專利名稱：一種基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種對(duì)無線傳播的信號(hào)源進(jìn)行定位的方法，特別是一種涉及一個(gè)或多個(gè) 接收器通過接收待定位目標(biāo)發(fā)出的無線信號(hào)以確定其位置的方法；該方法利用各個(gè)接收 器與待定位目標(biāo)之間無線傳播時(shí)信道頻域幅度響應(yīng)的空間差異性對(duì)信號(hào)源進(jìn)行定位。采 用本發(fā)明確定待定位目標(biāo)的位置，不僅可以克服多徑傳播和非直達(dá)波傳播的負(fù)面影響， 而且對(duì)于時(shí)間的同步性也不敏感，是一種低成本的定位方法。
背景技術(shù)：
室內(nèi)定位技術(shù)在商業(yè)、公共安全等方面的應(yīng)用前景非常廣闊。在商業(yè)應(yīng)用上，室內(nèi) 定位系統(tǒng)可以用來跟蹤定位有特殊需求的人、遠(yuǎn)離視線監(jiān)管的小孩，給盲人導(dǎo)航，在醫(yī) 院內(nèi)定位需要用到的儀器設(shè)備，大型倉庫中的調(diào)度等；在公共安全方面，室內(nèi)定位系統(tǒng) 可以用來跟蹤監(jiān)獄犯人，導(dǎo)航警察、消防員等以完成他們?cè)谑覂?nèi)的任務(wù)。
無線定位技術(shù)最初是為了滿足遠(yuǎn)程航海的導(dǎo)航等要求而產(chǎn)生的，包括雷達(dá)、塔康、 Loran C、 V0RTAC、 JTIDS (聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分布系統(tǒng))、全球定位系統(tǒng)(GPS)等。GPS的出 現(xiàn)使得無線定位技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，定位精度得到大幅度提高，精度可達(dá)10米以內(nèi)。 但是由于GPS設(shè)備需要與衛(wèi)星信號(hào)連接，而這些信號(hào)會(huì)被城市的高層建筑所遮擋，在室 內(nèi)環(huán)境中對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的接收顯得尤為困難。與GPS不同，室內(nèi)定位技術(shù)主要應(yīng)用在對(duì)衛(wèi) 星信號(hào)具有很強(qiáng)屏蔽而又具有豐富信號(hào)散射特性的室內(nèi)環(huán)境中。
目前常用的室內(nèi)定位方法有測距定位方法、測距差定位方法、測角定位方法和聯(lián)合 測距測角定位方法等。測距定位方法用于定位的測量參數(shù)主要有兩種接收信號(hào)強(qiáng)度(RSS) 和信號(hào)到達(dá)時(shí)間(TOA);測距差定位方法是利用多個(gè)信號(hào)接收器接收到的信號(hào)到達(dá)時(shí)間差 (TD0A)定位；測角定位方法則是利用多個(gè)信號(hào)接收器收到的信號(hào)到達(dá)角度(A0A)定位； 聯(lián)合測距、測角定位方法則是通過各信號(hào)接收器收到的信號(hào)T0A和A0A進(jìn)行綜合定位。 然而在進(jìn)行室內(nèi)定位時(shí)，由于室內(nèi)信號(hào)環(huán)境復(fù)雜，以上定位方法的定位性能常常受到信號(hào) 在室內(nèi)環(huán)境中的非視距(NLOS)傳輸效應(yīng)、多徑傳播效應(yīng)、RSS衰減規(guī)律等因素的嚴(yán)重干擾， 影響其定位精度等。其中，基于RSS無線指紋的定位方法是一種利用信號(hào)傳播的強(qiáng)度特 性進(jìn)行定位的技術(shù)；這種定位技術(shù)的實(shí)施一般分為兩步，首先是對(duì)離線的RSS數(shù)據(jù)進(jìn)行 采集，采集所需定位區(qū)域內(nèi)設(shè)定地點(diǎn)的RSS數(shù)據(jù)，以建立RSS無線指紋數(shù)據(jù)庫，每一個(gè) RSS無線指紋信息對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的位置；然后進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，定位時(shí)則根據(jù)各信號(hào)接收器 接收到的待定位目標(biāo)信號(hào)的RSS參數(shù)，采用匹配算法從RSS無線指紋數(shù)據(jù)庫中提取與之 匹配的RSS參數(shù)，該RSS參數(shù)所對(duì)應(yīng)的位置即為待定位目標(biāo)的位置。該方法雖然克服了 傳統(tǒng)的室內(nèi)無線定位技術(shù)受NL0S傳播和多徑效應(yīng)影響，在一定程度上提高了定位精度； 但由于只利用了無線傳播中信道脈沖響應(yīng)(CIR)的RSS特性，且該特性對(duì)空間位置差異
