專利名稱：一種信號(hào)波形未知的非合作目標(biāo)無線定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種室內(nèi)定位技術(shù)，特別是一種對(duì)帶未知無線信號(hào)波形的目標(biāo)(非合
作目標(biāo))進(jìn)行定位的方法。本發(fā)明通過利用已知無線信號(hào)源建立定位數(shù)據(jù)庫、并配合識(shí)別系統(tǒng)對(duì)帶未知無線信號(hào)波形的一個(gè)及多個(gè)目標(biāo)定位(位置估計(jì))，該定位方法既可以克服傳統(tǒng)定位方法受多徑傳播和非直達(dá)波傳播的負(fù)面影響，且接收器之間對(duì)時(shí)間的同步性要求也不高，是一種低成本的定位方法。
背景技術(shù)：
室內(nèi)定位在醫(yī)療衛(wèi)生、社會(huì)安全、公眾服務(wù)及商業(yè)運(yùn)營等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。室內(nèi)定位可以提高醫(yī)療衛(wèi)生部門緊急服務(wù)和人員管理的現(xiàn)代化水平。在醫(yī)院?jiǎn)T工面對(duì)突發(fā)情況時(shí)召集不到救助或看護(hù)人員不夠等情況下，對(duì)醫(yī)院的員工或被監(jiān)護(hù)的病員提供定位服務(wù)將起到?jīng)Q定性的作用；室內(nèi)定位還可以有效改善醫(yī)院的醫(yī)療條件、設(shè)備管理。較大醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備往往有成百上千件，從供應(yīng)中心到麻醉病人的護(hù)理設(shè)備，經(jīng)常需要知道各種設(shè)備的具體位置，若在緊急情況下不能準(zhǔn)確知道設(shè)備所處的位置，將對(duì)救治病員十分不利甚至貽誤救治時(shí)機(jī)。室內(nèi)定位可以應(yīng)用于監(jiān)獄的管理，通過對(duì)犯人的位置信息的管理和實(shí)時(shí)跟蹤，可以有效的減少罪犯越獄的機(jī)會(huì)，荷蘭位于萊利斯塔德市內(nèi)的一座監(jiān)獄已經(jīng)在使用室內(nèi)定位系統(tǒng)；中國礦難時(shí)有發(fā)生，利用室內(nèi)定位系統(tǒng)進(jìn)行煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控、自動(dòng)控制與企業(yè)管理系統(tǒng)等方面的信息化建設(shè)工作，在發(fā)生礦難時(shí)可以動(dòng)態(tài)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況，進(jìn)行人員精確定位，以便搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)。室內(nèi)定位還可以用于幼兒園管理幼兒或主題公園跟蹤兒童，日本已經(jīng)采用無線定位系統(tǒng)跟蹤孩童方位，防止兒童走失或被人拐賣。通過室內(nèi)定位對(duì)貴重資產(chǎn)進(jìn)行定位跟蹤，將給珠寶公司、博物館、銀行等帶來巨大的益處。另外，室內(nèi)定位還可以應(yīng)用于車庫中車輛的管理以及大型工廠車間貨物的管理。將室內(nèi)定位進(jìn)行擴(kuò)展，將定位、通信、計(jì)算機(jī)信息處理與控制等構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，更有利于多種信息的融合。 室內(nèi)定位包括對(duì)帶已知波形信號(hào)的合作目標(biāo)及帶未知波形信號(hào)的非合作目標(biāo)的定位。目前常用的定位方法有測(cè)距定位方法、測(cè)距差定位方法、測(cè)角定位方法和聯(lián)合測(cè)距測(cè)角定位方法，這些定位方法均屬于參數(shù)化定位方法。此類方法要求距離、距離差、角度等參數(shù)與目標(biāo)位置之間的函數(shù)關(guān)系是已知的。然而，在室內(nèi)環(huán)境中的非視距傳輸效應(yīng)、多徑傳播效應(yīng)、信號(hào)衰減規(guī)律復(fù)雜等因素的影響下，利用接收信號(hào)測(cè)量的距離、距離差、角度等參數(shù)不僅與目標(biāo)位置有關(guān)，還與具體的室內(nèi)信號(hào)傳播環(huán)境有關(guān)。當(dāng)具體的室內(nèi)信號(hào)傳播環(huán)境未知時(shí)，首先利用接收信號(hào)進(jìn)行距離、距離差、角度等參數(shù)估計(jì)，然后再確定目標(biāo)位置估計(jì)的參數(shù)化定位方法，其性能常常受到室內(nèi)環(huán)境中的非視距傳輸效應(yīng)、多徑傳播效應(yīng)、信號(hào)衰減規(guī)律復(fù)雜等因素的嚴(yán)重影響，而將這些因素當(dāng)作負(fù)面因素并進(jìn)行有效抑制的處理方法十分復(fù)雜，因此難以滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)低成本、高精度定位性能的需要。 針對(duì)上述缺陷，采用基于定位環(huán)境接收信號(hào)強(qiáng)度(RSS)數(shù)據(jù)庫的定位方法是一種利用信號(hào)傳播的強(qiáng)度特性進(jìn)行非參數(shù)化定位的技術(shù)，這種非參數(shù)化定位技術(shù)的實(shí)施一般分
