基于Bluetooth和TOA定位算法的圖書館導航系統(tǒng)
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2.2 定位系統(tǒng)服務器端軟件設計
服務器端使用Asp.net開發(fā)，具備以下3項主要功能：在線書籍查詢；在線幫助服務；客戶端配置更新。
當接收到客戶端書籍查詢請求時，在線書籍查詢根據(jù)請求類型查詢數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)并以XML文檔的形式返回結(jié)果。書籍信息包括書名，作者，所在的書架，這樣通過書架位置就可以大致確定書的確切位置。所有數(shù)據(jù)利用無線網(wǎng)絡傳輸，極大地方便了用戶。
圖書館地形信息以及藍牙點分布圖的數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中。地形信息包括圖書館的形狀以及各個書架的位置、長度，以數(shù)據(jù)庫表的形式存放。藍牙信號發(fā)射點分布圖包括每個藍牙信號發(fā)射點位置，惟一標識符(ID)。手機客戶端可以通過客戶端自動更新模塊獲得這些信息。
3 關(guān)鍵技術(shù)的設計與研究
3.1 藍牙定位原理
3.1.1 傳統(tǒng)測量算法
(1)通過傳播時間測量方法
它通過在已知傳播速度的情況下，無線電波傳播的距離與它傳播的時間成正比。但上述方法存在兩個問題，影響了方法的使用性：
時鐘精度 因為藍牙信號的傳播速度很快，又考慮到各種延遲，所以為了減小測量誤差必須使用高精度的時鐘，時間單位采用ns，這對硬件的要求過高，不實用。
時鐘同步 參與同一個定位過程的參考點之間必須保證時鐘的同步，這樣才能保證測量結(jié)果的正確性和精度。
(2)信號衰減測量方法
在理想的傳播環(huán)境下，無線信號的衰減與1／r2成正比(其中r為傳播距離)。但實際上，無線信號在空間傳播時能量的衰減是多種因素共同作用的結(jié)果，而不單單與傳播距離有關(guān)。在一個地形地物較為復雜的環(huán)境中，無線信號傳播時的衰減會受到反射、折射、多徑效應等多種因素的影響，所以這種利用能量衰減測量距離的方法不如傳播時間測量方法精度高。
3.1.2 改進的TOA算法
從可行性和精度兩個方面綜合考慮之后，我們決定采用依靠經(jīng)驗的定位方法：它同樣是基于無線電波能量來定位的，不同的是它不是根據(jù)能量衰減與距離平方的正比關(guān)系來計算距離，而是通過一個數(shù)據(jù)庫來記錄一定數(shù)量的參考位置的信號強度，然后把待測物體檢測到的信號強度與之相比而得到待測物體的信號強度。如果參考位置足夠多的話，這種方法具有很好的精度，并且不受實際地理位置的影響，因為參考位置正是從實際的測量中來的。這種方法的一個缺陷是它要求每次實施時要測量大量的參考位置上的信號強度，并且隨著時間推移，地理環(huán)境必定會有所改變，這時又要對所有的參考位置重新進行測量。
如圖4所示，系統(tǒng)從檢測到的有效藍牙點(通過ID判斷)選取三個點利用圖3所示方法定位。我們檢測到的信號強度值在263～230，隨著距離增大而減小，但不是線性變化。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)0～3 m，3～6 m，6～9 m區(qū)間內(nèi)可以近似成三個線性區(qū)間。于是分別測量并統(tǒng)計了一些藍牙點0，3，6，9 m的信號強度值，用來輔助計算。藍牙信號強度數(shù)據(jù)擬合結(jié)果如圖5所示。
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