的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种测量无线设备传输特性的方法，包括以下步骤：
以20cm为间隔，在距离无线设备20m的范围内设置100个检测点；
每个测量点接收100个无线设备信号强度值，取所述100个无线设备信号强度值的平均值作为测量值，记为RSSIi，i＝1,2,…,100；其中，RSSIi表示信号强度值，i表示信号强度值的序号；
计算每个测量点的衰减值，记为ρi＝-10lgdi，i＝1，2，3，...，100；其中ρi表示衰减值，ρi中的i表示衰减值序号，di表示距离，di中的i表示距离序号；
计算衰减平均值
Figure GDA0002868849160000021
计算无线设备信号强度的平均值
Figure GDA0002868849160000022
计算环境衰减因子，记为
Figure GDA0002868849160000023
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA0002868849160000024
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值；
计算功率值，记为
Figure GDA0002868849160000025
其中，p0表示功率值，
Figure GDA0002868849160000026
表示信号强度的平均值，n表示环境衰减因子，
Figure GDA0002868849160000027
表示衰减平均值；
对所有测量点的衰减值ρi、衰减平均值
Figure GDA0002868849160000028
和无线设备信号强度平均值
Figure GDA0002868849160000029
应用线性回归方程得出无线设备传输特性，记为
Figure GDA00028688491600000210
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA00028688491600000211
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值，p0表示功率值，
Figure GDA0002868849160000031
表示信号强度的平均值，
Figure GDA0002868849160000032
表示衰减平均值。
本发明提供的一种测量无线设备传输特性的方法，通过设置多个检测点以减小功率值和环境衰减因子的随机误差，达到提高无线定位方法定位精度的目的。
作为优选，所述以20cm为间隔，在距离无线设备20m的范围内设置100个检测点包括根据间隔和距离，平均分配100个点，即在0.2m,0.4m,…,20m处均设置测量点。
作为优选，所述计算衰减平均值
Figure GDA0002868849160000033
包括
Figure GDA0002868849160000034
其中
Figure GDA0002868849160000035
表示衰减平均值，ρi表示衰减值。
作为优选，所述计算无线设备信号强度的平均值
Figure GDA0002868849160000036
包括
Figure GDA0002868849160000037
其中，
Figure GDA0002868849160000038
表示信号强度的平均值，RSSIi表示信号强度值。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种测量无线设备传输特性的方法，通过设置多个检测点并计算信号强度平均值作为信号强度测量值，从而减小功率值和环境衰减因子的随机误差，达到提高无线定位方法定位精度的目的。
附图说明
图1是本发明实施例实现一种测量无线设备传输特性的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在介绍本发明技术方案之前，示例性的介绍一种本发明技术方案可能适用的场景。
示例性的：使用无线室内定位技术时，测量人员首先测量出无线设备的无线传输特性功率值和环境衰减因子，然后将其保留到数据库，通过移动终端获取的无线信号强度等数据，计算出移动终端与各无线设备之间的距离，然后根据定位算法完成对移动终端的定位。
目前，实际中通常用来测得无线设备与定位终端距离的简化无线信号渐变模型为
Figure GDA0002868849160000041
式中，p(d)表示距离无线设备直线距离为d时定位终端接收到的信号功率；p(d0)表示距离无线设备直线距离为d0时定位终端接收到的信号功率，d0为参考距离，为方便计算通常选择一米处作为参考距离；n是路径损耗指数即环境衰减因子，通常是由实际测量得到。
在上述测距方法中，测量无线设备无线传输特性中的功率值p(d0)时，只测量距离无线设备1米处的功率值，并没有系统地对无线设备实际运行环境下的无线传输特性进行测量，因此导致无线设备无线传输特性中的功率值p(d0)和环境衰减因子n随机误差较大，从而导致测距阶段产生的随机误差较大，最终导致定位精度降低。
实施例1
如图1所示，一种测量无线设备传输特性的方法，包括以下步骤：
S100、以20cm为间隔，在距离无线设备20m的范围内设置100个检测点；
S110、每个测量点接收100个无线设备信号强度值，取所述100个无线设备信号强度值的平均值作为测量值，记为RSSIi，i＝1,2,…,100；其中，RSSIi表示信号强度值，i表示信号强度值的序号；
S120、计算每个测量点的衰减值，记为ρi＝-10lgdi，i＝1，2，3，…，100；其中ρi表示衰减值，ρi中的i表示衰减值序号，di表示距离，di中的i表示距离序号；
S130、计算衰减平均值
Figure GDA0002868849160000051
S140、计算无线设备信号强度的平均值
Figure GDA0002868849160000052
S150、计算环境衰减因子，记为
Figure GDA0002868849160000053
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA0002868849160000054
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值；
S160、计算功率值，记为
Figure GDA0002868849160000055
其中，p0表示功率值，
