[发明专利]一种基于环境反向散射的室内定位方法和装置

摘要

一种基于环境反向散射的无线室内定位方法和装置，方法是射频源RFs发射信号，然后标签进行环境反向散射，移动终端Q对接收到的标签信号进行检测，最后进行移动终端的三维定位；装置包括射频源、标签、移动终端，本发明利用环境反向散射技术并结合多天线标签的波束扫描，实现室内实时三维定位，具备功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低等特点。

主权项

一种基于环境反向散射的室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，射频源RFs发射信号：该信号频段在标签检测频带内；第二步，标签的环境反向散射：标签Ta,Tb,Tc,Td端分别接收射频源信号RFs并通过反向散射方式传输给移动终端Q，标签Ta,Tb,Tc,Td发送的信息包括标签的id和位置信息，标签是自身不带有电源的通信设备；标签为多天线并采用波束扫描对定位需求空间进行扫描覆盖，设标签Ta,Tb,Tc,Td的扫描周期时间相同，波束扫描定位区域的时间周期为ts，且波束扫描重复进行；第三步，移动终端Q对接收到的标签信号进行检测：实际检测时，在一段时间tj内做多次检测并取平均值，tj≥ts，即终端检测周期不小于标签波束扫描周期，取其中信号强度RSSI值最大的四个标签；假设在tj时间内移动终端Q进行了m次检测，估计均值RSSITa=1m(RSSITa1+RSSITa2+...+RSSITam)]]>RSSITb=1m(RSSITb1+RSSITb2+...+RSSITbm)]]>RSSITc=1m(RSSITc1+RSSITc2+...+RSSITcm)]]>RSSITd=1m(RSSITd1+RSSITd2+...+RSSITdm)]]>其中，分别为第1次，第2次，…第m次移动终端Q检测到的标签Ta的信号强度值；分别为第1次，第2次，…第m次移动终端Q检测到的标签Tb的信号强度值；分别为第1次，第2次，…第m次移动终端Q检测到的标签Tc的信号强度值；分别为第1次，第2次，…第m次移动终端Q检测到的标签Td的信号强度值；且检测到标签Ta,Tb,Tc,Td按信号强度由大到小依次排列如下：RSSITa>RSSITb>RSSITc>RSSITd]]>则选择出用于定位估计的四个标签Ta、Tb、Tc和Td。对于标签数大于4时，按上述方法类似处理；验证四个标签Ta、Tb、Tc和Td的坐标不在同一平面上，四个坐标确定唯一的三棱锥，进而确定出唯一的移动终端位置坐标；设移动终端Q的坐标为(x,y,z)，Q与四个标签Ta、Tb、Tc和Td的欧式距离分别为la、lb、lc和ld，且四个标签Ta、Tb、Tc和Td的坐标分别为(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)和(xd,yd,zd)，采用基于到达时间的距离估计方法，得到：la2=(x-xa)2+(y-ya)2+(z-za)2]]>lb2=(x-xb)2+(y-yb)2+(z-zb)2]]>lc2=(x-xc)2+(y-yc)2+(z-zc)2]]>ld2=(x-xd)2+(y-yd)2+(z-zd)2]]>第四步，移动终端的三维定位：根据第三步检测估计得到的移动终端Q与四个标签Ta、Tb、Tc和Td的欧式距离la、lb、lc和ld，求解得到移动终端Q的坐标，实现了对移动终端Q的定位：xyz=12(xa-xd)(ya-yd)(za-zd)(xb-xd)(yb-yd)(zb-zd)(xc-xd)(yc-yd)(zc-zd)-1xa2-xd2+ya2-yd2+za2-zd2+ld2-la2xb2-xd2+yb2-yd2+zb2-zd2+ld2-lb2xc2-xd2+yc2-yd2+zc2-zd2+ld2-lc2]]>其中上角标‑1表示矩阵求逆运算。