專(zhuān)利名稱(chēng)：基于區(qū)域劃分的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸參數(shù)確定的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于區(qū)域劃分的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸參數(shù)確定的定位方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)定位常用的位置度量方式有基于到達(dá)時(shí)間TOA(Time of Arrival)的定位、基于到達(dá)時(shí)間差TDOA(Time Difference of Arrival)的定位、基于到達(dá)角度AOA(Angle ofArrival)的定位、基于接收信號(hào)強(qiáng)度指不 RSSI (ReceivedSignal Strength Indicator)的定位、基于連通性(connectivity)的定位、基于跳數(shù)(hop)的定位等。其中，基于T0A、TD0A、AOA的三種方式的位置度量方式定位精度較高，但對(duì)硬件和功耗的要求也高，不適合大規(guī)模的無(wú)線(xiàn)定位網(wǎng)絡(luò)；而基于RSSI、連通性和跳數(shù)的位置度量方式，雖然精度較低，但是具有不需要額外的硬件、功耗較低、受環(huán)境影響較小的優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模低功耗的無(wú)線(xiàn)定位網(wǎng)絡(luò)。 基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI的測(cè)距算法，是通過(guò)測(cè)量發(fā)射機(jī)的無(wú)線(xiàn)發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行距離計(jì)算的一種方法。RSSI值是一種指示當(dāng)前介質(zhì)中電磁波能量大小的數(shù)值。RSSI的值隨著距離的增加而減小，位置位置的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)接收到的RSSI計(jì)算其與已知節(jié)點(diǎn)的距離。通常，RSSI值會(huì)由通信控制芯片提供，包含在節(jié)點(diǎn)接收到的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)里，不需要額外的硬件資源。RSSI測(cè)距算法雖然不需要額外的硬件裝置，功耗也相對(duì)較小，但是卻存在著較大的定位誤差。RSSI測(cè)距的誤差來(lái)源可以大致可分為三類(lèi)硬件相關(guān)誤差、定位方法的局限性誤差以及環(huán)境的影響誤差。增加RSSI的測(cè)量周期或者重復(fù)測(cè)量會(huì)減少誤差，但是這是以減少網(wǎng)絡(luò)壽命和定位的更新速度為代價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于區(qū)域劃分的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸參數(shù)確定的定位方法，將實(shí)際環(huán)境劃分為不同的區(qū)域，分別確定區(qū)域中的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸參數(shù)，從而減小定位誤差，提高定位精度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于區(qū)域劃分的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸參數(shù)確定的定位方法，其包括以下步驟根據(jù)實(shí)際環(huán)境布置多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)，由網(wǎng)關(guān)獲取多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，在監(jiān)控中心建立網(wǎng)絡(luò)地圖，并劃分定位最小區(qū)域；根據(jù)對(duì)數(shù)距離損耗模型確定參考點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型；根據(jù)無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型分別計(jì)算每個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)與其相鄰已知位置節(jié)點(diǎn)連線(xiàn)方向上的初始參數(shù)；根據(jù)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)和多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)通信的信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)不同區(qū)域內(nèi)的初始參數(shù)進(jìn)行加權(quán)和修正，得到待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到通信范圍內(nèi)的已知位置節(jié)點(diǎn)的距離；
根據(jù)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到該通信范圍內(nèi)的已知位置節(jié)點(diǎn)距離以及該通信范圍內(nèi)的已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，得到待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。較佳的，在上述定位方法中，多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)間的距離按固定距離R布置，并允許10% R左右的誤差，其中，R根據(jù)實(shí)際環(huán)境和已知位置節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋半徑確定，每個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)周?chē)辽俨贾?個(gè)其他已知位置的節(jié)點(diǎn)，且中心處已知位置節(jié)點(diǎn)與其周?chē)南噜弮蓚€(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)所成角度小于180°。