學(xué)號：20021210595? ? 姓名：楊嬋
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【嵌牛導(dǎo)讀】很多情況下大家都采用實(shí)際測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位算法的性能分析和驗(yàn)證忱反，但是實(shí)際測量的工作量太大缩抡、數(shù)據(jù)不全面蜀撑、靈活性較小，采用仿真的方法獲取RSS數(shù)據(jù)是另一種可供選擇的方式。本文介紹射線跟蹤技術(shù)的基本原理壁却，以及如何得到用于定位仿真的RSS數(shù)據(jù)隔箍。在此基礎(chǔ)上得到位置指紋庫與一組測試數(shù)據(jù)，用于以后定位算法的驗(yàn)證坎背。
【嵌牛鼻子】wifi替劈，室內(nèi)定位，位置指紋
【嵌牛提問】RSS數(shù)據(jù)如何模擬沼瘫？
【嵌牛正文】
對數(shù)距離損耗模型
在自由空間中抬纸，沒有任何障礙物，信號從發(fā)射源向四面八方呈球面形狀發(fā)射出去耿戚，各個方向上沒有任何區(qū)別湿故，因此信號的功率和距離的平方呈反比：P∝1d2P∝1d2。
RSS就是功率膜蛔，但是衰減的單位一般用dB來表示坛猪，那么就很容易理解RSS與距離的關(guān)系了，RSS衰減與距離的對數(shù)呈正比皂股，假設(shè)已知一個參考距離d0d0以及這個距離上的RSS為RSS(d0)RSS(d0)墅茉，那么，RSS(d)=RSS(d0)?10nlog(dd0)RSS(d)=RSS(d0)?10nlog?(dd0)呜呐。自由空間中n=2n=2就斤，這就是最常見的對數(shù)距離損耗模型（針對室內(nèi)的傳播模型還有分隔損耗、樓層間分隔損耗蘑辑、Ericsson多重斷點(diǎn)模型等）洋机。下圖中的黑線是一組在走廊中測量的實(shí)際數(shù)據(jù)，紅線是對數(shù)距離損耗模型的擬合結(jié)果洋魂，可以看出模型可以反映總體趨勢绷旗，但和真實(shí)室內(nèi)環(huán)境下的情況還是有較大區(qū)別，注意黑線的波動不是因?yàn)樵肼暩笨常菍?shí)際的信號傳播環(huán)境造成的衔肢。走廊這種場景算是比較簡單的，如果在其他一下更復(fù)雜的場景下豁翎，有更多的信號遮擋角骤、反射等因素存在，RSS不僅和距離位置有關(guān)心剥，還和周圍的各種障礙物有關(guān)系邦尊，因此在更復(fù)雜一點(diǎn)的場景下硼控，可以用射線跟蹤技術(shù)來分析。
射線跟蹤技術(shù)
電磁波沿直線傳播胳赌，可以將其近似為射線進(jìn)行分析牢撼。對于一個固定的發(fā)射源，在自由空間中疑苫，利用對數(shù)距離衰減模型即可計算各個位置的RSS熏版，但是室內(nèi)環(huán)境很復(fù)雜，信號可以遇到墻壁發(fā)生反射捍掺，各個反射后的信號又可以與未經(jīng)反射的信號疊加撼短，實(shí)際中測量到的信號其實(shí)包括了各個反射、繞射挺勿、散射信號曲横。在射線跟蹤中，計算出發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的多條傳播路徑不瓶，分別對各個路徑的信號進(jìn)行分析禾嫉，一般包括信號強(qiáng)度、相位在多次反射或繞射下的計算蚊丐，然后疊加得到接收點(diǎn)上的信號熙参。
舉個例子，下圖是一個假定的空曠的房間麦备，有一個發(fā)射源（AP）在房間左邊的角落孽椰，一個接收器在房間的中央，接收器收到這個AP的信號中包含了來自1條直射路徑與6條（墻壁）反射路徑的信號（多次反射的影響很小凛篙，可以忽略）黍匾，下圖右下角的曲線是某條直線上RSS隨距離的衰減，在這樣稍微復(fù)雜一點(diǎn)的環(huán)境中呛梆，RSS與距離的關(guān)系已經(jīng)不是平滑的對數(shù)衰減了锐涯。理論上我們可以計算出任意一點(diǎn)的的RSS，圖中有6個AP削彬，因此每個位置點(diǎn)可以分別計算出6個RSS全庸。
生成用于位置指紋法的仿真數(shù)據(jù)