Figure GDA0002868849160000056
表示信号强度的平均值，n表示环境衰减因子，
Figure GDA0002868849160000057
表示衰减平均值；
S170、对所有测量点的衰减值ρi、衰减平均值
Figure GDA0002868849160000058
和无线设备信号强度平均值
Figure GDA0002868849160000059
应用线性回归方程得出无线设备传输特性，记为
Figure GDA00028688491600000510
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA00028688491600000511
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值，p0表示功率值，
Figure GDA00028688491600000512
表示信号强度的平均值，
Figure GDA00028688491600000513
表示衰减平均值。
根据实施例1可知，本方法通过建模测量无线设备的无线传输特性，降低了测量无线设备无线传输特性中功率值p(d0)和环境衰减因子n的随机误差，提高了无线定位方法的定位精度。
实施例2
一种测量无线设备传输特性的方法，包括：
根据间隔和距离，平均分配100个点，即在0.2m,0.4m,…,20m处均设置测量点；
每个测量点接收100个无线设备信号强度值，取所述100个无线设备信号强度值的平均值作为测量值，记为RSSIi，i＝1,2,…,100；其中，RSSIi表示信号强度值，i表示信号强度值的序号；
计算每个测量点的衰减值，记为ρi＝-10lgdi，i＝1，2，3，…，100；其中ρi表示衰减值，ρi中的i表示衰减值序号，di表示距离，di中的i表示距离序号；
计算衰减平均值
Figure GDA0002868849160000061
计算无线设备信号强度的平均值
Figure GDA0002868849160000062
计算环境衰减因子，记为
Figure GDA0002868849160000063
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA0002868849160000064
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值；
计算功率值，记为
Figure GDA0002868849160000065
其中，p0表示功率值，
Figure GDA0002868849160000066
表示信号强度的平均值，n表示环境衰减因子，
Figure GDA0002868849160000067
表示衰减平均值；
对所有测量点的衰减值ρi、衰减平均值
Figure GDA0002868849160000068
和无线设备信号强度平均值
Figure GDA0002868849160000069
应用线性回归方程得出无线设备传输特性，记为
Figure GDA00028688491600000610
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA00028688491600000611
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值，p0表示功率值，
Figure GDA00028688491600000612
表示信号强度的平均值，
Figure GDA00028688491600000613
表示衰减平均值。
上述方法通过在距离无线设备一定范围内设置若干个检测点，能够降低测量无线设备在无线传输特性中功率值和环境衰减因子的随机误差，从而提高无线定位方法的定位精度。
实施例3
一种测量无线设备传输特性的方法，包括：
以20cm为间隔，在距离无线设备20m的范围内设置100个检测点；
每个测量点接收100个无线设备信号强度值，取所述100个无线设备信号强度值的平均值作为测量值，记为RSSIi，i＝1,2,…,100；其中，RSSIi表示信号强度值，i表示信号强度值的序号；
计算每个测量点的衰减值，记为ρi＝-10lgdi，i＝1，2，3，…，100；其中ρi表示衰减值，ρi中的i表示衰减值序号，di表示距离，di中的i表示距离序号；
计算衰减平均值
Figure GDA0002868849160000071
其中
Figure GDA0002868849160000072
表示衰减平均值，ρi表示衰减值；
计算无线设备信号强度的平均值
Figure GDA0002868849160000073
计算环境衰减因子，记为
Figure GDA0002868849160000074
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA0002868849160000075
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值；
计算功率值，记为
Figure GDA0002868849160000076
其中，p0表示功率值，
Figure GDA0002868849160000077
表示信号强度的平均值，n表示环境衰减因子，
Figure GDA0002868849160000078
表示衰减平均值；
对所有测量点的衰减值ρi、衰减平均值
Figure GDA0002868849160000079
和无线设备信号强度平均值
Figure GDA00028688491600000710
应用线性回归方程得出无线设备传输特性，记为
Figure GDA00028688491600000711
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA00028688491600000712
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值，p0表示功率值，
Figure GDA00028688491600000713
表示信号强度的平均值，
Figure GDA00028688491600000714
表示衰减平均值。
上述计算衰减平均值可以减少环境衰减因子的误差，从而能够提高无线定位方法的定位精度。
实施例4
一种测量无线设备传输特性的方法，包括：