較佳的，在上述定位方法中，由網(wǎng)關(guān)獲取多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，在監(jiān)控中心建立網(wǎng)絡(luò)地圖，并劃分定位最小區(qū)域步驟包括監(jiān)控中心通過(guò)網(wǎng)關(guān)收集多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)信息，建立由所有已知位置節(jié)點(diǎn)組成的平面坐標(biāo)圖；根據(jù)多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，分別將已知位置節(jié)點(diǎn)和其周?chē)噜彽膬蓚€(gè)已知位置的節(jié)點(diǎn)劃分為一個(gè)三角形區(qū)域，作為最小的定位區(qū)域。較佳的，在上述定位方法中，根據(jù)對(duì)數(shù)距離損耗模型確定參考點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型步驟包括由對(duì)數(shù)距離損耗模型推導(dǎo)出的接收信號(hào)強(qiáng)度與距離的關(guān)系模型Pr (d) = Pr(Ci0)-I On log(-^-) - Xff
d0其中PJd)表示距離為d時(shí)接收到的信號(hào)強(qiáng)度，單位為dBm ；Pr(d0)表示在參考點(diǎn)Cltl接收到的信號(hào)強(qiáng)度；n為路徑損耗指數(shù)；X。是平均值為0的高斯分布隨機(jī)變量，標(biāo)準(zhǔn)差為標(biāo)準(zhǔn)偏差為O，單位為dBm。較佳的，在上述定位方法中，根據(jù)無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型分別計(jì)算每個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)與其相鄰已知位置節(jié)點(diǎn)連線(xiàn)方向上的初始參數(shù)步驟包括在無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型中，取Cltl = lm，將第一標(biāo)定節(jié)點(diǎn)放置在兩個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)A和B之間的連線(xiàn)上，并距離已知位置節(jié)點(diǎn)A Im處，記錄下第一標(biāo)定節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度，即已知位置節(jié)點(diǎn)A在AB方向上的P, (Cltl) Afi值，在連線(xiàn)上距離已知位置節(jié)點(diǎn)B Im處，記錄下第二標(biāo)定節(jié)點(diǎn)接收到的已知位置節(jié)點(diǎn)A發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度已((Iab-I)ab的值，其中dAB為兩個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)A和B的距離。將測(cè)量所得參數(shù)PJdtl) Pr(dAB-l)AB以及已知位置節(jié)點(diǎn)B接收到已知位置節(jié)點(diǎn)A的信號(hào)強(qiáng)度PjdAB)AB值分別代入公式Pr ⑷=C ) _ 10 log(—) -
dO解方程組得到此AB方向上的參數(shù)值nAB和X^。以此類(lèi)推，分別計(jì)算出各已知位置節(jié)點(diǎn)與其相鄰已知節(jié)點(diǎn)連線(xiàn)方向上的參數(shù)值。較佳的，在上述定位方法中，根據(jù)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)和多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)通信的信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)不同區(qū)域內(nèi)的初始參數(shù)進(jìn)行加權(quán)和修正，得到待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到通信范圍內(nèi)的已知位置節(jié)點(diǎn)的距離包括當(dāng)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)處于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，通過(guò)能接收到待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的已知位置節(jié)點(diǎn)初步確定待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的位置，若某個(gè)三角形區(qū)域的三個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)接收到待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度的平均值最大，則該三角形區(qū)域?yàn)榇郎y(cè)位置節(jié)點(diǎn)的定位區(qū)域；確定三角形區(qū)域后，通過(guò)該三角形區(qū)域的已知位置節(jié)點(diǎn)收到的待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的、信號(hào)值為已知位置節(jié)點(diǎn)不同方向上的參數(shù)分配權(quán)重，將得到的參數(shù)分別代入無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型，得到待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到該三角形區(qū)域的已知位置節(jié)點(diǎn)距離設(shè)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)M處于BAC區(qū)域內(nèi)，已知位置節(jié)點(diǎn)A、B、C收到的待測(cè)節(jié)點(diǎn)M的信號(hào)強(qiáng)度分別為P, ((Iam)ma, Pr ((Ibm)mb,
Pr (cU MC,則待測(cè)節(jié)點(diǎn)M在AB方向的權(quán)重和AC方向的權(quán)重分別為
權(quán)利要求