4的敏感度低，因而影響了定位的準(zhǔn)確性，限制了定位精度的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)基于RSS無線指紋的定位方法存在缺陷，研究設(shè)計(jì)一種基于無 線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，采用定位區(qū)域內(nèi)設(shè)定地點(diǎn)的信道頻域幅度響應(yīng)數(shù) 據(jù)(參數(shù))及各數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)建立定位(無線指紋)數(shù)據(jù)庫，以提高對(duì)定位區(qū) 域內(nèi)位置差異的敏感度，達(dá)到降低對(duì)時(shí)間的同步性要求及定位的成本，有效提高定位的 準(zhǔn)確性及定位精度等目的。
本發(fā)明的解決方案是首先確定各個(gè)信號(hào)接收器及在定位區(qū)域內(nèi)所設(shè)節(jié)點(diǎn)(己知的 定位點(diǎn))相對(duì)于各信號(hào)接收器的位置，然后利用具有歸一化線譜形狀的信號(hào)作為建庫信 號(hào)，建立定位數(shù)據(jù)庫；當(dāng)待定位目標(biāo)發(fā)出與建庫信號(hào)源相同的信號(hào)時(shí)，各接收器根據(jù)各 自接收到的目標(biāo)信號(hào)、分別對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換處理，由此得到待定位目標(biāo)與各個(gè)接收 器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)的參數(shù)，各接收器根據(jù)所得參數(shù)，從定位數(shù) 據(jù)庫中搜索(提取)出與待定位目標(biāo)最大的定位參數(shù)匹配值，并由此確定待定位目標(biāo)的 具體位置；最后將所得位置的具體參數(shù)提供給監(jiān)視管理系統(tǒng)作后繼處理，從而實(shí)現(xiàn)其發(fā) 明目的。因此，本發(fā)明方法包括
A. 建立定位數(shù)據(jù)庫首先設(shè)定各個(gè)信號(hào)接收器和各個(gè)節(jié)點(diǎn)(定位點(diǎn))在由這些節(jié)點(diǎn) 構(gòu)成的定位網(wǎng)格中相對(duì)于各信號(hào)接收器的位置；然后在其中的1個(gè)節(jié)點(diǎn)上放置一個(gè)建庫 信號(hào)源，發(fā)射幅度譜具有歸一化線譜形狀的建庫信號(hào)，各個(gè)信號(hào)接收器接收到該信號(hào)之 后，分別對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換處理，由此確定網(wǎng)格中該信號(hào)源所處節(jié)點(diǎn)與各個(gè)接收器之 間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)的一條參數(shù)，該條參數(shù)與該節(jié)點(diǎn)在定位網(wǎng)格中相 對(duì)于各信號(hào)接收器的位置參數(shù)一并作為該節(jié)點(diǎn)的定位參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中；此后，重復(fù)上 述操作，采用同一建庫信號(hào)，依次確定網(wǎng)格中其余各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與所有接收器之間無線 傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)的對(duì)應(yīng)參數(shù)，并與各個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于各信號(hào)接收器的位置 參數(shù)組合成相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的定位參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中，從而建成本發(fā)明定位數(shù)據(jù)庫；
B. 確定各接收器與目標(biāo)之間的頻域幅度響應(yīng)參數(shù)；在待定位目標(biāo)上設(shè)置與建庫信號(hào) 相同的信號(hào)源，(工作時(shí))各接收器根據(jù)各自接收到的目標(biāo)信號(hào)、分別對(duì)其進(jìn)行傅里葉變 換處理，得到各接收器與該目標(biāo)之間的無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)；
C. 確定待定位目標(biāo)的位置根據(jù)步驟B所得各接收器與該目標(biāo)之間的無線傳播信道 的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)，從定位數(shù)據(jù)庫中搜索(提取)出與待定位目標(biāo)最大的定位 參數(shù)匹配值，并由此確定待定位目標(biāo)的具體位置。
所述建庫信號(hào)源，其信號(hào)源所采用的信號(hào)為
if
其中,=l,2,...，r; c/") = Zsin(2;r// +《)r為建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的持續(xù)時(shí)間；
爿-max^(/)1，即rf(,)的絕對(duì)值的最大值；
