Bessel函数测距模型的RSSI测距方法
发布时间：2022-01-17 11:47
针对现有RSSI测距方法中,影响测距精度的RSSI测量值难以准确估计和RSSI值与距离对应衰减关系不明确的问题,给出一种基于Bessel函数测距模型的RSSI测距方法。首先对RSSI原始测量数据进行异常值剔除,滤波和凸优化提取趋势项的预处理,然后建立基于Bessel函数的测距模型,基于预处理所得光滑数据,利用最小二乘法辨识测距模型中未知参数,从而得到具体测距模型表达式。基于实测数据对所提方法进行实验验证,与Shadowing模型、分段函数测距模型对比,结果表明,Bessel函数测距模型的RSSI误差均值在1.8dBm范围以内,能更有效反映RSSI值衰减关系,提高了测距精度且计算开销不大。
【文章来源】：传感技术学报. 2020,33(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图４?ＲＦＩＤ实物实验展示??ＲＦＩＤ设备参数设實如表１所示
干扰??情况Ｔ进行了犬最实验，部分实验数据如图１和图??２所示。问趣Ｉ）：?ＲＳＳＩ测量值波动：且粗大异常值现??象，导致ＲＳＳＩ值难以准确估计。图１为节点与无线??信号：源之间的测试距离为９?ｍ处采样周期１００次的??ＲＳＢＩ测綦值，ＲＳＳＩ视疆痕会围幾在中心值－５２?ｄＢｍ??范围上下轻微波动且振幅范＿为２?ｄＢｍ，偶尔会出??现个别粗大异常ＲＳＳＩ值现象，无线信号强度达到－??４８?ｄＢｍ，因此需要进行剔除ｅ问题，＠：Ｒ３ＳＩ值与距??离：对应衰＿关系不明确的＿问题ｉ图２所示．，在＿［０，??１９］?ｍ测量爾围内，无线信号．强度随距离对应衰减??关系。当测试座离较近时，无线信号强度与鉅离之??间具有较明确的对＆食减关系；当测试距离较远时，??由于窠内无线會号反射、散射、绕射等干扰以及设备??物理层机制的问题，在无线倩号强度减弱的情况下．＿，??Ｒｓｓｒ值在一定范围内波动且振幅较大，难以明确无??线信号强度与距离之间对．虛衰减关系。??０?４?８?１２?１６?２０??距离／ｍ??图２无线信号强度与距离对应关系??２基于Ｂｅｓｓｅｌ函数的测距方法??对于多次实验中均出现的ＲＳＳＩ测距的干扰问??题①和问题②，本文给出了基于Ｂｅｓｓｅｌ函数的ＲＳＳＩ??对整体衰減关系进行拟合ａ因此，准确测距关键在??于两点，第一，通过对ＲＳＳＩ原始数据进行颈处理解??决ＲＳＳＩ测１值难以准确估计问题；第二，根据??Ｂｅｓｓｅｌ函数构造测距模纖对ＲＳＳＩ值与跟离之间：对??应衰减关系进行拟合，??文献［５?］是对原始ＲＳＳＩ测量值迸行高斯滤波??予处理，其假设条件是ＫＳＳＩ测羹值符合正态分布；??文献
ｄＢｍ。在电子标签距离阅读器１．２?ｍ和６??ｍ处测试距离较近，没有出现异常ＲＳＳＩ值；在１２?ｍ??和１８?ｍ处测试距离较远，出现异常ＲＳＳＩ值，需进行??剔除。??—ＵＪ?－ＵＪ??０?４０?８０?０?４０?８０??采样周期／次采样周期／次??（ｃ）距离１２?ｍ?（ｄ）距离１８?ｍ??图６不同距离滤波后信号强度??通过肖维勒法剔除异常值及９点移动平均平猾??滤波处理后，进一步得宠线信号强度与距离的对应??衰减关系，如图２所示。本文采用优化算法提取??结束??图３测距整体流程图??３实验验证??３．１数据预处理实验??本文卖验环境为：室内２０?ｍ的长廊，在无随机??干扰情况下进行＃具体实验方案：测试的总距离为??