[发明专利]基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法

摘要

本发明公开了一种基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法，包括：待定位节点对接收信号进行采样得到采样信号；构建相关窗，并通过滑动相关窗获取对数似然函数的最大值，得到OFDM符号的起始位置；根据OFDM符号的起始位置，计算其互相关值；根据对数距离路径损耗模型，计算待定位节点与锚节点之间的距离；根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标。本发明降低了极低信噪比和复杂多径信道环境下系统的定位误差，提高了系统的定位精度和稳定性。

主权项

1.一种基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法，其特征在于，该基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法通过待定位节点对接收信号进行采样获取采样信号，再根据采样信号计算OFDM信号中循环前缀采样点集合与复制的有效数据部分的采样点集合的互相关值，以互相关值作为测量指标，计算待定位节点与锚节点间的距离，然后利用自适应距离修正算法估计待定位节点的坐标；该基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法具体包括以下步骤：待定位节点O通信范围内的锚节点坐标为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,…,I(I≥4),I表示锚节点的个数；步骤一：待定位节点对接收信号r(t)进行采样得到采样信号r(n)，其中，n＝0，1,…,N‑1，N表示OFDM符号包含的子载波个数，同时记录所接收到的信号的发送节点为Ai(xi,yi)；步骤二：根据采样信号r(n)，计算互相关值E：步骤三：根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点Ai之间的距离：Pr(d′i)＝Pr(d0)‑10·γlg(d′i)+Xσ；其中，Pr(d′i)表示距离发送端距离为d′i时获取的互相关值，Pr(d0)表示距离发送端d0＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算，Xσ服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为d′i，对应的锚节点的坐标分别为Ai(xi,yi)；步骤四：根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标O(x,y)；步骤二的具体方法包括：第一步，构建由连续m个OFDM符号中相同采样位置上长度为l连续采样序列所组成的相关窗，则与该相关窗对应的对数似然函数Λ(τ)表示为：第二步，将相关窗滑动N+L个采样点长度，获取对数似然函数Λ(τ)的最大值，该值所对应的采样时刻即为OFDM符号的起始位置其中，表示函数取得最大值时自变量τ的取值，Λ(τ)表示对数似然函数，m表示连续的OFDM符号的数目，l表示相同采样位置上连续采样序列的长度，r(n)表示采样信号，N表示OFDM符号包含的子载波个数，L表示OFDM符号中循环前缀部分采样点的数目，|·|是求模运算符；第三步，根据OFDM符号的起始位置计算互相关值E：步骤四具体包括：第一步，选定差分修正点，确定定位交点坐标和复数定位交点，计算定位交点间距离；从d′i(i＝0,1,2,…,n)中选择距离值最小的锚节点A0为差分修正点，再从剩余的距离值中取出3个最小的距离值，假设这3个距离值分别d′1、d′2和d′3，对应的锚节点坐标分别为A1(x1,y1)、A2(x2,y2)和A3(x3,y3)，分别以锚节点Ai(xi,yi)为圆心，d′i为半径作三个定位圆i，其中i＝1，2，3，三个定位圆的相交情况共有6种，两个圆之间存在两个交点，这两个交点为两个相等的实数交点，或两个不相等的实数交点，或两个复数交点；从两个定位圆的两个交点中，选择与第三定位圆圆心坐标的距离较小的那个交点作为定位交点，以参与待定位节点的定位；由3个定位圆确定三个定位交点及复数定位交点的个数m′，由定位圆2和定位圆3确定的定位交点坐标为A′(x′1,y′1)、由定位圆1和定位圆3确定的定位交点的坐标为B′(x′2,y′2)，由定位圆1和定位圆2确定的定位交点的坐标为C′(x′3,y′3)，定位交点A′与B′、B′与C′、A′与C′的距离分别为d12、d23、d13：第二步，设置阈值T，个体差异系数修正系数ω，方向修正因子λi(λi＞0)其中i＝1,2,3；第三步，根据三个定位交点之间的距离d12、d23和d13的大小，判断是否需要对d′1、d′2、d′3进行修正，若d12＜T、d23＜T、d13＜T，则无需对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第五步，否则，需要对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第四步；第四步，调节三个测量距离的方向修正因子λ1、λ2和λ3，根据如下自适应距离修正公式修正d′1、d′2、d′3，得到修正距离为d1、d2、d3：其中，di表示待定位节点与锚节点Ai之间的修正距离，d0i表示差分修正点A0与锚节点Ai之间的实际距离，d′0i表示差分修正点A0与锚节点Ai之间的测量距离，ω表示个体差异系数修正系数，λi表示方向修正因子，exp(·)表示指数函数；根据修正后的距离d1、d2、d3，重新求解修正后的三个定位交点间的距离d12、d23、d13，返回第三步；第五步，根据如下公式，计算出待定位节点的定位坐标O(x0,y0)：其中，α1、α2、α3分别表示x′1、x′2、x′3的权重，β1、β2、β3分别表示y′1、y′2、y′3的权重。