4為兩步，首先是采集所需定位區(qū)域內(nèi)多個(gè)設(shè)定地點(diǎn)的RSS數(shù)據(jù)，以建立RSS數(shù)據(jù)庫，每一個(gè)RSS數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的位置；進(jìn)行實(shí)時(shí)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)，采用匹配方法從RSS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。申請(qǐng)人在申請(qǐng)?zhí)枮?00910058721. 7、發(fā)明名稱為《基于無線信道頻域幅度響應(yīng)的匹配定位方法》的專利文獻(xiàn)中公開的技術(shù)即屬于此類技術(shù)。該技術(shù)在待定位目標(biāo)上設(shè)置與建庫信號(hào)完全相同的信號(hào)源，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；雖然克服了傳統(tǒng)的參數(shù)化室內(nèi)無線定位技術(shù)受非視距傳輸效應(yīng)、多徑傳播效應(yīng)、信號(hào)衰減規(guī)律復(fù)雜等因素的影響，在一定程度上提高了定位精度；但該方法只能針對(duì)設(shè)有與建庫信號(hào)完全相同信號(hào)的合作目標(biāo)進(jìn)行定位，且只能確定待定位目標(biāo)的位置、尤其對(duì)多目標(biāo)而言則不能判定(斷)各具體目標(biāo)的名稱(即不能區(qū)別不同的待定位目標(biāo))。目前針對(duì)帶未知波形信號(hào)的非合作目標(biāo)的定位仍然采用傳統(tǒng)的參數(shù)化定位方法；因而仍存在受非視距傳輸效應(yīng)、多徑傳播效應(yīng)、信號(hào)衰減規(guī)律復(fù)雜等因素影響，以及定位成本高等弊病。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研究設(shè)計(jì)一種信號(hào)波形未知的非合作目標(biāo)無線定位的方法，利用由合作信號(hào)獲取的定位環(huán)境數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)確定非合作目標(biāo)位置。達(dá)到不但能對(duì)非合作目標(biāo)進(jìn)行定位，而且能對(duì)各具體目標(biāo)進(jìn)行區(qū)別、判斷，以及提高對(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，以便進(jìn)行有效管理、跟蹤、監(jiān)控等目的。 本發(fā)明的解決方案是仍按背景技術(shù)的方法建立定位數(shù)據(jù)庫及設(shè)置信號(hào)接收器和相應(yīng)的監(jiān)視管理器(計(jì)算機(jī))，并在此基礎(chǔ)上增設(shè)分別與各管理目標(biāo)對(duì)應(yīng)的跟蹤信息數(shù)據(jù)庫；在各管理目標(biāo)上增設(shè)可發(fā)射與定位數(shù)據(jù)庫信號(hào)相同頻率合成的信號(hào)和識(shí)別碼的定位芯片，各芯片發(fā)射的識(shí)別碼和信號(hào)被各接收器接收后送入計(jì)算機(jī)，其信號(hào)分別經(jīng)傅里葉變換處理確定其相應(yīng)的幅度譜，進(jìn)而獲得各自空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)，再將其與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中記錄的無線傳播信道的空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)參數(shù)之間進(jìn)行匹配處理，以其最優(yōu)匹配所對(duì)應(yīng)的位置數(shù)據(jù)來確定待定位目標(biāo)的位置估計(jì)、然后再通過其識(shí)別碼確定該位置處目標(biāo)的名稱，最后通過可視化界面顯示出各目標(biāo)的名稱及其所在位置的信息，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)庫按背景技術(shù)建立定位數(shù)據(jù)庫，即首先設(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空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(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空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(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)明定位的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；
5
B、在各管理目標(biāo)設(shè)置定位芯片并將其信息參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫在各定位芯片上設(shè)置 可發(fā)射與建庫信號(hào)相同頻率合成的信號(hào)源、以及在各定位芯片上分別設(shè)定識(shí)別碼；然后將 各定位芯片分別置于各管理目標(biāo)上，同時(shí)將各識(shí)別碼及所對(duì)應(yīng)管理目標(biāo)的名稱亦作為各目 標(biāo)的一組跟蹤信息分別存入另一數(shù)據(jù)庫內(nèi)、備用； C、確定管理目標(biāo)所在的位置當(dāng)各接收器收到任一管理目標(biāo)的芯片發(fā)出的信息參 數(shù)后，分別對(duì)其中的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換處理、確定各接收器所接收信號(hào)的幅度譜，進(jìn) 而獲得各自空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)，再將其與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中記錄的無線傳播信道的 