215] 我們嘗試從以下三個方面去評估本發(fā)明：定位性能、人力消耗和通信開銷。
[0216] 定位性能：圖7為鏈路長度從4m迀移到12m時的定位誤差累計概率分布圖（CDF)。 其中CS w/o Trans.表示對于鏈路長度為4m和12m的定位區(qū)域分別構(gòu)建感知矩陣并直接 利用壓縮感知的方法進行定位；RTI為利用層析成像進行定位的方法，且RTI w/Trans.表 示進行迀移，RTI w/o Trans.表示不進行迀移；RASS方法為張顛提出的基于學(xué)習(xí)的方法， 利用支持向量機進行定位，且RTI w/Trans.表示進行迀移，RTI w/o Trans.表示不進行迀 移。通過將本發(fā)明提出的TCL方法與其他方法進行比較，結(jié)果表明TCL的性能接近CS w/ 〇Trans.，對于50%和80%的網(wǎng)格點而言，定位誤差分別為0.87m和1.23m。而RTI方法 和RASS方法對于80%的網(wǎng)格點而言，進行迀移以后的定位誤差相比于不進行迀移分別提 高了58%和66%，說明當(dāng)定位區(qū)域面積變化后通過迀移提前獲得的感知矩陣，可以在新的 監(jiān)測區(qū)域中重新利用。
[0217] 人力消耗：一般來說，一個新監(jiān)控區(qū)域的RSS測量值是手動獲取的。我們用部署 前花費的時間去檢驗人力消耗。定位區(qū)域被分成了邊長為〇. 5m的網(wǎng)格，并且在每個網(wǎng)格中 連續(xù)收集100個測量值，每個測量值用時1. 5s。因此對于4m*4m和12m*12m區(qū)域，構(gòu)造感 知矩陣時間成本至少是2. 67和24小時。圖8為三種不同鏈路長度迀移下的時間消耗比較 圖，當(dāng)鏈路長度為3m迀移到6m時，人力消耗減少41 %，從4m迀移到12m時人力消耗減少 88%，從3m迀移到12m時人力消耗減少93%。由此可見，本發(fā)明提供的迀移方法可以在定 位區(qū)域發(fā)生改變的情況下大大減少重新訓(xùn)練感知矩陣帶來的人力消耗。
[0218] 通信開銷：我們將TCL，RASS w/Trans.和RTI w/Trans.三者的能量消耗進行對 比，通過增加鏈路的數(shù)量，直到定位的精度達到一個定值之后去估計能源的消耗。根據(jù)一階 無線電模型，鏈路上每個包的能耗通過EMdi()= e 。來計算。其中，B是用二進制表示 的包的大小，b 是鏈路長度，ex= 100pJ/(bit/m2)，Eelc= 50nJ/bit。實驗中，B = 320bits， b = 12m，并且每次發(fā)送100個包。則M條鏈路的能耗為MX 3. 66mJ。則對于不同的方法，實 現(xiàn)相同的定位精度所需的鏈路個數(shù)是不同的。圖9為不同的定位誤差下幾種方法能耗的比 較。可見當(dāng)定位誤差小于lm時，TCL，RASS w/Trans?和RTIw/Trans.的能耗分別為18.3mJ， 47. 59mJ，54. 91mJ，表明RTI和RASS方法相比于TCL需要更多的測量值，因此TCL方法能夠 降低通信開銷導(dǎo)致的能量消耗。
[0219] 綜上，本發(fā)明實施例提出了一種基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，通過 將樣本區(qū)域的感知矩陣和監(jiān)測區(qū)域的測量向量進行迀移，并利用壓縮感知的定位方法，來 確定監(jiān)測區(qū)域中目標(biāo)的位置信息，從而避免了對待監(jiān)測區(qū)域進行感知矩陣重新構(gòu)建帶來的 人力消耗和通信開銷，提高了利用壓縮感知實現(xiàn)不同區(qū)域定位的可行性。
[0220] 需要說明的是：上述實施例提供的迀移式被動定位方法進行膠液涂覆的實施例， 僅作為該迀移式被動定位方法中在實際應(yīng)用中的說明，還可以根據(jù)實際需要而將上述迀移 式被動定位方法在其他應(yīng)用場景中使用，其具體實現(xiàn)過程類似于上述實施例，這里不再贅 述。
[0221] 上述實施例中的各個序號僅僅為了描述，不代表各部件的組裝或使用過程中得先 后順序。
