本發(fā)明屬于無(wú)線定位
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種利用無(wú)線通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位的方法。
背景技術(shù)：
：目前基于定位的服務(wù)己經(jīng)涵蓋了智慧城市、搜索救援、智能交通、航海航空、物流管理、大地測(cè)量、海洋測(cè)繪、氣象測(cè)量、災(zāi)害預(yù)防、醫(yī)療服務(wù)等諸多領(lǐng)域，并且定位與導(dǎo)航技術(shù)己成為保障國(guó)家安全和開展軍事行動(dòng)的必要手段之一。在眾多無(wú)線定位系統(tǒng)中，最著名的是把無(wú)線電發(fā)射源設(shè)置在各種軌道衛(wèi)星上的定位系統(tǒng)，例如美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPS)、歐洲的伽利略(Galileo)系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)以及中國(guó)的“北斗”定位系統(tǒng)等，憑借著廣域覆蓋的巨大優(yōu)勢(shì)，將無(wú)線電定位技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的高度。盡管衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用，但是在應(yīng)用領(lǐng)域由于受到各種接收誤差的影響，需要通過(guò)其它輔助手段(例如建立差分基準(zhǔn)站)才能達(dá)到所需的定位精度要求；同時(shí)在接收信號(hào)受到物理遮擋的情況下常常無(wú)法完成導(dǎo)航任務(wù)。因此，利用現(xiàn)有和即將建設(shè)的龐大的民用無(wú)線通信設(shè)施進(jìn)行無(wú)線定位，不僅可以彌補(bǔ)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的不足，而且可以作為無(wú)線通信高附加值的服務(wù)。尤其是在美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)頒布了E911(Emergencycall911)強(qiáng)制性定位要求后，加上巨大市場(chǎng)利潤(rùn)的驅(qū)動(dòng)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了研究移動(dòng)通信系統(tǒng)終端定位技術(shù)的熱潮。然而，目前無(wú)論是衛(wèi)星定位還是基于無(wú)線通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行定位，均要求被定位目標(biāo)攜帶定位設(shè)備，如GPS接收機(jī)或手機(jī)等，否則就無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位。但在一些應(yīng)用環(huán)境下，如入侵者檢測(cè)、災(zāi)后救援、戰(zhàn)場(chǎng)偵測(cè)、人質(zhì)解救等，要求被定位目標(biāo)攜帶與定位系統(tǒng)相匹配的定位裝置往往是不現(xiàn)實(shí)的或不可能的，此時(shí)傳統(tǒng)定位方法將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，這些被定位目標(biāo)就稱為無(wú)設(shè)備定位(Device-FreeLocalization，DFL)目標(biāo)；對(duì)于這類無(wú)設(shè)備目標(biāo)的定位，一直是無(wú)線定位領(lǐng)域的難點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外用于解決無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位問(wèn)題的技術(shù)主要分為兩類：一類是基于非射頻技術(shù)的定位方法，一類是基于射頻技術(shù)的定位方法。非射頻技術(shù)主要包括視頻技術(shù)、紅外技術(shù)和壓力技術(shù)等。視頻技術(shù)利用多個(gè)攝像頭采集圖像信息，然后通過(guò)圖像處理算法進(jìn)行定位分析。這類技術(shù)通常成本較高，而且由于攝像裝置對(duì)光線的要求，不能在夜晚和黑暗環(huán)境中使用。對(duì)于無(wú)需光線要求的紅外目標(biāo)定位系統(tǒng)，由于紅外線的穿透力較弱，而且紅外線比無(wú)線電信號(hào)更易受環(huán)境變化的影響，因此在很多場(chǎng)合無(wú)法適用。壓力技術(shù)是通過(guò)放置在地板上的加速和氣壓傳感器來(lái)檢測(cè)是否有人的腳印來(lái)實(shí)現(xiàn)定位，這項(xiàng)技術(shù)要求比較密集的節(jié)點(diǎn)布置才能在要求范圍內(nèi)有效定位，而且成本較高。