１９?ｍ，每隔０．６?ｍ处进行一次无线信号强度的数据??采集，一共有３１处采样点，对同一位寶：处无线信号??強度值读取次数为１００次，直到电子标遂与阅读器??测试距离达到１９?右，测遑并记录每个＆實：采样??的１００组无线信考强度值和测量距离数据６??图４?ＲＦＩＤ实物实验展示??ＲＦＩＤ设备参数设實如表１所示。??表１实验设备参数设置??参数名??灘取值??．发．射功．？??－２０?ｄＢｍ??发射时间间隔??１?ｍｓ??＿一廳：下麵氧雜数??１００??距离变化范围??０￣?１９?ｍ??如图５所示，电子标签距离阅渎器分别在１．２??ｉ、６?ｍ、１２．?．ｍ、８?ｍ处ＲＳＳＩ原：始测量值通过观察分??Ｂｅｓｓｅ涵数测距模型??ＲＦｉｑ?电???ｍ．／?＂??／??ＲＦＩＤｉ?ｆ？标签??ＲＦＩＤ阅读器??４５??－５ｉ??ｓａｐ／ｆｅｉ国咿３５
【参考文献】：
期刊论文
[1]电离层Es电波传播模型研究[J]. 张雅彬,吴健,许正文,徐彬,薛昆,赵海生,崔玉国. 空间科学学报. 2019(01)
[2]基于改进强跟踪滤波的室内RSSI自适应估计算法[J]. 石欣,王梨,赵莹. 仪器仪表学报. 2018(12)
[3]情境自适应的RSSI分段异构拟合定位方法[J]. 陈泳希,刘任任,陈益强,王双全,蒋鑫龙. 计算机工程与科学. 2017(07)
[4]广义延拓插值模型在RSSI测距方法中的应用[J]. 尚俊娜,程涛,盛林,施浒立,岳克强. 传感技术学报. 2016(11)
[5]一种基于Bessel函数的混沌神经网络[J]. 叶永刚,徐耀群. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]一种基于卡尔曼数据平滑的分段曲线拟合室内定位算法[J]. 朱明强,侯建军,刘颖,苏军峰. 北京交通大学学报. 2012(05)
[7]基于ZigBee的RSSI测距研究[J]. 章坚武,张璐,应瑛,高锋. 传感技术学报. 2009(02)
本文编号：3594673
【文章来源】：传感技术学报. 2020,33(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图４?ＲＦＩＤ实物实验展示??ＲＦＩＤ设备参数设實如表１所示
干扰??情况Ｔ进行了犬最实验，部分实验数据如图１和图??２所示。问趣Ｉ）：?ＲＳＳＩ测量值波动：且粗大异常值现??象，导致ＲＳＳＩ值难以准确估计。图１为节点与无线??信号：源之间的测试距离为９?ｍ处采样周期１００次的??ＲＳＢＩ测綦值，ＲＳＳＩ视疆痕会围幾在中心值－５２?ｄＢｍ??范围上下轻微波动且振幅范＿为２?ｄＢｍ，偶尔会出??现个别粗大异常ＲＳＳＩ值现象，无线信号强度达到－??４８?ｄＢｍ，因此需要进行剔除ｅ问题，＠：Ｒ３ＳＩ值与距??离：对应衰＿关系不明确的＿问题ｉ图２所示．，在＿［０，??１９］?ｍ测量爾围内，无线信号．强度随距离对应衰减??关系。当测试座离较近时，无线信号强度与鉅离之??间具有较明确的对＆食减关系；当测试距离较远时，??由于窠内无线會号反射、散射、绕射等干扰以及设备??物理层机制的问题，在无线倩号强度减弱的情况下．＿，??Ｒｓｓｒ值在一定范围内波动且振幅较大，难以明确无??线信号强度与距离之间对．虛衰减关系。??０?４?８?１２?１６?２０??距离／ｍ??图２无线信号强度与距离对应关系??２基于Ｂｅｓｓｅｌ函数的测距方法??