專利名稱：基于觀察者移動軌跡信號場景分析的無線定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明申請公開一種信息技術(shù)領(lǐng)域的無線定位方法，利用觀察者移動過程的信號場景來提高定位精度。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)對移動通信終端的無線定位技術(shù)主要是基于信號能量和各種時間差分方法。商業(yè)化的無線定位技術(shù)和專利很多都是基于基站的地理信息和能量、信號時間差的方法，同時由于一般是在網(wǎng)絡(luò)端或者手機端發(fā)起，不能用于觀察者的角度來實現(xiàn)定位。這些都是主動識別和定位的方法。針對觀察者的無線定位方法在2G和2. 5G時代可以用偽基站的方法來利用時間差法實現(xiàn)，但是在3G時代由于鑒權(quán)的功能相當完善，偽基站方法難以行得通，目前多是基于信號識別和能量圖的機理，根據(jù)能量來進行識別和定位的?；谀芰康姆椒ê苋菀自诙鄰椒瓷渲忻允Х较?，最典型的例子是能量圖顯示的是各個方向都有能量分布，盡管在每個觀察點只有一個信號能量極值和一個極值方向，但是在觀察者移動的過程中還會發(fā)生目標能量跳變，觀察者只有單點的信息導(dǎo)致了在實際定位的過程中容易出現(xiàn)迷惑的問題。因此國內(nèi)幾家基于信號能量的被動定位產(chǎn)品均不可避免發(fā)生此類問題。由于觀察者不能獲得基站和終端的互動，在城市復(fù)雜環(huán)境中非常難準確定位。本發(fā)明通過讓觀察者沿著一定的軌跡圍繞使用移動通信終端的目標移動，來實現(xiàn)對目標信息集中收集和綜合評判，提高位置判斷的精確性。還可以以概率圖代替能量圖，通過各種條件判斷目標在可能存在區(qū)域內(nèi)的貝葉斯概率，并根據(jù)情況實時更新來更準確地尋找和發(fā)現(xiàn)目標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明申請讓觀察者配備GPS定位機制(包括但不限于GPS、AGPS定位的方法)、 電子地圖和能夠分辨目標信號能量方向/強度的探測儀，讓觀察者圍繞目標位置一圈，來大體判斷目標最可能在這一圈內(nèi)的具體位置。將能量方向分布圖顯示在電子地圖上的觀察者軌跡上。利用觀察點能量方向分布圖上能量極值的方向作為當前觀察點的最可能能量方向。如果遇到能量跳變或者能量低谷，則開始尋找另外一個信號極值的峰值點。當圍繞一圈結(jié)束后，可以利用觀察者軌跡上能量最大的點作為目標候選觀察點。能量最大的點后面經(jīng)歷跳變的能量低谷后，再出現(xiàn)的最大值作為第二候選觀測點，以此類推，直到把繞軌跡一圈中所有的能量極值點都找到，作為其他候選觀測點。繞目標一周結(jié)束后，如果只有一個能量峰值，則表明目標基本沒有被遮擋信號，處理起來就相對簡單，將最大值點前后的觀察點的最大信號能量方向延長至交匯即可得到目標最可能的范圍。如果有多個能量峰值，根據(jù)該峰值點出現(xiàn)在軌跡圖上的位置及峰值信號的極值能量方向來綜合斷定。由于在城市里進行定位的時候建筑錯綜復(fù)雜，目標有可能出現(xiàn)在高層建筑里面， 得到的信號可能是反射信號，因此有些背離的峰值點方向只需要按照周圍建筑的形貌做信號反射反推即可，這一原則在觀察者于高層建筑底層定位在高層的目標時非常有用，可以修正90%以上的由“燈下黑現(xiàn)象”引起的錯誤方向。也就是說，給觀察者配備GPS、電子地圖和能夠分辨目標信號能量及方向的探測器，通過讓觀察者繞目標一周，并記錄移動過程中的觀察者位置、目標信號能量及方向。對記錄的觀察點的能量極值進行峰谷分析，找到能量極值在觀察者移動過程中的一個或多個峰值點，將信號極值強的峰值點作為定位的候選點。對于候選點的極值能量方向偏離移動軌跡方向的，利用候選點周圍的大型物體的走向來對偏離的方向進行反射模型校正；將候選點的極值能量方向或者校正的的方向的延長線的交集構(gòu)成的點或者區(qū)域作為目標對象的位置。而尋找上述峰值點的過程在觀察者開始繞圈的時候就可以開始了。