以上這些因素極大限制了非射頻類技術(shù)在無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位領(lǐng)域中的應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題，Youssef和Patwari等人最早提出利用射頻信號(hào)的接收強(qiáng)度變化本身作為測(cè)量信息的思想，根據(jù)目標(biāo)引起的無(wú)線電磁環(huán)境變化來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和定位。Youssef等人將指紋定位方法引入到無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位問(wèn)題中，采用指紋匹配的方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位(Moussa,M.,M.Youssef,“Smartdevicesforsmartenvironments:device-freepassivedetectioninrealenvironments,”7thIEEEPerCom,1–6,2009.)。然而，此方法存在著計(jì)算量大，容易受環(huán)境波動(dòng)影響的問(wèn)題，而且指紋定位法所需前期的測(cè)繪工作周期長(zhǎng)，需要花費(fèi)大量人力和物力，并當(dāng)定位區(qū)域環(huán)境發(fā)生變化，如室內(nèi)布置改變等，就需要建立新的指紋信息數(shù)據(jù)庫(kù)。與上述方法不同，Patwari等人借鑒醫(yī)學(xué)CT的思想，用無(wú)線層析成像(RadioTomographicImaging,RTI)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)DFL(Wilson,J.,N.Patwari,“Radiotomographicimagingwithwirelessnetworks,”IEEETransactionsonMobileComputing,Vol.9,No.5,621–632,2010.)，并給出了一種基于Tikhonov正則化的計(jì)算方法，解決病態(tài)反問(wèn)題的求解。RTI方法利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)測(cè)量定位區(qū)域內(nèi)射頻電磁信號(hào)分布，并由此得到待定位目標(biāo)對(duì)電磁場(chǎng)影響后的圖像，進(jìn)而根據(jù)該圖像來(lái)推斷目標(biāo)的位置。這種圖像基的定位方法具有較高的直觀性，但需要較多的WSN節(jié)點(diǎn)才能構(gòu)建較準(zhǔn)確的電磁信號(hào)分布，而且文獻(xiàn)(Kaltiokallio,O.,M.Bocca,andN.Patwari,“AFadeLevel-BasedSpatialModelforRadioTomographicImaging,”IEEETrans.MobileComput.,Vol.13,Vo.5,1159–1172,2014.)證明這種兩步定位方式容易導(dǎo)致信息丟失。近年來(lái)，隨著壓縮感知(CompressiveSensing,CS)理論的成熟和發(fā)展，根據(jù)定位問(wèn)題的空間稀疏性，將定位問(wèn)題轉(zhuǎn)化為稀疏重構(gòu)問(wèn)題，用壓縮感知技術(shù)重實(shí)現(xiàn)定位的方法引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。文獻(xiàn)(Kanso,M.A.,M.G.Rabbat,“CompressedRFtomographyforwirelesssensornetworks:centralizedanddecentralizedapproaches,”inProc.5thDCOSS,173–186,2009.)引入壓縮感知方法到DFL問(wèn)題中，將壓縮感知與RTI結(jié)合，并通過(guò)求l1范數(shù)的最小化進(jìn)行圖像重構(gòu)從而估計(jì)目標(biāo)位置。一般來(lái)說(shuō)，以上這些方法都屬于模型基(Model-based)的DFL方法，因?yàn)樗鼈兌夹枰玫芥溌逢幱澳Ｐ?LinkShadowingModel,LSM)。由于電磁波在實(shí)際環(huán)境中具有時(shí)變性和不可預(yù)知性，而且現(xiàn)有的鏈路陰影模型大都是半經(jīng)驗(yàn)的，因此根據(jù)模型計(jì)算的RSS變化與定位目標(biāo)引起的真實(shí)RSS變化之間存在誤差。另外，模型基的DFL方法一般需要將定位區(qū)域劃分成若干格點(diǎn)(一般格點(diǎn)個(gè)數(shù)要大于1000才能減輕格點(diǎn)劃分引起的量化誤差)，因此模型基的方法通常需要進(jìn)行高維矩陣的相乘、求逆等操作，對(duì)運(yùn)算量和存儲(chǔ)量要求都很高。