空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)參數(shù)之間進(jìn)行匹配處理，最優(yōu)匹配的無線傳播信道的空域頻 域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)參數(shù)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中所對(duì)應(yīng)的空間位置、即為該目標(biāo)的位置；然后 再通過芯片所發(fā)信息中的識(shí)別碼與跟蹤信息數(shù)據(jù)庫中的識(shí)別碼比對(duì)、其中含有與芯片相同 識(shí)別碼參數(shù)所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)名稱即為該管理目標(biāo)的名稱，從而又確定了該位置處管理目標(biāo)的 名稱； D、顯示各管理目標(biāo)的當(dāng)前位置各接收器同時(shí)依次鎖定其余各管理目標(biāo)，并按C 步驟自動(dòng)處理，從而確定各管理目標(biāo)當(dāng)前所在位置，并在可視化界面上顯示出所有目標(biāo)名 稱及其所處位置的信息；然后進(jìn)行下一循環(huán)各目標(biāo)的定位及顯示。 所述在各定位芯片上設(shè)置可發(fā)射與建庫信號(hào)相同頻率合成信號(hào)源的信號(hào)為
『 <formula>formula see original document page 6</formula>
其中，f。為目標(biāo)信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的第"個(gè)線譜的頻點(diǎn)，"為線譜數(shù)；a 。是第" 個(gè)線譜的隨機(jī)幅度；P 是第"個(gè)線譜的隨機(jī)初相。
所述各接收器接收到目標(biāo)信號(hào)源發(fā)射的信號(hào)為 <formula>formula see original document page 6</formula>
t為信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的持續(xù)時(shí)間、t = 1，2，…，T，n為接收器的個(gè)數(shù)、n = 1，2，，
N;v(t)是管理目標(biāo)發(fā)射的(未知)波形信號(hào)；Pu是管理目標(biāo)的未知位置；Pn是第n個(gè)接收 器所在的位置；h(t， pn， pu)是無線信道響應(yīng)函數(shù)。 所述分別對(duì)接收的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換處理、確定各接收器所接收信號(hào)的幅 度譜；其幅度譜為 <formula>formula see original document page 6</formula>
其中f。是建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的第"個(gè)線譜的頻點(diǎn)、"=1，2，…，W， H(f。， Pn，Pu)是無線信道響應(yīng)函數(shù)h(t，Pn，Pu)的傅里葉變換；V(f。)是管理目標(biāo)發(fā)射的未知波形 信號(hào)V(t)的傅里葉變換。 所述確定各管理目標(biāo)與各個(gè)接收器之間無線傳播信道的空域頻域聯(lián)合歸一化幅 度響應(yīng)是 其中<formula>formula see original document page 6</formula>
所述確定管理目標(biāo)的位置估計(jì)，各個(gè)接收器接收信號(hào)的空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)與定位數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)各條數(shù)據(jù)記錄中的無線傳播信道的空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響 應(yīng)之間進(jìn)行的匹配是 e(附)=f; i g(厶,&, P ,& ， &) 其中，n是接收器的個(gè)數(shù)，m是定位數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)記錄條數(shù)、m二 1，2，…，M，Pm是 網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)位置；當(dāng) pm = pu時(shí)、Q(m)取得最大值，即為最優(yōu)匹配。 本發(fā)明由于利用背景技術(shù)的方法建立定位數(shù)據(jù)庫及設(shè)置信號(hào)接收器和相應(yīng)的監(jiān) 視管理器(計(jì)算機(jī))，并在此基礎(chǔ)上增設(shè)分別與各管理目標(biāo)對(duì)應(yīng)的跟蹤信息數(shù)據(jù)庫；在各管 理目標(biāo)上增設(shè)可發(fā)射與定位數(shù)據(jù)庫信號(hào)相同頻率合成的信號(hào)和識(shí)別碼的定位芯片，各芯片 發(fā)射的識(shí)別碼和信號(hào)被各接收器接收后送入計(jì)算機(jī)處理，處理后的數(shù)據(jù)再與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中 對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)匹配，以確定目標(biāo)的位置；再通過其識(shí)別碼確定該位置處目標(biāo)的名稱； 最后通過可視化界面顯示出各管理目標(biāo)的名稱及其所在位置的信息。