附圖I是本發(fā)明申請的實現(xiàn)步驟。附圖2是本發(fā)明申請的綜合評價方法對三種情形的定位處理。
具體實施例方式如附圖I所示，本發(fā)明申請進行無線定位的過程如下I、利用觀察者配備的GPS設(shè)備獲取觀察者的位置信息，在電子地圖上顯示觀察者的位置；2、同時獲取觀察者當前位置的跟蹤目標的信息能量在各個方向的分布圖，并記錄在電子地圖上；3、觀察者繞目標一周，重復(fù)步驟I的動作，同時尋找觀察者軌跡方向上信號能量最大的點作為候選點，顯示其能量分布；尋找信息能量極值的低谷來尋找觀察者軌跡上的其他峰值，作為候選點；綜合評價候選點來得到目標可能的位置，在電子地圖上標出來。如附圖2所示，本發(fā)明申請進行無線定位過程中綜合評價候選點的過程簡化為圖中的三種情形，圖中的觀察者軌跡是為了解釋本發(fā)明給出的一個示意圖，不代表觀察者必須沿著圖中的軌跡行進；圖中的觀察點位置和信號能量的極值方向也是示意圖，不代表實際情況必須如此。綜合評價方法如下I、單峰值模型在觀察者移動過程中，每一個觀察點的能量極值在觀察者移動軌跡201上只構(gòu)成一個峰值候選點205，即觀察點的能量極值在觀察者移動過程中沒有跳變， 這是非常理想的情況，在視野開闊的郊外進行定位的時候符合這種情況。這種情況下只需要在峰值候選點A的信號方向上做延長線203，然后任選其他幾個距離A點較遠的觀察點出能量極值方向做延長線203，交匯點即可以較準確推斷目標的位置。附圖2的a圖中觀察者軌跡201、峰值候選點位置A和其他點的位置、觀察點的能量極值方向均只是為了解釋本申請的原理給出的示意圖，具體應(yīng)根據(jù)實際情況來定位。2、多峰值簡單模型在觀察者移動的過程中，每一個觀察點的能量極值在觀察者移動軌跡201上構(gòu)成多個峰值候選點205，即觀察點的能量極值在觀察者移動過程中有跳變或者起伏，表明有障礙阻擋和多徑反射的存在，但是極值方向均指向軌跡內(nèi)，表明情況也比較理想。將多個峰值候選點的能量極值方向延長線203構(gòu)成的焦點或者多邊形區(qū)域認為是目標最可能的位置。比如附圖2的b中有A、B、C、D峰值能量較大的四個點的極值方向的延長線203交匯于一點即目標的最可能位置。圖中的A、B、C、D四個能量極值候選點只是一種示意，峰值候選點的數(shù)量和位置、信號能量方向、觀察者的移動軌跡201均只是一種示意，應(yīng)根據(jù)實際情況來進行位置的尋找，不表示本專利申請只能處理四個峰值點和如圖所示的觀察者移動軌跡、峰值候選點位置、信號能量方向。3、多峰值復(fù)雜模型在觀察者移動的過程中，每一個觀察點的能量極值在軌跡上構(gòu)成多個峰值候選點，即觀察點的能量極值在觀察者移動過程中有跳變或者起伏，表明有障礙阻擋和多徑反射的存在，但是極值方向的延長線203不一定全指向軌跡構(gòu)成的形狀內(nèi)，表明空間環(huán)境比較復(fù)雜，多見于在城市的社區(qū)里面沿著街道進行定位的時候的情形。這種情況下，我們認為觀察者的移動軌跡是在一個狹縫狀的環(huán)形帶202里面，如附圖中的202 所示，狹縫主要是由建筑物等大型物體構(gòu)成。