對(duì)一些資源受限的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，模型基的DFL方法往往無(wú)法適用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，根據(jù)受目標(biāo)影響的多條鏈路之間的空間幾何關(guān)系，提出一種無(wú)需陰影模型的無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位方法；該方法僅需要簡(jiǎn)單的幾何運(yùn)算和兩重加權(quán)運(yùn)算，所需計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源都很少；并根據(jù)鏈路先驗(yàn)信息，在求解過(guò)程中去除因噪聲和環(huán)境變化引起的野值鏈路，提高其定位和跟蹤的準(zhǔn)確性和魯棒性。不僅從根本上解決陰影模型誤差對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位的影響，提高DFL定位精度，而且降低了對(duì)計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源的要求，達(dá)到促進(jìn)DFL技術(shù)實(shí)用化的目的。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是：一種基于幾何方式的無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位方法，包括如下步驟：1)利用預(yù)先布置的若干無(wú)線測(cè)量節(jié)點(diǎn)組成能夠互相通信的測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，定位系統(tǒng)包括M+1個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)，以IEEE802.15.4的無(wú)線通信協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行組網(wǎng)，每個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)都具有16個(gè)通信信道，從2405MHz開始，到2085MHz結(jié)束，每間隔5MHz設(shè)置一個(gè)通信信道；其中M個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，第M+1個(gè)節(jié)點(diǎn)為控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)和控制信道切換；2)信道選擇與接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量：根據(jù)應(yīng)用需要選擇16個(gè)通信信道中C個(gè)信道進(jìn)行測(cè)量，分別記為第1信道、第2信道、…、第C信道，其中C≤16；起始時(shí)，所有M+1個(gè)節(jié)點(diǎn)都工作在第1信道上，M個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)按各自序號(hào)依次發(fā)射信號(hào)，并進(jìn)行接收信號(hào)強(qiáng)度RSS測(cè)量，當(dāng)所有M個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)射完畢，此時(shí)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)出信道切換信息，所有節(jié)點(diǎn)切換到下一個(gè)信道，以此類推，直到所有C個(gè)信道測(cè)量完畢；然后，根據(jù)每個(gè)信道的鏈路質(zhì)量指示，選擇出L組信道質(zhì)量較好的測(cè)量數(shù)據(jù)用于下述定位過(guò)程，其中，L≤C；在信道選擇完成后，分別對(duì)每一個(gè)信道的測(cè)量值進(jìn)行步驟3)-8)的操作；3)有效鏈路檢測(cè)：由于總共有M個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)作為測(cè)量節(jié)點(diǎn)，所以一共可以組成K＝M×(M-1)/2對(duì)無(wú)線鏈路，選擇其中能夠反映目標(biāo)影響的鏈路，有效鏈路選擇準(zhǔn)則如下：Zt＝{li|Δyi(t)>yth}其中yth表示門限值，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選??；△yi(t)表示目標(biāo)出現(xiàn)前后第i條鏈路強(qiáng)度RSS的變化；Zt表示第t時(shí)刻的有效鏈路集合；li表示挑選出的第i條鏈路；4)先驗(yàn)區(qū)域確定：根據(jù)目標(biāo)移動(dòng)的最大速度，計(jì)算出當(dāng)前目標(biāo)存在的有效區(qū)域Ot和擴(kuò)大的有效區(qū)域O'tOt＝{pt|H(pt-1,pt)<r}O't＝{pt|H(pt-1,pt)<1.3r}其中pt-1＝(xt-1,yt-1)代表上一時(shí)刻的目標(biāo)位置，pt表示定義區(qū)域內(nèi)當(dāng)前時(shí)刻可能的目標(biāo)位置點(diǎn)，H(pt-1,pt)代表pt-1和pt之間的歐幾里德距離，r＝umax×△t表示單位時(shí)間△t內(nèi)目標(biāo)最大移動(dòng)距離,umax為目標(biāo)移動(dòng)的最大速度；5)野值鏈路濾除：步驟3)和4)分別從強(qiáng)度RSS變化程度和空間區(qū)域限制兩個(gè)角度給出了有效鏈路條件，只有同時(shí)滿足這兩個(gè)條件的鏈路才能被用來(lái)計(jì)算目標(biāo)位置，而不能同時(shí)符合這兩個(gè)條件的鏈路將被當(dāng)成野值鏈路；將滿足強(qiáng)度RSS變化程度和先驗(yàn)區(qū)域條件的鏈路集合記為St＝{li|Δyi(t)>yth&di(t)<1.3r}其中St表示第t時(shí)刻同時(shí)滿足強(qiáng)度RSS變化程度和先驗(yàn)區(qū)域條件的有效鏈路集合；di(t)表示位置點(diǎn)pt-1到第i條鏈路的距離；6)求解鏈路交點(diǎn)：假設(shè)構(gòu)成第i條鏈路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為和構(gòu)成第j條鏈路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為和相應(yīng)的，第i，j條鏈路的直線方程分別為y＝kix+bi和y＝kjx+bj，其中斜率分別為和截距分別為和由于交點(diǎn)必然同時(shí)出現(xiàn)在兩條線段上，所以有下面的方程：-ki1-kj1xy=bibj]]>利用矩陣計(jì)算，可以得到交點(diǎn)坐標(biāo)，并且同時(shí)定義對(duì)應(yīng)權(quán)重為：wΔy＝Δyi(t)+Δyj(t)其中△yi(t)、△yj(t)分別表示目標(biāo)出現(xiàn)前后第i條和第j條鏈路強(qiáng)度RSS的變化；7)野值交點(diǎn)濾除將按步驟6)得到的所有交點(diǎn)集合記為Gt，將其中落在有效區(qū)域內(nèi)的交點(diǎn)定義為有效交點(diǎn)，則有效交點(diǎn)集合取為Gt′={gti|H(pt-1,gti)<r,gti∈Gt}]]>其中表示第i個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)，表示有效區(qū)域圓心pt-1和第i個(gè)交點(diǎn)之間的歐幾里德距離；相應(yīng)的有效交點(diǎn)的權(quán)重集合可以記為：8)加權(quán)定位：第l條信道的定位結(jié)果為其中|G't|表示集合G't中的元素個(gè)數(shù)，wi表示歸一化權(quán)重，9)多信道融合：為綜合利用多組信道測(cè)量信息，將L組信道的結(jié)果再進(jìn)行加權(quán)求和其中wl表示歸一化信道權(quán)重，wl＝LQI(l)/255，LQI(l)表示第l條鏈路的信道鏈路質(zhì)量。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)本發(fā)明的方法利用幾何方式實(shí)現(xiàn)無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位，沒有模型基DFL方法需要鏈路陰影模型的約束，可以避免模型誤差對(duì)定位精度的影響，而且保持了現(xiàn)有射頻類DFL方法成本低、布置簡(jiǎn)單，適應(yīng)暗場(chǎng)環(huán)境等特點(diǎn)。(2)本發(fā)明的方法根據(jù)幾何關(guān)系求解目標(biāo)位置，僅涉及求線段交點(diǎn)，點(diǎn)線之間距離和加權(quán)求和等簡(jiǎn)單操作，算法簡(jiǎn)單，無(wú)需進(jìn)行高維矩陣的相乘、求逆等操作，大大降低了運(yùn)算量和存儲(chǔ)量。(3)與大多數(shù)DFL方法不同，本發(fā)明的方法利用信道分集技術(shù)來(lái)綜合多條信道測(cè)量信息，可以有效克服多徑效應(yīng)的影響，并利用先驗(yàn)信息去除野值鏈路和野值交點(diǎn)的影響，可以有效提高無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位性能。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明基于幾何方式的無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位方法流程圖；圖2是先驗(yàn)區(qū)域示意圖；圖3是野值鏈路濾除示意圖；圖4是野值交點(diǎn)濾除示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例中目標(biāo)跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；(a)模型基RTI方法定位結(jié)果，(b)本發(fā)明方法定位結(jié)果。具體實(shí)施方式為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的工作流程及有益效果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的一種基于幾何方式的無(wú)設(shè)備目標(biāo)定位方法，包括如下步驟：1)定位系統(tǒng)建立：定位系統(tǒng)包括M+1個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)，以IEEE802.15.4的無(wú)線通信協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行組網(wǎng)，每個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)都具有16個(gè)通信信道，從2405MHz開始，到2085MHz結(jié)束，每間隔個(gè)5MHz一個(gè)信道。