摘  要： 為了滿足航空旅客在機(jī)場候機(jī)大廳的位置服務(wù)需要,，同時(shí)為了降低AP（Access Point）部署的高度對(duì)定位的影響，提出了一種基于信號(hào)強(qiáng)度和傳播模型的三維定位技術(shù),。該方法首先采用最小二乘法確定傳播模型的參數(shù)，再使用最小均方差實(shí)現(xiàn)定位,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，該算法的誤差在3 m內(nèi)，準(zhǔn)確率達(dá)83.36%,，能夠滿足旅客在機(jī)場候機(jī)廳內(nèi)位置服務(wù)的需要,。
關(guān)鍵詞： 機(jī)場候機(jī)大廳；傳播模型,；三維定位,；最小二乘法；最小均方差

　隨著無線技術(shù)的快速發(fā)展以及智能終端的迅速普及,，在機(jī)場航站樓內(nèi)航空旅客對(duì)位置服務(wù)的需求日益增加,，而位置服務(wù)的關(guān)鍵是精確的室內(nèi)定位。目前,，針對(duì)室內(nèi)定位的研究主要集中在如何充分利用室內(nèi)布置良好的無線局域網(wǎng),。其中，基于信號(hào)強(qiáng)度的定位技術(shù)由于具有不需要添加額外硬件設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注,?；谛盘?hào)強(qiáng)度的定位技術(shù)主要有位置指紋和傳播模型兩種[1-5]。位置指紋法需要到待定位區(qū)域大量采樣并提取各個(gè)采樣點(diǎn)的信號(hào)特征,，在定位時(shí)根據(jù)收到的信號(hào)特征與各個(gè)采樣點(diǎn)的信號(hào)特征進(jìn)行逐一對(duì)比實(shí)現(xiàn),。這種方法的缺點(diǎn)是采樣工作量大，當(dāng)室內(nèi)布局發(fā)生改變時(shí)需要重新采樣,，但精度和準(zhǔn)確度高,。傳播模型根據(jù)無線信號(hào)強(qiáng)度隨距離衰減規(guī)律，將信號(hào)強(qiáng)度的衰減轉(zhuǎn)換為距離,，再根據(jù)三角測量原理等實(shí)現(xiàn)定位,，其優(yōu)點(diǎn)是不需要采樣，但精度相對(duì)低,。
　第一機(jī)場候機(jī)大廳的面積大,，采樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力；第二機(jī)場候機(jī)大廳的AP部署在頂部,，高度一般在7 m～9 m左右,，旅客在定位時(shí)信號(hào)在傳播路徑上的干擾較少。綜合以上考慮，本文選擇基于傳播模型的室內(nèi)定位算法,。目前基于傳播模型的定位技術(shù)多采用二維平面方式,，忽略了AP部署高度對(duì)定位的影響。而候機(jī)大廳的AP部署距離地面很高,，已成為影響定位精度的重要因素,，傳統(tǒng)的二維傳播模型[6-10]不適合這一特殊場景，因此,，本文提出一種基于傳播模型的三維定位技術(shù),。該方法首先采用最小二乘法[7]計(jì)算傳播模型的參數(shù)，再使用MMSE算法[7]實(shí)現(xiàn)三維定位,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，本文定位算法相對(duì)二維平面定位算法能夠顯著提高定位準(zhǔn)確率，降低定位誤差,，能滿足航空旅客在機(jī)場大廳的位置服務(wù)的需要,。
1 定位算法
　本文定位算法主要分兩步完成：（1）通過最小二乘法確定傳播模型的參數(shù)；（2）通過MMSE算法得到用戶位置,。
1.1 確定參數(shù)
　由于參數(shù)的精度將直接影響定位的精度,，因此，本文選擇多個(gè)位置多次收集AP的信號(hào)強(qiáng)度,，再計(jì)算每個(gè)位置的各個(gè)AP的信號(hào)強(qiáng)度均值,，最后通過最小二乘法計(jì)算出參數(shù)。
 

