[发明专利]基于接收信号强度的室内无源目标定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种室内无源目标定位方法，尤其是一种基于接收信号强度（Received Signal Strength,RSS）的精确定位技术，属于无线网络中目标探测与跟踪技术领域。

背景技术

针对不携带任何电子标签的人体目标进行定位跟踪的技术在近年来成为了关注的热点。

由于人处在无线链路中时会造成信号的衰减，因此可以通过测量RSS的变化来实现目标的跟踪定位。因为现有的大部分无线设备，如WiFi或WSN(Wireless Sensor Network)节点等，都可以提供RSS值，因此在应用中不需要额外的硬件条件，就可以实现低成本定位。

然而，在基于RSS变化的定位技术中，RSS的变化可能来自目标对链路中视距（Line of Sight,LOS）路径的遮挡造成的衰减效应。但在室内环境中，RSS的变化也很有可能是由于室内各反射、散射等多径干扰信号的瞬时变化而引起的。这些干扰信号既无法测量，也无法预见其各种变化状态，却对RSS影响很大。这些特性使得室内定位技术目前面临着很大的挑战。

目前基于RSS的室内无源目标定位主要采用“指纹匹配”方法。该方法需要首先建立一个庞大的接收信号强度数据库。当人进入监测区域，通过匹配测量的各信号强度值与数据库中的值来进行定位。直观上来说，此方法不够灵活，不适用于紧急的场合，并且建立数据库需要耗费很大的工作量。

当人进入无线节点构成的网络时，由于人遮挡信号的传播会造成信号的衰减。比如当人处在链路的视距路径或者信号比较强的反射或散射路径上时，这都会导致链路RSS有比较明显的变化。目前基于RSS的室外无源目标定位技术就是直接根据RSS的变化来进行定位，效果良好。主要由于室外环境反射或散射信号等较小，RSS的变化主要来源于目标遮挡视距路径引起的信号衰减。在目标定位技术中，理论上只有那些由于视距路径遮挡导致RSS有变化的链路才能对目标定位提供有用的信息。但在室内环境中，反射、散射信号等较大。当人进入无线节点构成的网络时，不仅会对某些视距路径信号造成衰减，而且也会影响相关的反射、散射信号。此时若只考虑RSS变化而不进一步判断该变化是否由于阴影衰落导致会使室内目标定位技术存在很大的误差。

发明内容

本发明针对室内无线定位技术中多径干扰大，测量方法复杂不灵活或者不够精确的问题，提出了一种基于RSS的无源室内定位新的测量方法。该方法考虑当链路被目标遮挡的情况，主要应用于定位前对发生阴影衰落的链路进行检测。从时间域特征考虑，由于人穿过链路需要一定的时间，因此RSS的衰减变化也会有一段时间的持续。这样我们就能通过时域上的检测排除一些RSS有突变但并非由于人遮挡LOS路径而引起的偶然变化的链路。从空间域特征考虑，发生阴影衰落的链路其交叉点呈现出在接近人的真实位置处的聚集。本发明提出了基于该特性的空域检测方法。

一种基于RSS室内无源目标定位方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将n个无线节点部署在一个室内区域，所有节点都在一个平面上；

每个节点的坐标为已知量，设第i个节点的坐标为(x_i,y_i),i∈[1,2,..,n]。每个节点都能测得其他节点所发的无线信号的RSS值，这些无线节点组成条无线链路

步骤二：当无目标时，测量得到各链路的RSS值r_l,l∈[1,2,...,L]；

步骤三：在t时刻，目标进入监测区域，并且位置坐标为X_t＝(x_t,y_t)，测得此时各链路的RSS值r_l,t,l∈[1,2,...,L]，由此可以得到RSS的变化值Δr_l,t＝r_l,t-r_l,l∈[1,2,...,L]；

Δr_l,t是由于目标的存在和运动引起的，具体原因可能是由于目标的遮挡引起LOS的阴影衰落，也可能是由于目标引起的各种多径干扰。

将目标等价为半径为R的圆柱体模型。当d_l,t>R时，意味着目标没有遮挡链路l，即链路l的LOS路径没受到目标的影响，此时测得的RSS的变化是由于目标的运动导致该链路多径的变化引起的。其中，d_l,t为从目标的质心到链路l的垂直距离，具体的计算式为：