其中M個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，第M+1個(gè)節(jié)點(diǎn)為控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)和控制信道切換。2)信道選擇與接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量：考慮到不同信道受無(wú)線環(huán)境的影響不同，根據(jù)應(yīng)用需要選擇16個(gè)信道中任意C(≤16)個(gè)信道(分別記為第1，2，…，C信道)進(jìn)行測(cè)量。起始時(shí)，所有M+1個(gè)節(jié)點(diǎn)都工作在第1信道上，M個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)按各自序號(hào)依次發(fā)射信號(hào)，并進(jìn)行接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量，當(dāng)所有M個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)發(fā)射完畢，此時(shí)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)出信道切換信息，所有節(jié)點(diǎn)切換到下一個(gè)信道。以此類推，直到所有C個(gè)信道測(cè)量完畢。然后，根據(jù)每個(gè)信道的鏈路質(zhì)量指示(LinkQualityIndicator,LQI)，選擇出L(L≤C)組信道質(zhì)量較好的測(cè)量數(shù)據(jù)用于下述定位過(guò)程。在同一個(gè)信道上，無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)兩兩之間可以互相通信，因此在一個(gè)信道上可以組成K＝M×(M-1)/2對(duì)無(wú)線鏈路。根據(jù)通信理論，當(dāng)所有無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)都處于同一信道時(shí)，第i條鏈路中接收端的接收信號(hào)強(qiáng)度(ReceivedSignalStrength，RSS)值可以表示為yi(t)＝Pi-Li-Si(t)-Fi(t)-vi(t)(1)其中Pi表示發(fā)送端的發(fā)射功率，一般假設(shè)發(fā)送功率固定，Li表示與傳輸距離、天線模式等相關(guān)的靜態(tài)損耗，Si(t)表示陰影損耗，F(xiàn)i(t)表示衰落損耗，vi(t)代表噪聲。因此，在時(shí)刻t第i條鏈路的RSS變化量△yi(t)可以表示為Δyi(t)＝y(tǒng)i(t)-yi(0)≈-Si(t)-vi(t)+vi(0)(2)其中yi(0)表示沒有目標(biāo)存在時(shí)第i條鏈路的基線RSS測(cè)量值，vi(0)代表沒有目標(biāo)存在時(shí)第i條的噪聲和干擾。由于噪聲和陰影衰落相比要小很多，所以△yi(t)主要由時(shí)刻t時(shí)的陰影衰落決定。定義yi(t)表示時(shí)刻t第i條鏈路的RSS測(cè)量值，則總共K條鏈路的測(cè)量值可以表示為矢量Y(t)＝[y1(t)y2(t)…yK(t)]T，其中[]T表示轉(zhuǎn)置操作。相應(yīng)地，基線測(cè)量矢量可表示為Y(0)＝[y1(0)y2(0)…yK(0)]T。計(jì)算t時(shí)刻測(cè)量矢量Y(t)和基線測(cè)量矢量Y(0)的差值，即△Y(t)＝abs[Y(t)-Y(0)]，其中abs[]表示絕對(duì)值操作。在信道選擇完成后，分別對(duì)每一個(gè)信道的測(cè)量值進(jìn)行步驟3)-8)的操作。3)有效鏈路檢測(cè)：步驟2)已經(jīng)測(cè)量出不同信道下所有鏈路的RSS變化值，但不是所有鏈路都受到目標(biāo)的影響，事實(shí)上只有受定位目標(biāo)阻擋和目標(biāo)附近的鏈路才會(huì)發(fā)生明顯的變化。相應(yīng)地，這些鏈路的△yi(t)會(huì)比較大，而未受目標(biāo)影響鏈路的△yi(t)會(huì)比較小?？紤]到環(huán)境和噪聲的影響，RSS本身會(huì)有一定波動(dòng)，因此只有選出能夠反映目標(biāo)影響的鏈路對(duì)DFL才有價(jià)值。有效鏈路選擇準(zhǔn)則如下：Zt＝{li|Δyi(t)>yth}(3)其中yth表示門限值，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取；li表示挑選出的第i條鏈路。