[发明专利]一种基于差分接收信号强度信息的无线成像被动定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信及无线网络技术应用领域，涉及一种基于差分接收信号强度信息的无线成像被动定位方法，该方法可在无需目标携带无线设备的情况下实现对无线网络覆盖区域内运动目标的被动定位跟踪。

背景技术

随着无线通信技术与普适计算技术的发展，WLAN、无线传感器网络、GSM网络、3G通信网络等无线网络已经覆盖到我们生活的每个角落。由于电波的固有特性，当有目标对某条无线链路造成遮蔽时，该条链路的无线信号特征信息势必会发生变化。基于此，当有多条无线链路同时存在时，借助各无线链路的信号特征信息，可以实现对无线网络覆盖范围内目标的定位跟踪。

基于无线成像实现被动无线定位跟踪的思路最早由Wilson和Patwari提出。“作者：J. Wilson and N. Patwari, 论文名：Radio tomographic imaging with wireless networks, 期刊：IEEE Transactions on Mobile Computing, 年份：2010，第5期，第621页至632页”。他们提出一种借助于无线扫描节点在某一固定频率和功率下进行无线扫描，测量各条链路的接收信号强度，进而基于当前时刻条链路的接收信号强度与初始时刻条链路的接收信号强度的变化信息实现位置估计的方法。虽然接收信号强度较容易获取，但是，接收信号强度为敏感信号，容易受到诸如温度、湿度、天线方向、风等外界环境因素的影响，使得基于接收信号强度信息的无线成像被动定位技术在复杂环境下无法获得较好的效果。

为了改善基于接收信号强度信息的无线成像被动定位技术在复杂环境下的性能，Zhao提出一种信号预处理措施，“作者：Y. Zhao and N. Patwari, 论文名：Noise reduction for variance-based device-free localization and tracking, 会议：Proc. 8th IEEE Communication Society Conference on Sensor, Mesh and Ad Hoc Communication And Networking, 年份：2011，第179页至187页”，他们提出利用子空间分解的方法来消除由于风的吹动等环境参数的影响，有效地提高了系统在复杂环境下的性能。

但是，电波传播环境是复杂的，初始时刻的电波传播参数信息与当前时刻的电波传播参数信息相比有可能发生较大的变化，造成即使没有目标出现的情况下当前时刻条链路的接收信号强度与初始时刻条链路的接收信号强度的变化信息依然十分显著，从而造成后续位置估计算法发生误判，造成较大的位置估计误差。

与上述方法相比，基于差分接收信号强度信息的无线成像被动定位方法从本质上克服了基于接收信号强度信息方法的不足。差分接收信号强度信息反映了当前时刻链路变化的瞬态信息，反映了连续两个时刻的接收信号强度信息的差异，由于是连续时刻的信息，所以电波参数及环境参数变化可以忽略不计，因此，差分接收信号强度信息克服了基于接收信号强度信息方法易受各种参数影响的不足。同时，该方法无需知道初始时刻的任何信息，使得基于差分接收信号强度信息的无线成像被动定位方法更加普适，可以快速部署使用。上述优点决定了基于差分接收信号强度信息的无线成像被动定位方法在复杂时变环境下可以获得比传统的基于接收信号强度信息的无线成像被动定位方法更稳健的性能。

发明内容

本发明的目的是提高复杂时变环境下无线成像被动定位跟踪技术的性能，通过将差分接收信号强度信息作为链路测量信息，在复杂时变环境下实现对目标位置的被动估计。其特征为通过测量无线网络中各无线节点对之间连续两个时刻的接收信号强度信息，将两个时刻的接收信号强度信息的差分信号作为特征信息，进而基于差分接收信号强度信息实现对网络覆盖范围内移动目标的定位跟踪。

本发明的技术方案：

该系统主要由无线扫描节点、无线控制节点、通用PC机组成，在通用PC机上完成位置估计。

无线扫描节点负责实现各节点对之间的无线链路接收信号强度信息的测量；无线扫描节点：可通过无线通信的方式实现任意两节点之间无线链路接收信号强度信息的测量，具有全向天线。