厶為建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的第W個(gè)線譜的頻點(diǎn)； 『為建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)包含的線譜的個(gè)數(shù)；
《為建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的第w個(gè)線譜的隨機(jī)初相，在[0,2;r)范圍內(nèi)服從獨(dú)立的均 勻分布；
由建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)s(O的傅里葉變換可知，『個(gè)線譜的幅度譜均為常數(shù)，即
所述各接收器接收到相應(yīng)信號(hào)源發(fā)射的信號(hào)為
K" p ， ;O =柳 他p ， ;O ， f = i, 2,…,r
其中n為接收器個(gè)數(shù)、Pn為第W個(gè)接收器的坐標(biāo)，m為定位網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、 為第m個(gè)節(jié)點(diǎn)處的坐標(biāo)，0表示巻積運(yùn)算，//("Pn,Aj為無線信道響應(yīng)函數(shù)，反映了定 位網(wǎng)格中第w個(gè)節(jié)點(diǎn)與第w個(gè)接收器之間的無線信道傳播效應(yīng)。
所述各個(gè)接收器對(duì)接收到的(建庫)信號(hào)分別通過
2爿
進(jìn)行傅里葉變換處理；
其中w = l，2，'"，『，//(X，Pn，Aj是無線信道響應(yīng)函數(shù)的，Pn，^)的傅里葉變換。 所述確定該建庫信號(hào)源與各接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)
為
由于各個(gè)信號(hào)接收器各自接收信號(hào)時(shí)的采樣時(shí)間差異僅體現(xiàn)在信道的頻域相位響應(yīng) 上，而歸一化信道的頻域幅度響應(yīng)與相位無關(guān)，所以采用本發(fā)明方法確定定位數(shù)據(jù)庫對(duì) 各信號(hào)接收器之間采樣時(shí)間的同步性要求不敏感。
所述各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與所有接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)的對(duì)應(yīng)參
數(shù)為， w"，2，…,' "1,2,…,AT 所述接收器接收到的待定位目標(biāo)信號(hào)為
其中f = l，2,..,r， " = 1,2，...，JV， ^為待定位目標(biāo)的位置；/ (/，/7 ,/0為無線信道 響應(yīng)函數(shù)，反映了待定位目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)在待定位目標(biāo)與第W個(gè)接收器之間經(jīng)歷無線信道傳播所發(fā)生的變換。
所述各接收器與待定位目標(biāo)之間的無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)為:
與前述相同，所以采用本發(fā)明方法確定待定位目標(biāo)位置時(shí)，對(duì)各個(gè)信號(hào)接收器之間 采樣時(shí)間的同步性要求亦不高。
所述從定位數(shù)據(jù)庫中搜索(提取)出與待定位目標(biāo)最大的定位參數(shù)匹配值，其匹配 值為
其中M是定位數(shù)據(jù)庫中歸一化信道頻域幅度響應(yīng)的條數(shù)，每條有7V個(gè)歸一化信道 頻域幅度響應(yīng)，每個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)己知位置與一個(gè)接收器之間無線傳播的歸一化信道頻域幅 度響應(yīng)，在已知的定位點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)都為S(O。
所述確定待定位目標(biāo)的具體位置為
A =argmax2(/0
艮P:在所有;^ (m = l，2,..，M)中使g(/^)取得最大值的那個(gè)坐標(biāo)A、則為測出的 待定位目標(biāo)的位置坐標(biāo)；由此可見，采用本發(fā)明方法確定信號(hào)源位置利用了待定位用戶 與定位系統(tǒng)中各個(gè)信號(hào)接收器之間多徑傳播和非直達(dá)波傳播的空間差異性，所以克服了 多徑傳播和非直達(dá)波傳播對(duì)信號(hào)源定位的負(fù)面影響。
本發(fā)明由于利用具有歸一化線譜形狀的信號(hào)作為建庫信號(hào)，各個(gè)信號(hào)接收器接收到 該信號(hào)之后，分別對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換處理，確定各節(jié)點(diǎn)與各個(gè)接收器之間無線傳播信 道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)，該參數(shù)與所設(shè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于各信號(hào)接收器的位置參數(shù)一并 用于建立定位數(shù)據(jù)庫，從而使用于定位的信息更豐富，對(duì)各個(gè)信號(hào)接收器之間采樣時(shí)間 的同步性要求低；又因定位方法中利用了待定位目標(biāo)與定位系統(tǒng)中各個(gè)信號(hào)接收器之間 多徑傳播和非直達(dá)波傳播的空間差異性，又可克服多徑傳播和非直達(dá)波傳播對(duì)定位信號(hào) 的負(fù)面影響。因而，本發(fā)明具有可有效提高對(duì)定位區(qū)域內(nèi)位置差異的敏感度，降低了對(duì) 時(shí)間的同步性要求及定位的成本，提高了定位的準(zhǔn)確性及定位精度等特點(diǎn)。