[0222] 以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，所述基于空間迀移壓 縮感知的被動式定位方法包括： 步驟一，在樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域分別部署傳感器節(jié)點； 步驟二，通過所述傳感器節(jié)點采集樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域中參考位置處的RSS矩陣； 步驟三，根據(jù)所述樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域的所述RSS矩陣，得到迀移函數(shù)； 步驟四，通過所述傳感器節(jié)點采集樣本區(qū)域中的樣本RSS值，將所述樣本RSS值組合為 感知矩陣； 步驟五，通過所述傳感器節(jié)點采集待監(jiān)測區(qū)域中的定位RSS值，將所述定位RSS值組合 為測量向量； 步驟六，根據(jù)所述迀移函數(shù)，將所述樣本區(qū)域的感知矩陣和所述待監(jiān)測區(qū)域中的測量 向量進行迀移，得到迀移后的感知矩陣和迀移后的測量向量； 步驟七，當(dāng)所述樣本區(qū)域的面積小于所述待監(jiān)測區(qū)域的面積時，對迀移后的感知矩陣 進行網(wǎng)格插值處理，得到迀移后的高分辨率感知矩陣； 步驟八，根據(jù)迀移后的感知矩陣和迀移后的測量向量，利用壓縮感知理論恢復(fù)目標(biāo)的 位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，所 述基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，還包括： 當(dāng)所述樣本區(qū)域的面積不小于所述待監(jiān)測區(qū)域的面積時，在完成步驟六后，直接進行 步驟八。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，所 述在樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域分別部署傳感器節(jié)點，包括： 設(shè)樣本區(qū)域的面積大小lXa，待監(jiān)測區(qū)域的面積大小為uXb，在樣本區(qū)域部署的節(jié)點 形成的無線鏈路長度為1，待監(jiān)測區(qū)域部署的節(jié)點形成的無線鏈路長度為u，且1辛u，樣本 區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域部署的鏈路個數(shù)均為M。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，所 述通過所述傳感器節(jié)點采集樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域中參考位置處的RSS矩陣，包括： 首先將樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域都劃分為N個正方形網(wǎng)格，然后在樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū) 域分別選取相同的參考位置點，分別用1，2,…η和1'，2'，…n'表示，n = n'彡N。 然后讓目標(biāo)分別依次站在樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)選定的網(wǎng)格處，測得樣本區(qū)域的 RSS矩陣S1和待監(jiān)測區(qū)域的RSS矩陣s u，其中；且Sij= {s u (1)，…，Sij (q)，…，Sij (Q)}τ表示目標(biāo)處于第j個網(wǎng)格時第i條鏈路的Q個 連續(xù)的RSS值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，根 據(jù)所述樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域的所述RSS矩陣，得到迀移函數(shù)，包括： 根據(jù)所述樣本區(qū)域的所述RSS矩陣S1和待監(jiān)測區(qū)域的所述RSS矩陣s u，將S1和s 1分 別進行投影，得到y(tǒng)1= Ws S y11= Ws u，令X = (X1，xu)，y = (y1，y11)，構(gòu)建函數(shù)y = Wx，使得 /和yu的分布在投影空間上盡可能相似，即所述F(W)為測量y1的分布p i (y)和y11的分布p u(y)之間距離的優(yōu)化函數(shù)； 將投影分布距離測量函數(shù)Dw(Pl I |pu)代入公式（1)，得到 即為迀移函數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，所 述通過所述傳感器節(jié)點采集樣本區(qū)域中的樣本RSS值，將所述樣本RSS值組合為感知矩陣， 包括： 讓目標(biāo)依次站在樣本區(qū)域的所有網(wǎng)格處，測量每個網(wǎng)格處的RSS值得到感知矩陣其中，Sij= {s。