本發(fā)明方法由于不需 要知道管理目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)波形，因此可對(duì)非合作的管理目標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)定位并能確定各 目標(biāo)的名稱；又因利用了待定位目標(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，所以還可以克服多徑傳播和非直達(dá)波傳播對(duì)待定位目標(biāo)的位置估計(jì) 的負(fù)面影響。因而，本發(fā)明具有可對(duì)非合作的管理目標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)定位并能區(qū)別各具體目 標(biāo)，有效提高了對(duì)定位區(qū)域內(nèi)位置差異的敏感度和定位的準(zhǔn)確性及定位精度，降低了對(duì)時(shí) 間的同步性要求及定位的成本等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明方法流程示意圖(方框圖)。
具體實(shí)施例方式
以位于長7米寬6米的室內(nèi)待定位目標(biāo)的二維定位為例，4個(gè)信號(hào)接收器Pl、 p2、 P3、P4分別設(shè)于坐標(biāo)等于(0. 25， 0. 25) 、 (0. 25， 5. 75) 、 (6. 75， 5. 75)和(6. 75， 0. 25)的點(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143個(gè)節(jié)點(diǎn)；
A.建立定位數(shù)據(jù)庫利用由成都無線龍通訊科技有限公司生產(chǎn)的ZigBee定位開 發(fā)系統(tǒng)(產(chǎn)品規(guī)格為C51RF-CC2431-ZDK)來建立數(shù)據(jù)庫。即在定位網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(0.5， 0. 5)上放置一個(gè)發(fā)射信號(hào)為 順=丄,
的建庫信號(hào)源S，
256其中t = 1，2，…，256= !]sin(2;r/J +《)表示由256個(gè)線譜合成的信號(hào)；
頻點(diǎn)f 。 = " /512， w為線譜數(shù)、即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(f。) =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W，P",(0.5，0.5))^(O(S)雄,Pn，(O.5,0.5》，其中，第
一個(gè)信號(hào)接收器Pi接收到的信號(hào)為
7
"0, (0.25， 0.25), (0.5， 0.5))=柳 緣(0.25,0.25), (0.5,0.5》 其中，t = 1，2， ".，256，h(t， (0. 25，0. 25) ， (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p2、 p3、 p4因信號(hào)源位置相同亦分別接收到與其坐標(biāo)(0. 25， 5. 75)、 (6. 75， 5. 75)和(6. 75， 0. 25)相應(yīng)的建庫信號(hào)；h(t，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)； 針對(duì)四個(gè)接收器接收到的信號(hào)分別進(jìn)行傅里葉變換并通過 R(fu， pn， (0. 5，0. 5)) = H(fu， pn， (0. 5，0. 5))S(fu) = 0. 5H(fu， pn， (0. 5，0. 5)) 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R(fu， (0. 25,0.25)， (0. 5，0.5)) =H(fu， (0. 25,0.25)， (0. 5， 0. 5)) S (O
=0.5H(fu， (0. 25,0.25)， (0. 5，0.5)) 其中"=1，2， ...，256，H(fu， (0.25，0.25)， (0. 5， 0. 5))為該建庫信號(hào)源與第
一個(gè)接收器P工之間的無線信道響應(yīng)函數(shù)h(t， (0.25,0.25)， (0.5，0.5))的傅里葉變換；
當(dāng)pn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H(f。，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(X，p",(0.5,0.5)) J""""0'5,0.5))! ， (o = 1，2，…，256
256 ， 256
￡)((0.5,0.5)) = (Z|/f(/ffl,(0.25,0.25)，(0.5,0.5))|2 + 2|/f(/(y,(0.25,5.75),(0.5,0.5))|2 +
必=1 必=1
256 256"http://仏,(6.75，0.25),(0.5，0.5))|2 +力//(厶，(6.75,5.75),(0.5,0.5))|2)1/2 確定該建庫信號(hào)源與各接收器之間無線傳播信道的空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響 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空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng) 為 在G(f。