圖l.為本發(fā)明方法流程示意圖(方框圖)；
圖2.為采用四個(gè)信號(hào)接收器對(duì)1000個(gè)待定位目標(biāo)進(jìn)行仿真測量時(shí)，各誤差段所占比 例坐標(biāo)示意= Z Z g仏,& ， & )g仏,凡,a )，
w = l，2,..，M圖3.為分別采用3個(gè)、2個(gè)信號(hào)接收器對(duì)1000個(gè)待定位目標(biāo)進(jìn)行定位測量時(shí)，對(duì)應(yīng) 組中各誤差段所占比例坐標(biāo)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以位于邊長等于60米的正方形室內(nèi)的待定位目標(biāo)的二維定位為例，4個(gè)信號(hào)接收器 p,、 p2、 p3、 P4分別設(shè)于坐標(biāo)(10,10)、 (10,50)、 (50,10)和(50,50)點(diǎn)上，單位均為米 (m);而在整個(gè)室內(nèi)按0.5x0.5米間隔設(shè)置采樣點(diǎn)、共14400個(gè)節(jié)點(diǎn)；
A.建立定位數(shù)據(jù)庫在定位網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(0.5,0.5)上放置一個(gè)可發(fā)射信號(hào)為
爿
的建庫信號(hào)源S，
256
其中,=1,2廣'，256; <0 = |>11(2;2"http:// + &)表示由256個(gè)線譜合成的信號(hào)；頻點(diǎn) 人=^/512， w為線譜數(shù)、S卩256個(gè)頻點(diǎn)值為0.0020、 0.0039、 0.0059、 ...、 0.5;而 256個(gè)線譜的幅度譜S(人)=0.5 (即各幅度譜均為常數(shù)0.5);
各信號(hào)接收器接收的的信號(hào)為K"P",(0.5，0.5))-力)②/7(/，p",(0.5,0.5))，其中，第一 個(gè)信號(hào)接收器P,接收到的信號(hào)為
K'， (10,10), (0.5,0,5))=順 他(10,10)， (0.5， 0.5))
其中， 1,2,…,256 ， /^，(10,10),(0.5，0.5))為該建庫信號(hào)源與第一個(gè)接收器Pi之間 的無線信道響應(yīng)函數(shù)；
信號(hào)接收器p^ p3、 p4因信號(hào)源位置相同亦分別接收到與其坐標(biāo)(10， 50)、 (50， 10)、 (50， 50)相應(yīng)的建庫信號(hào)；W,Pn,(0.5,0.5))中，在p"為第2、 3、 4個(gè)信號(hào)接收器 的坐標(biāo)時(shí)，則分別為該建庫信號(hào)源與第二、三、四個(gè)接收器之間的無線信道響應(yīng)函數(shù)；
四個(gè)接收器對(duì)接收到的信號(hào)分別通過-
i 仏,p",(0.5,0.5)) = i/(/w，p"，(0.5,0.5))S(厶)=0.5//(y;,p",(0.5,0.5》
進(jìn)行傅里葉變換處理；對(duì)第一個(gè)接收器所接收信號(hào)的處理結(jié)果則為
/ (厶,(10，10),(0.5，0.5)) = //(厶，(10，10)，(0.5,0.5))5(厶)=0.5//(/(9，(10，10)， (0.5,0.5》 其中w = l，2，一,256， //仏，(10,10)，(0.5,0.5))為該建庫信號(hào)源與第一個(gè)接收器p,之 間的無線信道響應(yīng)函數(shù)(10， 10), (0.5,0.5))的傅里葉變換；
當(dāng)p"為第二、三、四個(gè)接收器的坐標(biāo)值時(shí)，則得到對(duì)相應(yīng)的接收器所接收信號(hào)的 處理結(jié)果；在/f(厶,Pn，(0.5，0.5))中，當(dāng)n為2、 3、 4時(shí)，則分別為建庫信號(hào)源與相應(yīng)的 接收器之間的無線信道響應(yīng)函數(shù)的傅里葉變換； 通過G仏,p , (0.5， 0.5》= 、"，、"， w = i， 2,…,256
256
、Zl可"，p",(0.5,
v必=1
確定該建庫信號(hào)源與各接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)；其中該建 庫信號(hào)源與第一個(gè)接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)為
|i/(/ffl，(l 0,10), (0.5, G(厶，(10,10)，(0.5，0.5》=~1 、" 、 "、~^
J256