对于多次实验中均出现的ＲＳＳＩ测距的干扰问??题①和问题②，本文给出了基于Ｂｅｓｓｅｌ函数的ＲＳＳＩ??对整体衰減关系进行拟合ａ因此，准确测距关键在??于两点，第一，通过对ＲＳＳＩ原始数据进行颈处理解??决ＲＳＳＩ测１值难以准确估计问题；第二，根据??Ｂｅｓｓｅｌ函数构造测距模纖对ＲＳＳＩ值与跟离之间：对??应衰减关系进行拟合，??文献［５?］是对原始ＲＳＳＩ测量值迸行高斯滤波??予处理，其假设条件是ＫＳＳＩ测羹值符合正态分布；??文献
ｄＢｍ。在电子标签距离阅读器１．２?ｍ和６??ｍ处测试距离较近，没有出现异常ＲＳＳＩ值；在１２?ｍ??和１８?ｍ处测试距离较远，出现异常ＲＳＳＩ值，需进行??剔除。??—ＵＪ?－ＵＪ??０?４０?８０?０?４０?８０??采样周期／次采样周期／次??（ｃ）距离１２?ｍ?（ｄ）距离１８?ｍ??图６不同距离滤波后信号强度??通过肖维勒法剔除异常值及９点移动平均平猾??滤波处理后，进一步得宠线信号强度与距离的对应??衰减关系，如图２所示。本文采用优化算法提取??结束??图３测距整体流程图??３实验验证??３．１数据预处理实验??本文卖验环境为：室内２０?ｍ的长廊，在无随机??干扰情况下进行＃具体实验方案：测试的总距离为??１９?ｍ，每隔０．６?ｍ处进行一次无线信号强度的数据??采集，一共有３１处采样点，对同一位寶：处无线信号??強度值读取次数为１００次，直到电子标遂与阅读器??测试距离达到１９?右，测遑并记录每个＆實：采样??的１００组无线信考强度值和测量距离数据６??图４?ＲＦＩＤ实物实验展示??ＲＦＩＤ设备参数设實如表１所示。??表１实验设备参数设置??参数名??灘取值??．发．射功．？??－２０?ｄＢｍ??发射时间间隔??１?ｍｓ??＿一廳：下麵氧雜数??１００??距离变化范围??０￣?１９?ｍ??如图５所示，电子标签距离阅渎器分别在１．２??ｉ、６?ｍ、１２．?．ｍ、８?ｍ处ＲＳＳＩ原：始测量值通过观察分??Ｂｅｓｓｅ涵数测距模型??ＲＦｉｑ?电???ｍ．／?＂??／??ＲＦＩＤｉ?ｆ？标签??ＲＦＩＤ阅读器??４５??－５ｉ??ｓａｐ／ｆｅｉ国咿３５
【参考文献】：
期刊论文
[1]电离层Es电波传播模型研究[J]. 张雅彬,吴健,许正文,徐彬,薛昆,赵海生,崔玉国. 空间科学学报. 2019(01)
[2]基于改进强跟踪滤波的室内RSSI自适应估计算法[J]. 石欣,王梨,赵莹. 仪器仪表学报. 2018(12)
[3]情境自适应的RSSI分段异构拟合定位方法[J]. 陈泳希,刘任任,陈益强,王双全,蒋鑫龙. 计算机工程与科学. 2017(07)
[4]广义延拓插值模型在RSSI测距方法中的应用[J]. 尚俊娜,程涛,盛林,施浒立,岳克强. 传感技术学报. 2016(11)
[5]一种基于Bessel函数的混沌神经网络[J]. 叶永刚,徐耀群. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]一种基于卡尔曼数据平滑的分段曲线拟合室内定位算法[J]. 朱明强,侯建军,刘颖,苏军峰. 北京交通大学学报. 2012(05)
[7]基于ZigBee的RSSI测距研究[J]. 章坚武,张璐,应瑛,高锋. 传感技术学报. 2009(02)
本文编号：3594673
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