2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
　實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)采用C/S結(jié)構(gòu),，Android智能手機(jī)作為客戶端,，用于收集AP的信號(hào)強(qiáng)度，并將其發(fā)送給服務(wù)器,，最后根據(jù)服務(wù)器返回的計(jì)算結(jié)果顯示用戶位置,；臺(tái)式計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器，根據(jù)客戶端收集到的信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù),，結(jié)合本文算法得出用戶位置,，再將定位結(jié)果發(fā)送給客戶端。
　為了最大程度模擬航站樓的實(shí)際環(huán)境,，本文選擇一個(gè)相對(duì)空曠的教室,，整個(gè)區(qū)域大小為14 m×7.8 m，共3個(gè)AP分別部署離地板2.74 m,、2.61 m,、2.94 m處，如圖1所示,。手持Android智能手機(jī)高度為1.30 m,，在確定參數(shù)階段,，隨機(jī)選擇3個(gè)位置收集20次信號(hào)強(qiáng)度值，用于計(jì)算傳播模型的參數(shù),。在實(shí)施定位階段,，隨機(jī)選擇10個(gè)位置收集5～6次信號(hào)強(qiáng)度值，并用于實(shí)施定位,，并將定位結(jié)果與二維平面定位技術(shù)進(jìn)行比較,。

　由圖2可以看出，在同一個(gè)位置,，3個(gè)AP信號(hào)強(qiáng)度變化幅度很小,，最大幅度為-11 dBm。這是由于AP部署位置距離地面高,，信號(hào)在傳播路徑上的干擾相對(duì)較少。
　為了驗(yàn)證本文定位算法,，本文對(duì)50～60次的定位結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,，并與參考文獻(xiàn)[7]的二維定位算法進(jìn)行了對(duì)比，其結(jié)果如圖3所示,。

　由圖4可以看出,，隨著迭代次數(shù)的增加，兩種定位算法定位誤差依次降低,。在第6次迭代兩種定位算法的定位誤差已小于1 m,，三維定位算法相對(duì)二維定位算法誤差減小26 cm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣驗(yàn)證了AP的高度對(duì)定位精度的影響,。由圖3和圖4可以看出,，AP部署的高度是影響定位的因素，同時(shí)證明了本文提出的三維定位技術(shù)的有效性,。
　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，本文算法相對(duì)二維平面定位技術(shù)提高了準(zhǔn)確率，降低了誤差,。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中移動(dòng)終端與AP高度差小,，最大不到2 m；而在候機(jī)大廳的實(shí)際環(huán)境中AP部署高度一般在7 m～9 m,，手持移動(dòng)終端高度在1 m～ 2 m,，高度差將達(dá)到5 m～8 m。因此,，在機(jī)場候機(jī)大廳中,，與傳統(tǒng)的二維傳播模型相比本文算法將顯示出更大的優(yōu)勢。
　為了滿足航空旅客在機(jī)場候機(jī)大廳的位置服務(wù)需要,，提出一種基于信號(hào)強(qiáng)度和傳播模型的三維定位技術(shù),。該方法首先采用最小二乘法確定傳播模型的參數(shù),，再用最小均方差實(shí)現(xiàn)三維定位。由于機(jī)場候機(jī)大廳的AP部署距離地面很高,，是影響定位效果的關(guān)鍵因素,。與傳統(tǒng)二維定位技術(shù)相比，該方法能降低AP部署高度對(duì)定位的影響,，更適合這一特殊場景,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能夠提高定位的精度和準(zhǔn)確度,，在誤差3 m內(nèi)的定位準(zhǔn)確率達(dá)到83.36%,，因此能夠滿足旅客在機(jī)場候機(jī)大廳的位置服務(wù)需要。今后將本文算法應(yīng)用到候機(jī)廳的實(shí)際環(huán)境中,，并深入研究不同區(qū)域的不同樓層的定位問題,。
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