^gl"仏,(10，10)，(0.5,0.5))「
在G(厶,Pn，(0.5,0.5))中，當(dāng)n為2、 3、 4時(shí)，則分別為該建庫信號(hào)源與第二、三、 四個(gè)接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng);建庫信號(hào)源S的坐標(biāo)位置(0.5,0.5) 與所得四組無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)一并組成定位數(shù)據(jù)庫中與該坐標(biāo)位 置對(duì)應(yīng)的一條定位參數(shù)；
對(duì)定位網(wǎng)格中的其它節(jié)點(diǎn)重復(fù)上述操作，從而獲得定位數(shù)據(jù)庫中與14400個(gè)定位點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的14400條定位參數(shù)；
B.確定各接收器與待定位目標(biāo)之間的頻域幅度響應(yīng)參數(shù)
當(dāng)進(jìn)入待定位區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)發(fā)射出與建庫信號(hào)相同的信號(hào)時(shí)，則各信號(hào)接收器接收
到的信號(hào)為
W, p , Oo, y0))=力) 雄,p , Oo ， _y0))
其中，f-l，2,…,256， (x。，^)為待定位目標(biāo)的坐標(biāo)；則第一個(gè)信號(hào)接收器P,接收到 的目標(biāo)信號(hào)為
K"io,io)，(Wo)) ,(io,io),(Wo))
其中，/z(/,(10,10),(;c。,j;。))為該目標(biāo)信號(hào)源與第一個(gè)接收器p,之間的無線信道響應(yīng)函
數(shù)；
信號(hào)接收器Pr P3、 P4因目標(biāo)信號(hào)源位置相同，亦分別接收到與其坐標(biāo)(IO， 50)、 (50， 10)、 (50， 50)相應(yīng)的目標(biāo)信號(hào)；在//(/^,,，"，:^》中，當(dāng)n為2、 3、 4時(shí)，則分 別為該目標(biāo)信號(hào)源與第二、三、四個(gè)接收器之間的無線信道響應(yīng)函數(shù)； 上述四個(gè)接收器對(duì)接收到的信號(hào)分別通過
及O;,P","J?！?風(fēng),P',，(Wo)風(fēng))=0.5//(人,p","j?！罚?=1，2廣、256
作傅里葉變換處理；對(duì)第一個(gè)接收器所接收信號(hào)的處理結(jié)果為-
i (厶,(10,10)， (10,^0)) = //仏，(10,10), (x。，少。))S(/J = 0.5//(人,(10,10), (x0，_y0)) 其中i/(人，(10，10)，(x。，少。》為該目標(biāo)信號(hào)源與第一個(gè)接收器p,之間的無線信道響應(yīng) 函數(shù)/7(/,(10,10),(x。,;;?！返母道锶~變換；在/Z(厶，Pn，(x。，;;。))中，當(dāng)n為2、 3、 4時(shí)，則分別為待定位目標(biāo)信號(hào)源與相應(yīng)的接收器之間的無線信道響應(yīng)函數(shù)的傅里葉變換； 通過G(/a,P ,(w。))=f(二p"Ul， " = 1，2,..，256
、力Kp",(w。))12
確定該待定位目標(biāo)與各接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)；其中該目 標(biāo)與第一個(gè)接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)為-
G(X， (10,10), (x。， y?！?-==-—!=
、力風(fēng)，(io，io),(w。))12
V (0=1
在G(厶，Pn,K，y。))中，當(dāng)？ 為第2、 3、 4個(gè)接收器的坐標(biāo)時(shí)，則分別為該待定位目
標(biāo)與第二、三、四個(gè)接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)；
c.確定待定位目標(biāo)的位置根據(jù)步驟b所得各接收器與待定位目標(biāo)之間的無線傳播
信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)，從定位數(shù)據(jù)庫中分別搜索出與該待定位目標(biāo)最大的定
位參數(shù)匹配值所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為(；，夕。)=(10.875, 5.25)，即采用本實(shí)施方式測得待定位目標(biāo)
的位置坐標(biāo)為(；,:pQ) = (10.875， 5.25);
經(jīng)實(shí)測驗(yàn)證該待定位目標(biāo)實(shí)際測量得到的準(zhǔn)確坐標(biāo)為0c。,少。)二(10.82， 5.21)，采
用本實(shí)施方式其定位的均方根誤差為
7(;。—x。)2+CP。—y。)2 =^(10.875 — 10.82)2+(5.21 — 5.25)2 = 0.068米