，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空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(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空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(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143個(gè)定位點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的143條定位參數(shù)； B.確定待定位目標(biāo)每一個(gè)待定位目標(biāo)均帶有一個(gè)由成都無線龍通訊科技有限 公司生產(chǎn)的無線定位芯片CC2431，在目標(biāo)定位之前，計(jì)算機(jī)已針對(duì)加入該網(wǎng)的每個(gè)無線定 位芯片均事先初始化一個(gè)物理地址，由此管理目標(biāo)根據(jù)各自所帶的無線定位芯片而相應(yīng)獲 得一個(gè)與物理地址相關(guān)聯(lián)的識(shí)別碼，不同管理目標(biāo)可以通過相應(yīng)識(shí)別碼相互區(qū)別。
C.確定各接收器所接收的信號(hào)與管理目標(biāo)之間的幅度譜 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)不相同的信號(hào)時(shí)，各信號(hào)接收器接 收到的信號(hào)為 P ， (A,少o )) = v(o p , (x0 ，少0 ))
256其中，t = 1，2，…，256， (x。， y。)為管理目標(biāo)的坐標(biāo)，v(O =sin(2;r// + / J ，
(y=l
頻點(diǎn)f。 = "/512， w為線譜數(shù)、艮卩256個(gè)頻點(diǎn)值為0. 0020、0. 0039、0. 0059、. 、0. 5， a 。
是第o個(gè)線譜的隨機(jī)幅度，在(O，l)范圍內(nèi)服從獨(dú)立的均勻分布，13 是第o個(gè)線譜的隨 機(jī)初相，在
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)1000個(gè)位于不 同位置的待定位目標(biāo)作仿真測(cè)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(cè)量 時(shí)，其平均誤差為0. 19米，其中誤差小于0. 40米的達(dá)90%以上，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(cè)量時(shí)的平均定位誤差分別為0. 19米、0. 22米，前者誤差小于0. 40 米、后者誤差小于0. 50米的均達(dá)90%。 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)明方法在確保定位精度的條件下、還可有效降低定位
9的成本。
權(quán)利要求
一種信號(hào)波形未知的非合作目標(biāo)無線定位的方法，包括A、建立定位數(shù)據(jù)庫按背景技術(shù)建立定位數(shù)據(jù)庫，即首先設(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空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(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空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(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)明定位的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；B、在各管理目標(biāo)設(shè)置定位芯片并將其信息參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫在各定位芯片上設(shè)置可發(fā)射與建庫信號(hào)相同頻率合成的信號(hào)源、以及在各定位芯片上分別設(shè)定識(shí)別碼；然后將各定位芯片分別置于各管理目標(biāo)上，同時(shí)將各識(shí)別碼及所對(duì)應(yīng)管理目標(biāo)的名稱亦作為各目標(biāo)的一組跟蹤信息分別存入另一數(shù)據(jù)庫內(nèi)、備用；C、確定管理目標(biāo)所在的位置當(dāng)各接收器收到任一管理目標(biāo)的芯片發(fā)出的信息參數(shù)后，分別對(duì)其中的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換處理、確定各接收器所接收管理目標(biāo)信號(hào)的幅度譜，進(jìn)而獲得各自空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)，再將其與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中記錄的無線傳播信道的空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)參數(shù)之間進(jìn)行匹配處理，最優(yōu)匹配的無線傳播信道的空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)參數(shù)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中所對(duì)應(yīng)的空間位置、即為該目標(biāo)的位置；然后再通過芯片所發(fā)信息中的識(shí)別碼與跟蹤信息數(shù)據(jù)庫中的識(shí)別碼比對(duì)、其中含有與芯片相同識(shí)別碼參數(shù)所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)名稱即為該管理目標(biāo)的名稱，從而又確定了該位置處管理目標(biāo)的名稱；D、顯示各管理目標(biāo)的當(dāng)前位置各接收器同時(shí)依次鎖定其余各管理目標(biāo)，并按C步驟自動(dòng)處理，從而確定各管理目標(biāo)當(dāng)前所在位置，并在可視化界面上顯示出所有目標(biāo)名稱及其所處位置的信息；然后進(jìn)行下一循環(huán)各目標(biāo)的定位及顯示。