1.一種基于區(qū)域劃分的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸參數(shù)確定的定位方法，其特征在于，包括以下步驟 根據(jù)實(shí)際環(huán)境布置多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)，由網(wǎng)關(guān)獲取所述多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，在監(jiān)控中心建立網(wǎng)絡(luò)地圖，并劃分定位最小區(qū)域； 根據(jù)對(duì)數(shù)距離損耗模型確定參考點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型； 根據(jù)所述無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型分別計(jì)算每個(gè)所述已知位置節(jié)點(diǎn)與其相鄰已知位置節(jié)點(diǎn)連線(xiàn)方向上的初始參數(shù)； 根據(jù)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)和所述多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)通信的信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)不同區(qū)域內(nèi)的所述初始參數(shù)進(jìn)行加權(quán)和修正，得到所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到通信范圍內(nèi)的所述已知位置節(jié)點(diǎn)的距離； 根據(jù)所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到該通信范圍內(nèi)的已知位置節(jié)點(diǎn)距離以及該通信范圍內(nèi)的已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，得到所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位方法，其特征在于，所述多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)間的距離按固定距離R布置，并允許10% R左右的誤差，其中，R根據(jù)實(shí)際環(huán)境和已知位置節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋半徑確定，每個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)周?chē)?，至少布?個(gè)其他已知位置的節(jié)點(diǎn)，且中心處已知位置節(jié)點(diǎn)與其周?chē)南噜弮蓚€(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)所成角度小于180°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位方法，其特征在于，由網(wǎng)關(guān)獲取所述多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，在監(jiān)控中心建立網(wǎng)絡(luò)地圖，并劃分定位最小區(qū)域步驟包括 監(jiān)控中心通過(guò)網(wǎng)關(guān)收集所述多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)信息，建立由所有已知位置節(jié)點(diǎn)組成的平面坐標(biāo)圖； 根據(jù)所述多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，分別將已知位置節(jié)點(diǎn)和其周?chē)噜彽膬蓚€(gè)已知位置的節(jié)點(diǎn)劃分為一個(gè)三角形區(qū)域，作為最小的定位區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位方法，其特征在于，根據(jù)對(duì)數(shù)距離損耗模型確定參考點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型步驟包括 由對(duì)數(shù)距離損耗模型推導(dǎo)出的接收信號(hào)強(qiáng)度與距離的關(guān)系模型Pr{d) = Pr{d0)-\0n\o^)-XadO 其中PJd)表示距離為d時(shí)接收到的信號(hào)強(qiáng)度，單位為dBm ；Pr(d0)表示在參考點(diǎn)Cltl接收到的信號(hào)強(qiáng)度；n為路徑損耗指數(shù)；X。是平均值為0的高斯分布隨機(jī)變量，標(biāo)準(zhǔn)差為標(biāo)準(zhǔn)偏差為O，單位為dBm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定位方法，其特征在于，根據(jù)所述無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型分別計(jì)算每個(gè)所述已知位置節(jié)點(diǎn)與其相鄰已知位置節(jié)點(diǎn)連線(xiàn)方向上的初始參數(shù)步驟包括 在所述無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型中，取Cltl = lm，將第一標(biāo)定節(jié)點(diǎn)放置在兩個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)A和B之間的連線(xiàn)上，并距離已知位置節(jié)點(diǎn)A Im處，記錄下所述第一標(biāo)定節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度，即已知位置節(jié)點(diǎn)A在AB方向上的P, (Cltl) AB值，在連線(xiàn)上距離已知位置節(jié)點(diǎn)B Im處，記錄下第二標(biāo)定節(jié)點(diǎn)接收到的已知位置節(jié)點(diǎn)A發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度已(CIab-I)ab的值，其中dAB為兩個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)A和B的距離。將測(cè)量所得參數(shù)P,((Ici)a^ Pr(dAB-l)AB以及已知位置節(jié)點(diǎn)B接收到已知位置節(jié)點(diǎn)A的信號(hào)強(qiáng)度已(dAB)AB值分別代入公式