4)先驗(yàn)區(qū)域確定：定位目標(biāo)在移動(dòng)過(guò)程中，每一單位時(shí)間△t內(nèi)目標(biāo)最大移動(dòng)距離由其最大運(yùn)動(dòng)速度決定，即最大移動(dòng)距離r＝umax×△t,其中umax為目標(biāo)移動(dòng)的最大速度。由于定位目標(biāo)只影響其周邊的鏈路，而下一時(shí)刻定位目標(biāo)只能出現(xiàn)在以上一時(shí)刻目標(biāo)位置為圓心，以r為半徑的圓形區(qū)域Ot內(nèi)，因此只有通過(guò)這一區(qū)域的鏈路才是當(dāng)前可能受目標(biāo)影響的鏈路?？紤]到定位目標(biāo)可能出現(xiàn)在圓形區(qū)域Ot的邊界處(如圖2所示)，此時(shí)圓外部分鏈路也會(huì)受到目標(biāo)的影響，所以將有效鏈路區(qū)域的半徑擴(kuò)大到1.3r，即定義擴(kuò)大先驗(yàn)區(qū)域O'tO't＝{pt|H(pt-1,pt)<1.3r}(4)其中pt-1＝(xt-1,yt-1)代表上一時(shí)刻的目標(biāo)位置，pt表示定義區(qū)域內(nèi)當(dāng)前時(shí)刻可能的目標(biāo)位置點(diǎn)，H(pt-1,pt)代表pt-1和pt之間的歐幾里得距離。為了識(shí)別哪些鏈路經(jīng)過(guò)先驗(yàn)區(qū)域O't，定義構(gòu)成第i條鏈路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為和則第i條鏈路的直線方程為y＝kix+bi，其中斜率截距這樣一來(lái)，pt-1到第i條鏈路的距離為di(t)=|kixt-1-yt-1+bi|1+ki2---(5)]]>只有滿足di(t)<1.3r的鏈路，才有可能是被目標(biāo)影響的鏈路。5)野值鏈路濾除步驟3)和4)分別從RSS變化程度和空間區(qū)域限制兩個(gè)角度給出了有效鏈路條件，只有同時(shí)滿足這兩個(gè)條件的鏈路才能被用來(lái)計(jì)算目標(biāo)位置，而不能同時(shí)符合這兩個(gè)條件的鏈路將被當(dāng)成野值鏈路，由于這些野值鏈路不能反映目標(biāo)的影響，所以不參與下面的幾何定位計(jì)算。將滿足和先驗(yàn)區(qū)域條體的鏈路集合記為St，綜合步驟3)和4)，可以得到有效鏈路集合為St＝{li|Δyi(t)>yth&di(t)<1.3r}(6)6)求解鏈路交點(diǎn)目標(biāo)的存在將影響其附近的鏈路，因此有效鏈路集合St中的任意兩條鏈路的交點(diǎn)選為目標(biāo)候選位置，如圖3所示。假設(shè)構(gòu)成第i條鏈路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為和構(gòu)成第j條鏈路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為和相應(yīng)的，第i，j條鏈路的直線方程分別為y＝kix+bi和y＝kjx+bj，其中斜率分別為和截距分別為和由于交點(diǎn)必然同時(shí)出現(xiàn)在兩條線段上，所以有下面的方程：-ki1-kj1xy=bibj---(7)]]>利用矩陣計(jì)算，可以很容易得到交點(diǎn)坐標(biāo)。并且同時(shí)定義對(duì)應(yīng)權(quán)重為wΔy＝Δyi(t)+Δyj(t)(8)7)野值交點(diǎn)濾除將按步驟6)得到的所有交點(diǎn)集合記為Gt，由圖4可見，Gt中一些交點(diǎn)可能會(huì)落在有效區(qū)域Ot以外，而目標(biāo)不可能出現(xiàn)在區(qū)域Ot外面，因此將有效交點(diǎn)集合取為Gt′={gti|H(pt-1,gti)<r,gti∈Gt}---(9)]]>其中表示第i個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)，表示有效區(qū)域圓心pt-1和第i個(gè)交點(diǎn)之間的歐幾里得距離。相應(yīng)的有效交點(diǎn)的權(quán)重集合可以記為WΔy={wΔyi|gti∈Gt′}---(10)]]>8)加權(quán)定位為了平衡各交點(diǎn)對(duì)應(yīng)權(quán)重對(duì)定位結(jié)果的影響，在加權(quán)定位前，對(duì)各權(quán)重進(jìn)行歸一化處理，即wi=wΔyi/Σi=1|Gt′|wΔyi---(11)]]>其中|G't|表示集合G't中的元素個(gè)數(shù)。相應(yīng)地，第l條信道(l＝1，2，…，L)的定位結(jié)果為xt(l)=Σi=1|Gt′|wigti---(12)]]>9)多信道融合為綜合利用多組信道測(cè)量信息，將L組信道的結(jié)果再進(jìn)行加權(quán)求和：xt=Σl=1Lwlxt(l)---(13)]]>其中wl表示歸一化信道權(quán)重，wl＝LQI(l)/255，LQI(l)表示第l條鏈路的信道鏈路質(zhì)量。實(shí)施例在本實(shí)施例中，以CC2530無(wú)線收發(fā)芯片為基礎(chǔ)，自主開發(fā)了定位節(jié)點(diǎn)。