2. 按權(quán)利要求1所述一種信號(hào)波形未知的非合作目標(biāo)無線定位的方法，其特征在于所 述在各定位芯片上設(shè)置可發(fā)射與建庫信號(hào)相同頻率合成信號(hào)源的信號(hào)為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，f 為目標(biāo)信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的第"個(gè)線譜的頻點(diǎn)，"為線譜數(shù)；a 是第"個(gè) 線譜的隨機(jī)幅度；P 是第"個(gè)線譜的隨機(jī)初相。
3. 按權(quán)利要求1所述一種信號(hào)波形未知的非合作目標(biāo)無線定位的方法，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<formula>formula see original document page 2</formula>其中t為信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的持續(xù)時(shí)間、t = 1，2，…，T， n為接收器的個(gè)數(shù)、n = 1，2，…，N;V(t)是管理目標(biāo)發(fā)射的波形信號(hào)；Pu是管理目標(biāo)的未知位置；Pn是第n個(gè)接收器所在的位置；h(t， pn， Pu)是無線信道響應(yīng)函數(shù)。
4. 按權(quán)利要求1所述一種信號(hào)波形未知的非合作目標(biāo)無線定位的方法，其特征在于所述確定各接收器所接收管理目標(biāo)信號(hào)的幅度譜；其幅度譜為<formula>formula see original document page 3</formula>其中f 是建庫信號(hào)源發(fā)射信號(hào)的第"個(gè)線譜的頻點(diǎn)、"=1，2，…，W， H(f。， pn，Pu)是無線信道響應(yīng)函數(shù)h(t， pn， pu)的傅里葉變換；V(f。)是管理目標(biāo)發(fā)射的未知波形信 號(hào)V(t)的傅里葉變換。
5.按權(quán)利要求1所述一種信號(hào)波形未知的非合作目標(biāo)無線定位的方法，其特征在于所述確定各管理目標(biāo)與各個(gè)接收器之間無線傳播信道的空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)是<formula>formula see original document page 3</formula>其中<formula>formula see original document page 3</formula>
6.按權(quán)利要求1所述一種信號(hào)波形未知的非合作目標(biāo)無線定位的方法，其特征在于所述各個(gè)接收器接收信號(hào)的空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)與定位數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)各條數(shù)據(jù)記錄中的無線傳播信道的空域頻域聯(lián)合歸一化幅度響應(yīng)之間進(jìn)行的匹配是<formula>formula see original document page 3</formula>其中，n是接收器的個(gè)數(shù)，m是定位數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)記錄條數(shù)、m = 1， 2，…，M， pm是網(wǎng)格 中的節(jié)點(diǎn)位置；當(dāng)Pm二Pu時(shí)、Q(m)取得最大值，即為最優(yōu)匹配。
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，包括按背景技術(shù)建立定位數(shù)據(jù)庫及設(shè)置信號(hào)接收器和監(jiān)視管理器，并增設(shè)與各管理目標(biāo)對(duì)應(yīng)的跟蹤信息數(shù)據(jù)庫；同時(shí)在各管理目標(biāo)上增設(shè)可發(fā)射與定位數(shù)據(jù)庫信號(hào)相同頻率合成的信號(hào)和識(shí)別碼的定位芯片。該發(fā)明對(duì)定位芯片所發(fā)信號(hào)處理后與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行最優(yōu)匹配以確定目標(biāo)的位置、再經(jīng)其識(shí)別碼確定該位置處目標(biāo)的名稱；最后顯示出各管理目標(biāo)的名稱及其所在位置的信息。因而，本發(fā)明具有可對(duì)非合作的管理目標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)定位并能區(qū)別各具體目標(biāo)，有效提高了對(duì)定位區(qū)域內(nèi)位置差異的敏感度和定位的準(zhǔn)確性及定位精度，降低了對(duì)時(shí)間的同步性要求及定位的成本等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S5/14GK101718860SQ200910216408
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者萬群, 郭賢生, 陳慧, 魏平, 黃際彥 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)