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位方法，其特征在于，根據(jù)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)和所述多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)通信的信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)不同區(qū)域內(nèi)的所述初始參數(shù)進(jìn)行加權(quán)和修正，得到所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到通信范圍內(nèi)的所述已知位置節(jié)點(diǎn)的距離包括 當(dāng)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)處于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，通過(guò)能接收到所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的已知位置節(jié)點(diǎn)初步確定所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的位置，若某個(gè)三角形區(qū)域的三個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)接收到所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度的平均值最大，則該三角形區(qū)域?yàn)樗龃郎y(cè)位置節(jié)點(diǎn)的定位區(qū)域； 確定三角形區(qū)域后，通過(guò)該三角形區(qū)域的已知位置節(jié)點(diǎn)收到的待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的信號(hào)值為已知位置節(jié)點(diǎn)不同方向上的參數(shù)分配權(quán)重，將得到的參數(shù)分別代入無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型，得到所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到該三角形區(qū)域的已知位置節(jié)點(diǎn)距離設(shè)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)M處于BAC區(qū)域內(nèi)，已知位置節(jié)點(diǎn)A、B、C收到的待測(cè)節(jié)點(diǎn)M的信號(hào)強(qiáng)度分別為P, (dM)m、P, (CU),Pr(cUMC,則待測(cè)節(jié)點(diǎn)M在AB方向的權(quán)重和AC方向的權(quán)重分別為pM,和 P(d P[{dZpM(d \ 則已知位置節(jié)點(diǎn)A和待測(cè)節(jié)點(diǎn)M方向上的參數(shù)值分別為
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位方法，其特征在于，根據(jù)三邊測(cè)量法，得到所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定位方法，其特征在于，在確定所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)所在的三角形區(qū)域時(shí)，若信號(hào)強(qiáng)度最大的平均值與信號(hào)強(qiáng)度次之的平均值的誤差在10%以?xún)?nèi)，則根據(jù)此兩個(gè)三角形區(qū)域計(jì)算得出所述待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的最終坐標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定位方法，其特征在于，還包括以下步驟 當(dāng)有待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)進(jìn)入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)后，在待測(cè)節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域內(nèi)，重新讀取已知位置節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)強(qiáng)度，并對(duì)系統(tǒng)模型的參數(shù)進(jìn)行更新，以提高系統(tǒng)的定位精度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于區(qū)域劃分的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸參數(shù)確定的定位方法，其包括以下步驟根據(jù)實(shí)際環(huán)境布置多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)，由網(wǎng)關(guān)獲取多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，在監(jiān)控中心建立網(wǎng)絡(luò)地圖，并劃分定位最小區(qū)域；根據(jù)對(duì)數(shù)距離損耗模型確定參考點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型；根據(jù)無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減模型分別計(jì)算每個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)與其相鄰已知位置節(jié)點(diǎn)連線(xiàn)方向上的初始參數(shù)；根據(jù)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)和多個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)通信的信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)不同區(qū)域內(nèi)的初始參數(shù)進(jìn)行加權(quán)和修正，得到待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到通信范圍內(nèi)的已知位置節(jié)點(diǎn)的距離；根據(jù)待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)到該通信范圍內(nèi)的已知位置節(jié)點(diǎn)距離以及該通信范圍內(nèi)的已知位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，得到待測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102761913SQ20111010519
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者劉洋, 國(guó)鑫, 段磊, 王紅莉 申請(qǐng)人:航天信息股份有限公司