很多情況下大家都採用實際測量的資料進行定位演算法的效能分析和驗證，但是實際測量的工作量太大、資料不全面、靈活性較小，採用模擬的方法獲取RSS資料是另一種可供選擇的方式。本文介紹射線跟蹤技術的基本原理，以及如何得到用於定位模擬的RSS資料。在此基礎上得到位置指紋庫與一組測試資料，用於以後定位演算法的驗證。（本文的原理介紹並不嚴謹，但求快速理解）

對數距離損耗模型

在自由空間中，沒有任何障礙物，訊號從發射源向四面八方呈球面形狀發射出去，各個方向上沒有任何區別，因此訊號的功率和距離的平方呈反比：\(P \propto \frac{1}{d^2}\)。

RSS就是功率，但是衰減的單位一般用dB來表示，那麼就很容易理解RSS與距離的關係了，RSS衰減與距離的對數呈正比，假設已知一個參考距離\(d_0\)

射線跟蹤技術

電磁波沿直線傳播，可以將其近似為射線進行分析。對於一個固定的發射源，在自由空間中，利用對數距離衰減模型即可計算各個位置的RSS，但是室內環境很複雜，訊號可以遇到牆壁發生反射，各個反射後的訊號又可以與未經反射的訊號疊加，實際中測量到的訊號其實包括了各個反射、繞射、散射訊號。在射線跟蹤中，計算出發射點與接收點之間的多條傳播路徑，分別對各個路徑的訊號進行分析，一般包括訊號強度、相位在多次反射或繞射下的計算，然後疊加得到接收點上的訊號。

舉個例子，下圖是一個假定的空曠的房間，有一個發射源（AP）在房間左邊的角落，一個接收器在房間的中央，接收器收到這個AP的訊號中包含了來自1條直射路徑與6條（牆壁）反射路徑的訊號（多次反射的影響很小，可以忽略），下圖右下角的曲線是某條直線上RSS隨距離的衰減，在這樣稍微複雜一點的環境中，RSS與距離的關係已經不是平滑的對數衰減了。理論上我們可以計算出任意一點的的RSS，圖中有6個AP，因此每個位置點可以分別計算出6個RSS。

生成用於位置指紋法的模擬資料

下面介紹一些怎麼得到在位置指紋法中進行模擬所需的資料。

• RSS模擬環境資料集：設定好房間尺寸和各個AP的位置等各種引數，使用射線跟蹤計算每個位置的RSS，位置點的間隔設得小一點（0這裡設為0.01m），計算一次射線跟蹤後把資料儲存起來，以後所有的RSS資料都從這個“RSS模擬環境資料集”中或取。

• 一個典型的離線指紋庫：模擬資料採集的過程，比如每個1m採集一次RSS資料，資料都從上面的“RSS模擬環境中”獲取。也可以考慮其他的一些採集方式，或者為採集過程加入噪聲，設定採集樣本的個數等。

• 線上定位測試資料：模擬一個目標在房間中運動，獲得一條運動軌跡，以及每個軌跡點上的RSS，用來作為定位演算法的測試資料。

這個系列的位置指紋法都使用生成的這些資料，用測試資料驗證演算法的效能。

程式碼和資料

• main.m：主程式，在模擬環境中，得到離線指紋庫，以及線上階段的測試資料，用於以後的定位測試。
• get_rss_by_ray_tracing.m：簡化場景下（空曠房間）的射線跟蹤。
• generate_radio_map.m：生成“RSS模擬環境資料集”。
• get_random_trace.m：生成一條隨機軌跡。
• get_offline_data_random.m：模擬隨機資料採集，生成位置指紋庫。
• get_offline_data_uniform.m：模擬均勻資料採集，生成位置指紋庫。
• get_online_data.m：模擬線上階段，生成測試資料。
• radio_map_20_15.mat：生成的“RSS模擬環境資料集”，199914996的陣列，比如fingerprint(1000, 1000, 2)代表的是模擬環境中位置（100，100）上接收到的第2個AP的RSS。
• offline_data_rss.mat：離線資料RSS，每行為一個RSS向量
• offline_data_location.mat：離線資料位置點，每行為一個位置點x，y
• online_data_trace.mat：生成測試資料的運動軌跡，10000*2的陣列，比如trace(10, :)代表的是第10個時刻目標的位置x和y。
• online_data_rss.mat：生成測試資料中與執行軌跡對應的RSS，10000*6的陣列，比如trace(10, :)代表的是第10個時刻時目標測得的各個RSS。

作者：rubbninja
出處：http://www.cnblogs.com/rubbninja/
關於作者：目前主要研究領域為機器學習與無線定位技術，歡迎討論與指正！
版權宣告：本文版權歸作者和部落格園共有，轉載請註明出處。