本文所述的仿真程序实现：RFID室内动态目标定位系统，通过对比加权非线性最小二乘法（WNLS）与扩展卡尔曼滤波（EKF）两种算法，评估其在动态场景下的定位精度与轨迹跟踪能力。
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文章目录
- 程序详解
- 背景与问题
- 系统组成
- 两种定位算法
- 输出内容
- 运行结果
- MATLAB源代码
程序详解
背景与问题
在室内定位领域，RFID系统利用各锚点（读写器天线）接收到的信号强度（RSSI）反推目标距离，再通过多边定位估计目标坐标。然而，RSSI信号受多径效应、环境噪声干扰严重，且对于运动目标，仅凭单帧独立定位往往产生较大的随机跳动误差。本程序正是为了解决这一问题而设计的对比实验框架。
系统组成
- 信道与噪声模型
程序内置两种路径损耗模型，可通过model_type参数切换：
| 模型类型 | 适用场景 | 路径损耗系数 |
|---|---|---|
passive_uhf | 被动UHF RFID（双程传播） | 20 n 20n20n |
active | 主动RFID / 无线节点（单程） | 10 n 10n10n |
RSSI观测量由对数距离模型叠加高斯白噪声生成：
RSSI i = RSSI 0 − PathCoeff ⋅ log 10 ( d i d 0 ) + N ( 0 , σ 2 ) \text{RSSI}_i = \text{RSSI}_0 - \text{PathCoeff} \cdot \log_{10}\!\left(\frac{d_i}{d_0}\right) + \mathcal{N}(0,\,\sigma^2)RSSIi=RSSI0−PathCoeff⋅log10(d0di)+N(0,σ2)
感知区域与锚点布局
仿真在8 m × 7 m 8\text{m} \times 7\text{m}8m×7m的矩形感知区域内部署6个锚点，兼顾四角覆盖与中轴加密，以改善区域中部的几何精度（GDOP）。真实轨迹设计
目标运动轨迹设计为穿越整个感知区域的S形曲线，兼具线性推进（x方向）与双峰正弦波动（y方向），用于充分测试算法在加速、减速和变向条件下的表现：
x ( t ) = 1.0 + 6.5 τ , y ( t ) = 3.5 + 2.8 sin ( 2 π τ ) + 0.6 sin ( 4 π τ ) x(t) = 1.0 + 6.5\tau, \quad y(t) = 3.5 + 2.8\sin(2\pi\tau) + 0.6\sin(4\pi\tau)x(t)=1.0+6.5τ,y(t)=3.5+2.8sin(2πτ)+0.6sin(4πτ)
两种定位算法
WNLS — 加权非线性最小二乘
每帧独立求解定位问题，不依赖任何运动先验。以距离估计的方差倒数为权重，先用线性化方程组给出初值，再经最多60次迭代梯度下降收敛至精确解。其优点是实现简单、无需状态维护，缺点是噪声帧间无法平滑，轨迹抖动明显。EKF — 扩展卡尔曼滤波
将状态扩展为四维向量X = [ x , y , v x , v y ] ⊤ \mathbf{X} = [x,\, y,\, v_x,\, v_y]^\topX=[x,y,vx,vy]⊤，采用匀速运动（CV）过程模型进行预测，再以RSSI观测量对状态进行非线性更新，雅可比矩阵由解析式精确计算。EKF利用目标运动的时序连续性，在噪声较大时通过递归融合历史信息，显著抑制轨迹抖动。
输出内容
程序运行后将输出四组图形与一份统计报告：
- 轨迹对比主图— 真实轨迹 / WNLS轨迹 / EKF轨迹三线叠加，并附误差连线辅助直观感知偏差
- 逐帧误差曲线— 总误差、X分量误差、Y分量误差随时间的变化对比
- EKF内部状态分析— 位置误差与估计协方差迹的双轴图、估计速度与真实速度的对比
- 统计箱线图 + 误差CDF— 从分布角度全面评价两种算法的精度与稳定性
命令行汇总了 RMSE、MAE、最大误差、标准差、CEP50/CEP90、X/Y向分量误差以及EKF速度估计误差等核心指标，并自动计算EKF相对WNLS的改善率
运行结果
动态轨迹对比曲线：
误差曲线（带对比）：
EKF结果对比：
EKF前后误差对比箱线图图CDF图像对比（CDF越靠近左上角表示误差整体越低）：
命令行窗口输出的结果：
MATLAB源代码
部分代码如下：
演示视频：
基于RSSI的RFID二维轨迹定位仿真介绍，EKF滤波增加轨
完整代码：
https://download.csdn.net/download/callmeup/92829752
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