[发明专利]一种基于多普勒频移的被动式移动目标定位方法有效
申请号: | 201410234822.6 | 申请日: | 2014-05-29 |
公开(公告)号: | CN104076349A | 公开(公告)日: | 2014-10-01 |
发明(设计)人: | 赵康;陈晓江;聂卫科;王举;房鼎益;张远;任宇辉;邢天璋;王亮 | 申请(专利权)人: | 西北大学 |
主分类号: | G01S13/50 | 分类号: | G01S13/50;G01S13/66 |
代理公司: | 西安恒泰知识产权代理事务所 61216 | 代理人: | 李郑建;王芳 |
地址: | 710069 *** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 多普勒频移 被动式 移动 目标 定位 方法 | ||
技术领域
本发明属于无线网络定位领域,具体涉及一种被动式定位方法,特别是涉及一种基于多普勒频移的被动式移动目标定位方法。
背景技术
与主动式定位的方法(如全球定位系统(GPS)、射频识别(RFID)、基于FM的定位方法)相比,无设备被动式定位已经在无线网络很多应用中成为一个热点。例如,将其应用在安全与入侵检测系统、野生动物检测、购物与零售习惯分析、老年或残障人士的援助中。在这些场景中,定位目标回避携带或者不方便携带任何设备。目前,对于目标被动式定位的研究方法较多,大体分为以下三类:
第一种,基于非无线电信号定位的方法:这种方法包括光学视频、红外传感器等定位方法,目前在军事和安全领域应用有所应用。与基于无线电信号的方法,该方法不能对于不在视线范围的室外环境或者是充满浓烟的建筑屋里使用。另外,非无线电信号也会因为监视区域的限制,而不适用于移动目标的定位。
第二种,基于RSS固定链路数定位方法:这种方法与第三类都属于无线电信号定位方法。它的主要思想是首先在单链路的菲涅尔区内收集目标在不同位置时的绕射信号强度,组成RSS的数据地图。其次建立定位单元,通过定位单元内的RSS数据与先前建立的数据地图比较,估计出目标的位置。部署区域被这些单元覆盖就可获得目标的位置。由于RSS数据容易受环境因素影响,大量定位单元部署在环境不同的区域显然对于定位精度会产生很大影响,同时,移动目标的定位需要频繁的RSS数据获取。因此,这种定位方式更加适合长期的固定场景下静态目标的检测,并不适合临时场景的移动目标定位。
第三种,基于RSS非固定链路数定位方法:与基于RSS固定链路数定位方法不同,这种定位方法的主要思想是将大量的定位设备部署成一种拓扑结构,然后收集从设备到另一个设备的多链路散射或绕射信息,通常体现在RSS值不同。最终,利用这些多链路信息使用不同的算法去实现定位。然而,移动目标会造成对于更多链路产生影响,这不但会影响定位精度,还会增加定位的时间成本。因此这种定位方式同样不适合移动目标或是需求较少设备的情况。
第四种:基于多普勒频移定位方法:目前多普勒频移主要应用于军事用途以及手势识别领域,该定位方法主要与到达方向(Direction of Arriva,DOA)或到达时间差(Time Difference of Arriva,TDOA)的方法相结合,用于高速运动目标的定位,例如定位飞机。与前者结合的目的是测向,主要是利用雷达与飞机之间相对运动形成的多普勒频移,根据目标移动方向对多普勒频移的影响,判定目标的方向。与后者结合的目的是测距,主要是获得移动目标反射的信号在雷达不同天线之间的相位差(或者信号发射到接收的时间差),推算出飞机与雷达之间的距离。然而这样的定位方法并不适用于人体等低速目标定位。首先,飞机等高速运动目标可以引起的多普勒频移范围更广,而低速移动目标频移范围小,检测难度更大。其次,获得相位差等信息对于硬件设备的成本要求较高,现有的雷达设备还面临着功率高、体积大、成本高等问题,因此现有的雷达定位方法并不适合无线网络中低速移动目标的定位。现有基于多普勒频移的手势识别应用中,对于移动目标定位的相关讨论还未完全展开。
综上,现有的被动式定位方法不能很好的应用于移动目标被动式定位的场景中,尤其是对于低速目标的定位,定位精度也不能够很好的保证,因此,研究一种适用于低速移动目标,定位精度高、通信开销小的被动式定位方法是很有必要的。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足,本发明的目的在于,提供一种基于多普勒频移的被动式移动目标定位方法(简称DEIL算法),该方法能够在被动式定位场景中完成单个移动目标的定位,同时使用较少的定位设备以及与定位时间成本。
为了实现上述任务,本发明采用如下技术方案予以实现:
一种基于多普勒频移的被动式移动目标定位方法,具体按照以下步骤进行:
步骤一,场景设置:
步骤S11:在一个无遮挡的待测区域中设置,待测区域内除了定位目标以外均为静止物体。待测区域由多个正方形的定位单元组成,每个定位单元中设置有三个已知位置的信标,在水平方向上,每两个相邻的定位单元有一个信标是共用的,在竖直方向上的定位单元之间没有共用信标;每个定位单元中的三个信标依次记为信标X、信标A、信标Y,三个信标间距d相等,每个信标含有个定向天线,N表示子信道数量;
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