2018-09-27
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基于rssi的三点定位算法,是已知三个点的坐标和未知点到这三个点的rssi的信号值,求解未知点的坐标。

首先是将rssi信号转换为距离:

 

d=10^((abs(rssi)-a)/(10*n))

 

其中d为距离,单位是m。

rssi为rssi信号强度,为负数。

a为距离探测设备1m时的rssi值的绝对值,最佳范围在45-49之间。

n为环境衰减因子,需要测试矫正,最佳范围在3.25-4.5之间。

 

在获取未知点到三个点的距离后,剩下的就是求解未知点的坐标。我们都知道两个圆会相交于一个或者两个点(如果相交),那么三个圆如果相交的话,必然会交于一个点(三个探测设备在一条直线上的情况下有可能相交于两个点,这里不考虑),所以我们要求解的未知点便是以三个已知点为圆心,以他们与未知点之间的距离为半径画出的三个圆的交点。那么这个问题就转化为了求三个已知圆的交点,然后如果根据圆的方程:

 

(x1 – x)^2 (y1-y)^2 = r1^2

(x2 – x)^2 (y2-y)^2= r2^2

(x3 – x)^2 (y3-y)^2= r3^2

 

求解的话,是非常难求出未知点的坐标的。

这里介绍另一种程序容易实现的计算方法:

一、判断任意两个圆是否相切(内切或外切),这里可以设定一个误差允许值d,也就是

 

(x1 – x2)^2 (y1-y2)^2= (r1 r2 d)^2

 

满足上述公式时就认为两个圆相切,其中d为误差值,可以是正数或者负数。如果两个圆相切的话,那么交点就比较好求解了:

 

x = x1 (x2 - x1)*(r1/(r1 r2));

 

y = y1 (y2- y1)*(r1/(r1 r2));

 

求解到x和y的坐标后,只需要用第三个圆进行验证,即求出这个点到第三个圆的圆心的距离,再和第三个圆的半径做比较,如果在误差允许范围内,那么就可以认为求得的x,y是三个圆的交点,也就是未知点的坐标。

 

二、没有任意两个圆相切,那么就先用两个圆求解两个交点,如下图:

其中a,b是两个圆心,坐标分别为(xa,ya)和(xb,ybs),c,d是两个圆的焦点,e为ab与cd的交点。

其中

 

 ab^2 = (xa – xb)^2 (ya-yb)^2

 

其中

 

ac^2 =ae^2 ce^2               ……………………1

 

bc^2 = be^2 ce^2                                ……………………2             

 

ac = ra

bc= rb

ae be = ab = (xa – xb)^2 (ya

– yb)^2

 

等式2转换为

 

bc^2 = (ab - ae)^2 ce^2

 

bc^2 = ab^2 ae^2 – 2*ab*ae ce^2 ……………………3

 

等式3减去等式1:

 

bc^2 - ac^2 = ab^2 – 2*ab*ae

ae = (rb ^2 - ra ^2 -ab^2)/( – 2*ab)

 

于是可以根据以下公式求得ce

 

ce^2 = ac^2 – ae^2

 

我们还可以获取e点的坐标(xe, ye)

 

xe = xa ( (xb- xa)*ae )/ab

ye = ya ( (yb- ya)*ae )/ab

 

然后我需要求得ab和cd的斜率kab和kcd

 

kab = (yb - ya)/(xb - xa)

kcd = (-1)/kab //这里要注意kab为0的情况

 

然后求得cd和x轴的夹角

 

∠cdx = atan(kcd)

 

这时候就可以求得c (xc, yc)和d(xd, yd)的坐标

 

xc = xe ce*cos(∠cdxs)

yc = ye ce*sin (∠cdxs)

xd = xe - ce*cos(∠cdxs)

yd = ye - ce*sin (∠cdxs) //这里也要注意sin (∠cdxs)和cos(∠cdxs)为nan的情况

 

至此,我们就求得了两个圆的两个交点坐标,然后只需要用这两个点去第三个圆做验证,就可以获得三个圆的交点,也就是我们要求的未知点。

来源:csdn

 

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