无线定位技术实验三 基于信号强度的位置指纹定位仿真
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一、实验目的
理解Wi-Fi定位中的位置指纹法，掌握使用路径损耗模型模拟相关指纹数据，使用MATLAB实现基于信号强度的位置指纹定位仿真。
二、实验要求
已知4个基站位置坐标分别为[0 0]，[0 21]，[21 0]，[21 21]。每间隔一米设置400个参考点，通过路径损耗模型计算每个参考点的位置相关的RSS指纹（四个基站的RSS），建立离线数据库。路径损耗参数设为：d_0=1；p_0=-30dB；n=-3；σ=1。当目标处于position_target=[9.5,10.7]时，通过路径损耗模型得出目标指纹，并与数据库进行在线匹配，得到最近的参考点坐标。
三、实验内容
1、位置指纹
一个位置指纹通常是指，一个MS在某个特定位置，采集不同AP发送过来的信号构成与特定位置相关的信号特征。通常可分为参考RF指纹与目标RF指纹。
2、位置指纹法
位置指纹法通常都是一个两阶段的工作模式：
（1）离线阶段：使用移动设备采集各AP发出来的RSSI(接收信号强度)，关联上采集时的位置信息，构建一个位置指纹数据库。
（2）在线阶段：用用户采集到的各AP的RSSI去搜索位置指纹数据库，得到最近的参考点坐标，估算用户位置。
3、位置指纹数据库
位置指纹数据库(LFDB)的构建是在离线阶段完成。位置指纹数据库由众多数据库元素组成。数据库元素为：DBE={L,R}。其中L表示物理位置，R表示在该位置上采集到的指纹，表述如下：
N_r表示的是离线阶段在参考位置点上采样设备通信范围内的AP数目。r_i表示的是采样设备接收自第i个AP的信号参数，id_i表示的是AP的ID。
3、实验分析过程
（1）利用路径损耗模型，计算出区域内400个参考点的路径损耗，构建指纹库。
（2）根据路径损耗模型，求出目标位置的路径损耗。路径损耗模型如下公式。
（3）使用曼哈顿距离将目标位置损耗值与数据库进行匹配，权重距离L_P最小对应的位置就是目标指纹的位置。
此次实验运用MATLAB时，主要注意循环结构和结构体的使用。
程序代码详见附录3。
四、实验结果
代码运行结果如下图：
由于路径损耗计算中存在随机数，故程序每次运行计算出的路径损耗结果会有所不同，相应地，匹配出的具体坐标也将不同。但RSS0大致能够稳定在-68至-63dB间。
五、实验讨论
WI-FI指纹定位的核心思想，是把实际环境中的位置和某种“指纹”联系起来，一个位置对应一个独特的指纹。这个指纹可以是单维或多维的，比如从某个特定位置的信号中提取指纹，那么指纹可以是这个信号的一个特征或多个特征（最常见的是信号强度）。
在实际应用中，一般通过在定位空间采集通信设备的物理地址和信号特征，构成指纹数据库，而非采集基站信息构建数据库，故不需要知道基站位置坐标。若要对某个待定位点进行定位，则采集该点的信号特征，并于指纹数据库进行对比，将数据库中与待定位点信号特征最接近的采样点，作为该定位点的定位结果。
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