(1)，…，SijQ),…，Sij(Q)K7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，通 過所述傳感器節(jié)點采集待監(jiān)測區(qū)域中的定位RSS值，將所述定位RSS值組合為測量向量，包 括： 記錄目標(biāo)處于待監(jiān)測區(qū)域時每條鏈路的RSS值，得到測量向量Rmxixq= Qr1, rM]T，其中，:Ti= {r Jl)，...，rjq)，…，ι?)}τ〇8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，所 述根據(jù)所述迀移函數(shù)，將所述樣本區(qū)域的感知矩陣和所述待監(jiān)測區(qū)域中的測量向量進行迀 移，得到迀移后的感知矩陣和迀移后的測量向量，包括： 將感知矩陣和測量向量分別與迀移函數(shù)W相乘，得到迀移后的感知矩陣 =(以.)#[1，]，_/￡[1，蜊和迀移后的測量向量^xlxe =(阿)，/e[l，M]; 對所述迀移后的感知矩陣和所述迀移后的測量向量進行降維處理，得到降維后的感知 矩陣和測量向量。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，所 述當(dāng)所述樣本區(qū)域的面積小于所述待監(jiān)測區(qū)域的面積時，對所述樣本區(qū)域進行網(wǎng)格插值處 理，得到迀移后的高分辨率感知矩陣，包括： 首先，當(dāng)所述樣本區(qū)域的面積I Xa小于所述待監(jiān)測區(qū)域的面積uXb，網(wǎng)格數(shù)量均為N 時，樣本區(qū)域的網(wǎng)格邊長為ωι，待監(jiān)測區(qū)域的網(wǎng)格邊長為《u; 其次，將所述待監(jiān)測區(qū)域中的每個網(wǎng)格分為//f個子網(wǎng)格，所述每個子網(wǎng)格的邊長 最終，選取子網(wǎng)格i'所在的網(wǎng)格和與該網(wǎng)格距離最近的8個相鄰網(wǎng)格，共9個網(wǎng)格構(gòu) 成鄰接網(wǎng)格，通過插值得到子網(wǎng)格i'的RSS值，進而得到迀移后的高分辨率感知矩陣。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間迀移壓縮感知的被動式定位方法，其特征在于，根 據(jù)迀移后的感知矩陣和迀移后的測量向量，利用壓縮感知理論恢復(fù)目標(biāo)的位置，包括： 通過利用壓縮感知重建算法（I1Hinimization算法）即可獲得位置向量Θ :其中，CS1)+是偽逆操作符，c>0是一個常數(shù)，δ也是一個常數(shù)但不會趨于1，得到Θ即 完成了待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的定位，且 Θ = [θι，…，0j，…θΝ]τ， 其中，Θ# {〇，1}，當(dāng)?shù)趈個網(wǎng)格上有目標(biāo)時Θ廣1，否則為〇。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于空間遷移壓縮感知的被動式定位方法，屬于被動定位領(lǐng)域。所述發(fā)明包括部署傳感器節(jié)點；采集樣本區(qū)域和待監(jiān)測區(qū)域中參考位置處的矩陣；得到遷移函數(shù)；根據(jù)所述遷移函數(shù)，將所述樣本區(qū)域的感知矩陣和所述待監(jiān)測區(qū)域中的測量向量進行遷移，得到遷移后的感知矩陣和遷移后的測量向量；根據(jù)遷移后的感知矩陣和遷移后的測量向量，利用壓縮感知理論恢復(fù)目標(biāo)的位置。本發(fā)明通過將樣本區(qū)域的感知矩陣和監(jiān)測區(qū)域的測量向量進行遷移，并利用壓縮感知的定位方法，來確定監(jiān)測區(qū)域中目標(biāo)的位置信息，從而避免了對待監(jiān)測區(qū)域進行感知矩陣重新構(gòu)建帶來的人力消耗和通信開銷，提高了利用壓縮感知實現(xiàn)不同區(qū)域定位的可行性。
【IPC分類】G01S5/02
【公開號】CN104898089
【申請?zhí)枴緾N201510157843
【發(fā)明人】常儷瓊, 房鼎益, 陳曉江, 王舉, 邢天璋, 聶衛(wèi)科, 王薇, 任宇輝
【申請人】西北大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月3日