定位區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)6m×6m的方形區(qū)域(如圖2所示)，每隔1m擺放1個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，總共25個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中24個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)作為測(cè)量節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)作為控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)和控制信道切換；每個(gè)定位模塊使用高度為1m的支架進(jìn)行支撐，保證了定位數(shù)據(jù)的發(fā)送空間區(qū)域高度和人體高度差不多。被定位目標(biāo)在定位區(qū)域內(nèi)沿著方形軌跡以約0.5m/s的速度行走。在軟件協(xié)議方面，本實(shí)施例以IEEE802.15.4的無(wú)線通信協(xié)議為基礎(chǔ)，在Z-stack協(xié)議棧中的應(yīng)用層，添加了消息發(fā)送代碼和接收消息之后強(qiáng)度值提取的代碼。24個(gè)定位測(cè)量節(jié)點(diǎn)從1到24依次編ID號(hào)，通過(guò)該ID號(hào)的不同來(lái)區(qū)分不同的無(wú)線節(jié)點(diǎn)。發(fā)送定位數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)包會(huì)攜帶發(fā)送節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)，當(dāng)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到此ID號(hào)后，就會(huì)觸發(fā)定位數(shù)據(jù)的發(fā)送，定位的輪詢發(fā)送就建立起來(lái)了。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送定位數(shù)據(jù)之后，其他無(wú)線測(cè)量節(jié)點(diǎn)收到該數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度值RSS和數(shù)據(jù)鏈路質(zhì)量值LQI，它們得到該值之后會(huì)立即把這個(gè)數(shù)據(jù)保存下來(lái)，然后發(fā)送給數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中，選擇了5個(gè)信道進(jìn)行測(cè)量，分別是頻率在2405MHz,2415MHz，2435MHz,2465MHz和2480MHz的5個(gè)信道，在每一個(gè)信道上當(dāng)所有24個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)依次發(fā)射完畢，此時(shí)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)出信道切換信息，所有節(jié)點(diǎn)切換到下一個(gè)信道，繼續(xù)上述測(cè)量；在5個(gè)信道都測(cè)量完成后，根據(jù)信道的LQI值，選擇其中LQI值最大的3個(gè)信道的測(cè)量數(shù)據(jù)用于定位融合。一旦采集到數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后，代入公式(3)-(6)就可以確定出有效鏈路先驗(yàn)區(qū)域和有效鏈路集；然后根據(jù)公式(7)-(12)進(jìn)行計(jì)算，就可以得到每個(gè)信道的定位結(jié)果；最后根據(jù)公式(13)就可以得到多信道融合后的最終結(jié)果。同樣條件下，同時(shí)采用模型基的RTI方法進(jìn)行定位，以便與本發(fā)明方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。圖3是室內(nèi)環(huán)境下單個(gè)目標(biāo)移動(dòng)跟蹤結(jié)果圖，被定位目標(biāo)從(1m,1m)的位置出發(fā)，按順時(shí)針方向沿方形軌跡移動(dòng)，步速為0.5m/s。如圖所示，本發(fā)明的定位性能要優(yōu)于模型基的RTI方法,本發(fā)明的跟蹤軌跡與真實(shí)軌跡較接近。而模型基的RTI方法由于沒有利用先驗(yàn)信息，且不可避免的存在模型誤差對(duì)定位的影響，實(shí)際定位軌跡明顯偏離真實(shí)軌跡。表1:定位誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果表1中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果也給出同樣結(jié)論，本發(fā)明方法的平均誤差比模型基的RTI方法下降約28.9％，同時(shí)均方根誤差下降約35.0％；另外，本發(fā)明方法僅涉及求線段交點(diǎn)、點(diǎn)線之間距離和加權(quán)求和等操作，無(wú)需進(jìn)行高維矩陣的相乘、求逆等操作，所以運(yùn)算速度也比模型基的RTI方法快得多。以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3