下面介紹一些怎么得到在位置指紋法中進(jìn)行仿真所需的數(shù)據(jù)秀仲。
RSS仿真環(huán)境數(shù)據(jù)集：設(shè)置好房間尺寸和各個AP的位置等各種參數(shù)融痛，使用射線跟蹤計算每個位置的RSS，位置點(diǎn)的間隔設(shè)得小一點(diǎn)（0這里設(shè)為0.01m）神僵，計算一次射線跟蹤后把數(shù)據(jù)保存起來雁刷，以后所有的RSS數(shù)據(jù)都從這個“RSS仿真環(huán)境數(shù)據(jù)集”中或取。
一個典型的離線指紋庫：模擬數(shù)據(jù)采集的過程保礼，比如每個1m采集一次RSS數(shù)據(jù)沛励，數(shù)據(jù)都從上面的“RSS仿真環(huán)境中”獲取责语。也可以考慮其他的一些采集方式，或者為采集過程加入噪聲目派，設(shè)置采集樣本的個數(shù)等坤候。
在線定位測試數(shù)據(jù)：模擬一個目標(biāo)在房間中運(yùn)動，獲得一條運(yùn)動軌跡企蹭，以及每個軌跡點(diǎn)上的RSS白筹，用來作為定位算法的測試數(shù)據(jù)。
這個系列的位置指紋法都使用生成的這些數(shù)據(jù)谅摄，用測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證算法的性能徒河。
代碼和數(shù)據(jù)
代碼地址:https://github.com/jiangqideng/codeInBlogs/tree/master/IP_raytracing
main.m：主程序，在仿真環(huán)境中送漠，得到離線指紋庫顽照，以及在線階段的測試數(shù)據(jù)，用于以后的定位測試闽寡。
get_rss_by_ray_tracing.m：簡化場景下（空曠房間）的射線跟蹤代兵。
generate_radio_map.m：生成“RSS仿真環(huán)境數(shù)據(jù)集”。
get_random_trace.m：生成一條隨機(jī)軌跡爷狈。
get_offline_data_random.m：模擬隨機(jī)數(shù)據(jù)采集奢人，生成位置指紋庫。
get_offline_data_uniform.m：模擬均勻數(shù)據(jù)采集淆院，生成位置指紋庫何乎。
get_online_data.m：模擬在線階段，生成測試數(shù)據(jù)土辩。
radio_map_20_15.mat：生成的“RSS仿真環(huán)境數(shù)據(jù)集”支救，199914996的數(shù)組，比如fingerprint(1000, 1000, 2)代表的是仿真環(huán)境中位置（100拷淘，100）上接收到的第2個AP的RSS各墨。
offline_data_rss.mat：離線數(shù)據(jù)RSS，每行為一個RSS向量
offline_data_location.mat：離線數(shù)據(jù)位置點(diǎn)启涯，每行為一個位置點(diǎn)x贬堵，y
online_data_trace.mat：生成測試數(shù)據(jù)的運(yùn)動軌跡，10000*2的數(shù)組结洼，比如trace(10, :)代表的是第10個時刻目標(biāo)的位置x和y黎做。
online_data_rss.mat：生成測試數(shù)據(jù)中與運(yùn)行軌跡對應(yīng)的RSS，10000*6的數(shù)組松忍，比如trace(10, :)代表的是第10個時刻時目標(biāo)測得的各個RSS蒸殿。
作者：[rubbninja](http://www.cnblogs.com/rubbninja/) 出處：[http://www.cnblogs.com/rubbninja/](http://www.cnblogs.com/rubbninja/) 關(guān)于作者：目前主要研究領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)與無線定位技術(shù)，歡迎討論與指正！ 版權(quán)聲明：本文版權(quán)歸作者和博客園共有宏所，轉(zhuǎn)載請注明出處酥艳。