為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明方法的準(zhǔn)確性，采用本實(shí)施方式在室內(nèi)對(duì)IOOO個(gè)位于不同位 置的待定位目標(biāo)作仿真測試，當(dāng)用上述四個(gè)信號(hào)接收器及定位數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定位測量時(shí)， 其平均誤差為0.26米，其中誤差小于0.40米的達(dá)90%以上，附圖2即為各誤差段所占比 例的坐標(biāo)示意當(dāng)分別采用其中3個(gè)、2個(gè)信號(hào)接收器進(jìn)行定位測量時(shí)的平均定位誤差分別為0. 28 米、0.31米，前者誤差小于0.40米、后者誤差小于0.50米的均達(dá)90%;附圖3即分別 為3個(gè)、2個(gè)信號(hào)接收器進(jìn)行定位測量時(shí)各誤差段所占比例的坐標(biāo)示意圖。
從上述驗(yàn)證結(jié)果可以看出無論是采用4個(gè)、還是采用3個(gè)或2個(gè)信號(hào)接收器進(jìn)行 定位的精度差別不大；就本實(shí)施方式而言，采用2個(gè)信號(hào)接收器進(jìn)行定位，其準(zhǔn)確性即 可完全滿足常規(guī)定位要求；因而，采用本發(fā)明方法還可有效降低定位的成本。
權(quán)利要求
1、一種基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，包括A、建立定位數(shù)據(jù)庫首先設(shè)定各個(gè)信號(hào)接收器和各個(gè)節(jié)點(diǎn)在由這些節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的定位網(wǎng)格中相對(duì)于各信號(hào)接收器的位置；然后在其中的1個(gè)節(jié)點(diǎn)上放置一個(gè)建庫信號(hào)源，發(fā)射幅度譜具有歸一化線譜形狀的建庫信號(hào)，各個(gè)信號(hào)接收器接收到該信號(hào)之后，分別對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換處理，由此確定網(wǎng)格中該信號(hào)源所處節(jié)點(diǎn)與各個(gè)接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)的一條參數(shù)，該條參數(shù)與該節(jié)點(diǎn)在定位網(wǎng)格中相對(duì)于各信號(hào)接收器的位置參數(shù)一并作為該節(jié)點(diǎn)的定位參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中；此后，重復(fù)上述操作，采用同一建庫信號(hào)，依次確定網(wǎng)格中其余各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與所有接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)的對(duì)應(yīng)參數(shù)，并與各個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于各信號(hào)接收器的位置參數(shù)組合成相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的定位參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中，從而建成本發(fā)明定位數(shù)據(jù)庫；B.確定各接收器與目標(biāo)之間的頻域幅度響應(yīng)參數(shù)；在待定位目標(biāo)上設(shè)置與建庫信號(hào)相同的信號(hào)源，各接收器根據(jù)各自接收到的目標(biāo)信號(hào)、分別對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換處理，得到各接收器與該目標(biāo)之間的無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)；C.確定待定位目標(biāo)的位置根據(jù)步驟B所得各接收器與該目標(biāo)之間的無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)，從定位數(shù)據(jù)庫中搜索出與待定位目標(biāo)最大的定位參數(shù)匹配值，并由此確定待定位目標(biāo)的具體位置。
2、 按權(quán)利要求1所述基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，其特征在于所 述建庫信號(hào)源的信號(hào)為-爿其中f = l，2,...,r;柳-》in(2;r/j + D;r為建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的持續(xù)時(shí)間；爿=maxp(,)l ，即c/(0的絕對(duì)值的最大值；厶為建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的第w個(gè)線譜的頻點(diǎn)； 『為建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)包含的線譜的個(gè)數(shù)； 《為建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的第w個(gè)線譜的隨機(jī)初相。
