[发明专利]一种阴影衰落辅助的免携带设备定位方法

摘要

本发明公开了一种阴影衰落辅助的免携带设备定位方法，属于无线网络中的无线定位技术领域。包围监测区域的无线节点在离线阶段通过测量目标在每个训练位置时的RSS变化来建立指纹数据库，在线阶段首先进行阴影衰减链路检测，然后根据阴影衰落区域交集的不同情形选择定位算法。当目标在该位置没有检测到阴影链路时，仍然采用传统的指纹识别方法；当存在阴影衰落链路时，只在阴影衰落区域内进行模式匹配；当阴影衰落链路很多时，比如目标处于监测区域中心，则取相交区域的中心作为目标位置的估计。本方法将阴影衰落和指纹识别方法结合起来，有效利用阴影衰落链路辅助指纹识别，从而使目标定位更精确。

主权项

1.一种阴影衰落辅助的免携带设备定位方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一：部署无线测量节点，构造监测区域：将工作在相同频段且支持相同通信协议的K个无线测量节点构成测量节点阵列且K≥2，将测量节点阵列、1个基站节点放置在一个2维平面内，并且这些节点具有相同的物理结构，测量节点阵列包围的区域构成监测区域D；构成测量节点阵列的K个测量节点的坐标已知，分别为(x_i,y_i)^T,i∈{1,2,...,K}；K个测量节点相互之间构成L＝K×(K‑1)/2条无线链路；基站节点距离各测量节点的距离应小于测量节点发送的信号所能传输的最远距离；步骤二：建立离线RSS指纹数据库：方法包括如下步骤：步骤2.1：记录目标没有在监测区域时链路l的RSS值l∈{1,2,...,L}；步骤2.2：记录目标在监测区域位于每个训练位置时各链路的RSS：假设在监测区域D内选择N个训练位置，记第n个训练位置的坐标为z_n，并记当目标位于第n个训练位置时，链路l的RSS值为r_l,n，n＝1,2…N；步骤2.3：根据步骤2.1和2.2记录的RSS数据得到目标在监测区域内每个训练位置的RSS变化量，并建立离线RSS指纹数据库：目标在不同训练位置导致的各链路RSS变化为n＝1,2,...N；将所有训练位置的各链路RSS变化按照矩阵的方式排列，获得指纹数据库Ψ：Ψ称为指纹数据库，它的每一列Ψ_n,n＝1,2...N称为一个指纹，即目标在第n个训练位置时各链路的RSS变化；步骤三：阴影衰落链路检测，包括如下步骤：步骤3.1：t时刻当目标进入监测区域后，静立于测试位置，所有测量节点重新测量各链路的RSS，记t时刻第l条链路的RSS是r_l(t)，得到t时刻所有链路的RSS变化量向量为Δr(t)＝[Δr₁(t),Δr₂(t),…,Δr_L(t)]^T，其中为目标在t时刻造成的链路l的RSS变化量；步骤3.2：从RSS变化量向量Δr(t)中筛选出阴影衰落链路集合：阴影衰落链路集合可以表示为由上式可知，阴影衰减链路需要满足两个条件：第一个条件Δr_l(t)＞γ_A，即阴影衰落链路的RSS变化量大于阈值γ_A；第二个条件衰落电平大于阈值γ_F；其中衰落电平F_l定义为第l条链路无遮挡时测量的RSS与根据自由空间路径损耗模型预测的RSS的差值：其中P_Ref为任意一对测量节点在单位距离即相距1m时且它们之间无遮挡情况下的接收信号功率，β为路径损耗指数，||p_l‑q_l||为构成链路l的两个测量节点之间的欧式距离；所述自由空间路径损耗模型是如下公式：d为发射节点和接收节点之间的距离，d_Ref为参考距离，通常取为1米，所以P_r(dB)＝P_Ref‑10βlg||p_l‑q_l||，也就是公式F_l中括号内的部分；P_Ref通过多次测量取平均得到,而路径损耗指数β可以根据不同距离的自由路径接收功率测量值用估计的方法得到；阈值γ_F的实际取值根据实验环境和链路衰减的实际差别，由实际需要的虚警概率和漏检概率折中确定；步骤四：得到步骤三中筛选出的所有阴影衰落链路的阴影衰落区域的交集，并根据交集的不同情形选择定位算法：步骤4.1：定义为链路l的阴影衰落区域，本发明中阴影衰落区域为以构成该链路的两测量节点为焦点的椭圆，所有阴影衰落区域的相交区域为步骤4.2：根据相交区域的不同情形判断是否使用阴影衰落链路来辅助定位：阴影衰落区域的相交关系分三种情形：1)当时，即没有检测出阴影衰减链路，那么用传统的DFL指纹识别方法进行定位，即根据t时刻所有链路的RSS变化量向量Δr(t)＝[Δr₁(t),Δr₂(t),…,Δr_L(t)]^T查找步骤二建立的指纹数据库，即将在线测量值与指纹数据库中的值进行比较，相似度最高的就判定为目标在该训练位置；2)当时，即只存在一条阴影衰落链路或若干不相交的阴影衰落区域，那么用指纹识别的方法进行定位，但是只有位于阴影衰落区域内的训练样本才被用来定位目标，即根据t时刻阴影衰落链路的RSS变化量向量查找步骤二建立的指纹数据库中位于阴影衰落区域内的训练位置的RSS变化，获得相似度最高的训练位置坐标作为目标所在的位置；3)当时，即所有阴影衰落链路存在一个共同的相交区域，那么目标的位置可以直接由阴影衰落的相交区域决定，取该相交区域的几何中心作为目标位置的估计。