[发明专利]采取TOA与RSS融合方式的自适应定位方法、设备和系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及目标的定位策略，更具体而言，本发明提供了鲁棒 而精确的自适应定位方法、设备和系统，用于集成基于RSS(接收信号强 度)的定位策略以及基于TOA(到达时间)的定位策略的优势。

背景技术

数字化的不断加强推动计算机网络朝着“普适性信息社会”的方向发 展。通过移动设备、微型无线标识标签(tag)、传感器网络等能够提供响 应于实体位置的各种服务。位置信息在人们日常生活中非常重要。NTT SoCoMo的调查显示，世界上85％的信息与位置有关，移动系统上5％的 数据服务与位置有关。基于位置的服务(Location based service，LBS)致 力于精确地识别个人的位置，以及通过将位置信息应用到各种市场和服务 来向用户提供更加个性化和令人满意的移动服务。

LBS在多种工业和个人应用中被视为一种必需服务，例如办公室生产 率的提高、医院交互平台、紧急情况应对系统、儿童/宠物监控、数据访问 控制、建筑物安全、公共交通、机器人导航、供应链管理、电子商务等 等。一种典型应用是提高办公室生产率。在办公室环境中，要求雇员在某 一安全区域内访问机密信息数据库。在该区域之外，任何访问都将被禁 止。例如，不同组的成员可以在他们的工作区内访问他们组的信息数据 库，或者某些安全计算机仅仅在它们处于某一区域内时才能被使用。以上 这些原则可以通过使用LBS来实现。这样一来。位置信息可以被视为一种 物理密钥，以便增强认证、授权和计费(AAA)应用。这在防止黑客攻击 需要高度安全保障的公司(例如银行和国防部门)中的中央服务器计算机 时尤其有用，因为它不仅需要数字密钥，还需要物理密钥。而且，LBS可 以在日常工作生活中带给用户新的人机交互体验。当用户在计算机前面 时，计算机知道该用户是谁并在屏幕上自动显示他/她的桌面。想象一下， 当用户正在观看一段视频时，如果用户出于某种原因而突然离开，计算机 可以智能地暂停该视频。并且当用户回来时，计算机将继续播放该视频文 件。这里还包括其他示例，例如，如果有找用户的电话打进来，该电话呼 叫可以被自动路由到靠近用户的电话。而且，LBS在雇员没有固定办公桌 而是可以占用任意可用空间的办公室环境中尤其有用，因为定位系统可以 提供显示交互式的实时地图的能力，所述实时地图能够示出谁在办公室内 以及他们的位置。

在现有技术中，存在很多被称为“定位策略”的位置确定方法和技术 可被用来提供位置信息。但是，没有一种现有策略能够在所有预期环境 (例如室内、郊区峡谷和开阔地域)中都以足够的精确度有效地工作。这 些定位策略采用不同的媒介信号，例如红外、光、超声波或射频(RF)信 号。它们中的每一种可能在某些情况下具有优势，但是也具有各自的缺 点。例如，RSS和TOA是最常用的定位策略。基于RF的方法使用RSS来 根据RF信号的传播模型指示发送者和接收者之间的距离，并且使用RSS 方法的定位系统可以测量不超过数百米的距离。但是，基于RSS的定位系 统的性能容易受到环境变化(例如多路径和噪声)的影响。超声波方法将 超声波速度乘以TOA(到达时间)来测量距离。基于TOA的定位方法可 以提供高精确度的解决方案，但是其由于超声波的快速衰减而只能处理几 米距离内的位置测量。

综上所述，基于TOA的定位策略和基于RSS的定位策略的普遍缺点 被总结如下：

(1)基于RSS的方法可以提供大覆盖范围，但是定位精确度低；

(2)基于TOA的方法可以提供高精确度的解决方案，但是覆盖范围 很小。

由此可见，我们相信如果能够提供一种基于RSS和TOA的融合的多 模式定位策略，则多种信号的融合可以提供在单独使用超声波或RF信号 时无法获得的优势。具体而言，RSS和TOA的优势(即RSS的长距离传 播特性和TOA的精确定位特性)应该被集成，从而提供一种精确的、稀 疏部署的并且低成本的定位系统。

下面，将首先对现有技术中的一些传统的定位技术进行简单介绍。传 统定位方法一般可以分成两类：1)基于RSS的定位方法；和2)基于 TOA的定位方法。它们都被称为单模式定位策略。