3、 按權(quán)利要求1所述基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，其特征在于所 述各接收器接收到相應(yīng)信號(hào)源發(fā)射的信號(hào)為K,，p",aJD,，p"，;O其中w為接收器個(gè)數(shù)、Pn為第w個(gè)接收器的坐標(biāo)，m為定位網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、/^為第m個(gè)節(jié)點(diǎn)處的坐標(biāo)，(8)表示巻積運(yùn)算，/^，p"，Aj為無線信道響應(yīng)函數(shù)。
4、按權(quán)利要求1所述基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，其特征在于所 述各個(gè)接收器對(duì)接收到的建庫信號(hào)分別通過-^0B，P"，Aj = "(/a>,P ，Pm)saB) = ^//(/(9,P ，a )進(jìn)行傅里葉變換處理；其中W-l,2,…，釅，i/(人，p"，iO為無線信道響應(yīng)函數(shù)W，P"，/0的傅里葉變換。
5、 按權(quán)利要求1所述基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，其特征在于 所述建庫信號(hào)源與各接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)為G仏，P"，/Q:，",/Ql= , w，u、，/』 ，/ol 、Slw』"，凡)12
6、 按權(quán)利要求1所述基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，其特征在于所述各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與所有接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)的參數(shù)為
7、 按權(quán)利要求1所述基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，其特征在于 所述接收器接收到的待定位目標(biāo)信號(hào)為W, p", aJ = W) W， p ， p )，其中P"為待定位目標(biāo)的位置，WZ,A,A)為無線信道響應(yīng)函數(shù)。
8、 按權(quán)利要求1所述基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，其特征在于 所述各接收器與待定位目標(biāo)之間的無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)為
9、 按權(quán)利要求1所述基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，其特征在于所述從定位數(shù)據(jù)庫中搜索出與待定位目標(biāo)最大的定位參數(shù)匹配值，其匹配值為20O:藝2;G仏,p",;OG(厶,;7"，;0， m = l,2,..,M
10、 按權(quán)利要求1所述基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法，其特征在于所述確定待定位目標(biāo)的具體位置為A =argmaxgOm)
全文摘要
該發(fā)明屬于一種對(duì)室內(nèi)無線傳播的信號(hào)源進(jìn)行定位的方法，包括采用建庫信號(hào)源建立定位數(shù)據(jù)庫，確定各接收器與目標(biāo)之間的頻域幅度響應(yīng)參數(shù)，確定待定位目標(biāo)的位置。該發(fā)明由于采用具有歸一化線譜形狀的信號(hào)作為建庫信號(hào)，確定各節(jié)點(diǎn)與各個(gè)接收器之間無線傳播信道的歸一化頻域幅度響應(yīng)參數(shù)并與之對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)一并用于建立定位的數(shù)據(jù)庫，對(duì)待定位目標(biāo)定位；同時(shí)在定位方法中充分利用待定位目標(biāo)與各信號(hào)接收器之間多徑傳播和非直達(dá)波傳播的空間差異性、克服其負(fù)面影響；因而具有可有效提高對(duì)定位區(qū)域內(nèi)位置差異的敏感度，降低了對(duì)時(shí)間的同步性要求及定位的成本，提高了定位的準(zhǔn)確性及定位精度等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S5/14GK101526609SQ20091005872
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者群 萬, 飛 文, 爽 秦, 慧 陳, 平 魏 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)