以20cm为间隔，在距离无线设备20m的范围内设置100个检测点；
每个测量点接收100个无线设备信号强度值，取所述100个无线设备信号强度值的平均值作为测量值，记为RSSIi，i＝1,2,…,100；其中，RSSIi表示信号强度值，i表示信号强度值的序号；
计算每个测量点的衰减值，记为ρi＝-10lgdi，i＝1，2，3，…，100；其中ρi表示衰减值，ρi中的i表示衰减值序号，di表示距离，di中的i表示距离序号；
计算衰减平均值
Figure GDA0002868849160000081
计算无线设备信号强度的平均值
Figure GDA0002868849160000082
其中，
Figure GDA0002868849160000083
表示信号强度的平均值，RSSIi表示信号强度值；
计算环境衰减因子，记为
Figure GDA0002868849160000084
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA0002868849160000085
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值；
计算功率值，记为
Figure GDA0002868849160000086
其中，p0表示功率值，
Figure GDA0002868849160000087
表示信号强度的平均值，n表示环境衰减因子，
Figure GDA0002868849160000088
表示衰减平均值；
对所有测量点的衰减值ρi、衰减平均值
Figure GDA0002868849160000089
和无线设备信号强度平均值
Figure GDA00028688491600000810
应用线性回归方程得出无线设备传输特性，记为
Figure GDA00028688491600000811
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure GDA00028688491600000812
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值，p0表示功率值，
Figure GDA00028688491600000813
表示信号强度的平均值，
Figure GDA00028688491600000814
表示衰减平均值。
上述计算无线设备信号强度的平均值能够降低测量无线设备在无线传输特性中功率值p(d0)和环境衰减因子n的随机误差，从而提高无线定位方法的精度。
示例性的，一种测量无线设备传输特性的装置，包括：
以20cm为间隔，距离无线设备20m的范围内设置100个测量点；
每个测量点接收100个无线设备信号强度值，取其平均值作为测量值，记为RSSIi，i＝1,2,…,100；
计算每个测量点的衰减值，记为ρi＝-10lgdi，i＝1，2，3，…，100；
计算衰减平均值，记为
Figure GDA00028688491600000815
计算RSSI平均值，记为
Figure GDA00028688491600000816
计算环境衰减因子，记为
Figure GDA0002868849160000091
计算功率值，记为
Figure GDA0002868849160000092
本发明中提到的测量无线设备无线传输特性的方法，极大地降低了测量无线设备在无线传输特性中功率值p0和环境衰减因子n的随机误差，进而提高了室内无线定位的定位精度。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (1)

1.一种测量无线设备传输特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以20cm为间隔，在距离无线设备20m的范围内设置100个检测点；
每个测量点接收100个无线设备信号强度值，取所述100个无线设备信号强度值的平均值作为测量值，记为RSSIi，i＝1,2,…,100；其中，RSSIi表示信号强度值，i表示信号强度值的序号；
计算每个测量点的衰减值，记为ρi＝-10lg di，i＝1，2，3，…，100；其中ρi表示衰减值，ρi中的i表示衰减值序号，di表示距离，di中的i表示距离序号；
计算衰减平均值
Figure FDA0002868849150000011
其中，
Figure FDA0002868849150000012
Figure FDA0002868849150000013
表示衰减平均值，ρi表示衰减值；
计算无线设备信号强度的平均值
Figure FDA0002868849150000014
其中，
Figure FDA0002868849150000015
Figure FDA0002868849150000016
表示信号强度的平均值，RSSIi表示信号强度值；
计算环境衰减因子，记为
Figure FDA0002868849150000017
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure FDA0002868849150000018
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值；
计算功率值，记为
Figure FDA0002868849150000019
其中，p0表示功率值，
Figure FDA00028688491500000110
表示信号强度的平均值，n表示环境衰减因子，
Figure FDA00028688491500000111
表示衰减平均值；
对所有测量点的衰减值ρi、衰减平均值
Figure FDA00028688491500000112
和无线设备信号强度平均值
Figure FDA00028688491500000113
应用线性回归方程得出无线设备传输特性，记为
Figure FDA00028688491500000114
其中，n表示环境衰减因子，ρi表示衰减值，
Figure FDA00028688491500000115
表示衰减平均值，RSSIi表示信号强度值，p0表示功率值，
Figure FDA00028688491500000116
表示信号强度的平均值，
Figure FDA00028688491500000117
表示衰减平均值。
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