因此對于指向移動軌跡202之外的候選點的能量極值方向的延長線206，按照該候選點軌跡的外圈的大型物體的走向來進行反射變換成為指向202里面的反射延長線204。反射延長線204與其他指向202圈內(nèi)的其他候選點的信號能量極值延長線203的焦點或者延長線構(gòu)成的多邊形即目標最可能的位置。比如如附圖2的c圖所示，A、B這兩個候選點的能量極值方向指向觀察者軌跡帶202的圈外，C、D 這兩個候選點指向的是202的圈內(nèi)，此時對A候選點的信號能量極值方向延長線206按照外圈的大型物體走向207做一個反射，反射方向即目標的最可能方向204 ;對B候選點的信號能量極值方向也如此這般做反射，就可以在觀察者軌跡帶內(nèi)得到其可能的位置了。當符合多峰值復(fù)雜模型的時候，盡量選取指向觀察者移動軌跡帶里面的信號強的極值點，使其簡化為多峰值簡單模型，這樣會更精確一點。如果找不到足夠的指向觀察者移動軌跡帶里面的信號強的極值點，則盡量使用較強信號的峰值點。本發(fā)明申請的有益后果是，通過本申請方案的實施，能夠顯著提高觀察者定位無線終端的速度和準確度，能夠?qū)⒍ㄎ痪葟?0米提高到O. 5米，并且能夠?qū)⒍鄰椒瓷淠Ｐ瓦M行簡化，簡化了信號處理的復(fù)雜度。不管是對于常規(guī)的無線定位還是移動通信終端的定位，都可以利用本申請的方案進行快速準確的定位。對于移動通信終端來說，如果其沒有進行持續(xù)通信，比較難獲取持續(xù)的定位軌跡。 而如何讓移動通信終端持續(xù)地通信，不是本專利申請的討論的焦點。還有移動通信信號頻段內(nèi)有多個終端可能在通信，如何在多個信號中識別目標的信號并將信號用能量方向分布圖來表示的技術(shù)不是本專利申請關(guān)注的焦點。
權(quán)利要求
1.一種基于觀察者移動軌跡信號場景分析的無線定位方法，其特征在于給觀察者配備GPS、電子地圖和能夠分辨目標信號能量及方向的探測器，通過讓觀察者繞目標一周，并記錄移動過程中的觀察者位置、目標信號能量及方向。
2.一種符合權(quán)利要求I的基于觀察者移動軌跡信號場景分析的無線定位方法，其特征在于對記錄的觀察點的能量極值進行峰谷分析，找到能量極值在觀察者移動過程中的一個或多個峰值點，將信號極值強的峰值點作為定位的候選點。
3.一種符合權(quán)利要求2的基于觀察者移動軌跡信號場景分析的無線定位方法，其特征在于對于候選點的極值能量方向偏離移動軌跡方向的，利用候選點周圍的大型物體的走向來對偏離的方向進行反射模型校正；將候選點的極值能量方向或者校正的的方向的延長線的交集構(gòu)成的點或者區(qū)域作為目標對象的位置。
全文摘要
本發(fā)明公布一種信息技術(shù)領(lǐng)域的無線定位方法。通過讓觀察者配備GPS設(shè)備、電子地圖和能夠分辨目標信號能量強度及方向的設(shè)備，讓觀察者圍繞目標移動一周的同時將移動軌跡上的信號能量分布圖記錄下來，并尋找觀察點能量極值的峰值點作為候選點，對信號場景利用三個模型進行綜合評估得到目標的精確位置。當觀察點的能量極值方向與目標所在的區(qū)域沖突的時候，利用觀察點周邊的大型物體的走向來修正信號方向來實現(xiàn)正確的定位。本發(fā)明能夠提高無線定位的準確度，降低定位過程的復(fù)雜性。
文檔編號G01S19/42GK102590838SQ201210020550
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月30日
發(fā)明者彭艷兵 申請人:南京烽火星空通信發(fā)展有限公司