[发明专利]一种利用无线能量强度进行目标定位的方法

说明书

技术领域：

本发明属于一种移动目标定位方法，具体涉及一种利用无线能量强度进行目标定位的方法。

背景技术：

现阶段，各类工业安全问题，例如煤矿安全问题等，引起社会各界的广泛关注。如何提高安全系数，针对火灾、瓦斯、爆炸等重大隐患进行全面监控，对工业环境下作业的工作人员进行实时定位跟踪，是各大厂矿、工业企业亟待解决的难题。

以煤矿井下环境为例，由于环境的特殊性，利用GPS定位系统无法实现人员的定位跟踪；利用射频RFID技术构建的定位系统目前在一些场所得到试用，其建设成本较高，功能有限。该方法的定位精度较低，根据读卡器的布放疏密不同，误差可能在几十到几百米范围之内。如果发生事故，救助人员必须在很大的范围内进行搜索。

为了获得实时的、高精度的定位结果，人们正在尝试着不同的方法。目前新兴的无线传感器网络技术是其中的一个可行的解决途径。这种技术安装方便、成本较低，定位精度能够保证，成为人们研究和开发的一个热点。利用无线传感器网络技术进行目标定位的基本原理是：在监测环境中预先放置若干个已知位置的固定射频信号接收器，兼有发射功能，以下称之为固定节点。利用这些固定节点接收来自移动的、携带有射频信号发射器(称之为移动节点)的人或物体发来的各类能够代表距离或方位的物理量信息，如声音、超声、光、无线信号等，进而通过一定的算法来确定它们的位置。

利用这种原理进行定位的方法可分为两类，基于测距的方法和无需测距的方法。基于测距的方法通过测量节点间点到点的距离或角度信息，再使用三边测量、三角测量或最大似然估计定位法等方法来计算节点位置；无需测距的方法在定位时无需距离和角度信息，仅根据网络的连通性等信息即可实现。本发明采用基于测距的方法。

基于测距的方法常用的物理量有无线接收能量(RSSI)、到达时间(TOA)、到达时延差(TDOA)和到达角度(AOA)。其中由于TOA需要节点间精确的时间同步；TDOA技术受限于过短的超声波传播距离和对通视传播的要求；AOA需要额外的硬件支持才能实现，因此这三种并未得到实际地应用。目前只有RSSI在一些研究试验系统中得到了相对成功的应用，例如在美国某大学的RADAR、Spot-On等项目中均使用了RSSI技术。RSSI技术中所使用的定位系统的基本组成为：(1)不少于2个固定节点，每个固定节点具有无线接收和发射功能，相互间可以通过某种协议进行通信；这些固定节点的地理位置是已知的，或者通过某种方式可以获得，其接收天线或接收器的接收特性为各向同性的。各个固定节点的性能一致，或者通过某种校准方式可以使其一致。(2)待测的一个或多个移动节点，具有无线发射功能，其发射频率、信号协议与固定节点一致。其接收天线或接收器为各向同性，或者是已知的。(3)至少1个基站，用于收集各个固定节点接收到的移动节点的RSSI信息，并将数据处理后，把计算结果显示、保存或打印出来。目前普遍所采用的方法是通过固定节点接受移动节点发出的单一功率的无线能量。

RSSI技术在使用时无需额外的硬件支持，利用固定节点和移动节点最基本的射频信号发射和接收功能即可实现定位；对遮挡物体也有一定的绕射性能，不像超声定位装置那样对发射器和接收器有通视的要求；当环境情况单一稳定，处于理想状态下，各个固定节点处获得了移动节点发送信号的RSSI之后，原则上就可以获得固定节点与移动节点间的距离。如果这些距离精确已知，那么利用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法就可以准确地获得待测移动节点的位置，得到良好的定位结果。

现有技术存在的问题是：当利用单一的射频功率时，移动节点发出的射频信号受射频信号实际环境的干扰影响较大，各个固定节点不易接收到可靠的移动节点发出信号，另外由于实际环境中也存在许多的干扰因素，如室内墙壁的反射、遮蔽物的存在、其他工业无线信号的干扰、节点本身结构等等也使得部分固定节点接收不到移动节点发出的信号，使得利用RSSI来计算固定节点和移动节点间的距离的精度产生了很大影响，待测移动节点的位置并不能准确获得。此外，为了让更多的固定节点接收到射频信号，就必须提高射频信号的功率，而过强的射频信号更易引发较强的反射、绕射，也带来了不利因素，同样降低了定位效果。

发明内容

本发明要提供一种利用无线能量强度进行目标定位的方法，以克服现有技术存在的待测移动节点的位置并不能准确获得的问题。