本發(fā)明的實(shí)施例涉及確定移動(dòng)電子設(shè)備的位置的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在iot（物聯(lián)網(wǎng)）以及許多其他位置相關(guān)應(yīng)用中，要求基礎(chǔ)設(shè)施能夠估計(jì)一個(gè)或若干個(gè)無線對(duì)象或目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。以低成本實(shí)現(xiàn)無線環(huán)境中的準(zhǔn)確位置估計(jì)仍是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。本發(fā)明要呈現(xiàn)一種用于以低成本實(shí)現(xiàn)具有良好準(zhǔn)確度的魯棒位置估計(jì)的簡單方法。

在典型的位置估計(jì)系統(tǒng)中，存在其位置已知的若干個(gè)參考節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)以及其位置要被估計(jì)的一個(gè)或若干個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或塵埃（mote）。為了估計(jì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置，需要通過由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行且由參考節(jié)點(diǎn)接收的無線電傳輸或者方向相反的無線電傳輸來測(cè)量表征目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的定位信息的一些度量，諸如距離或角度。在本發(fā)明中，我們考慮下述情況：其中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線電傳輸，該無線電傳輸由該目標(biāo)節(jié)點(diǎn)周圍的網(wǎng)關(guān)（參考節(jié)點(diǎn)）接收。

以下描述對(duì)本發(fā)明的下述示例進(jìn)行描述：在這些示例中，在2維平面中確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置。雖然重要，但本申請(qǐng)并不進(jìn)行限制，并且本發(fā)明也包括變形，在這些變形中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)被定位在3維空間中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種加權(quán)質(zhì)心定位（wcl）算法，其僅基于網(wǎng)關(guān)的已知位置和網(wǎng)關(guān)處的接收信號(hào)強(qiáng)度指示（rssi）的測(cè)量結(jié)果來進(jìn)行位置估計(jì)。如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說公知的那樣，盡管已經(jīng)存在與wcl位置算法或接近領(lǐng)域相關(guān)的多種學(xué)術(shù)研究以及專利公開，但具有良好位置準(zhǔn)確度的簡單且魯棒的wcl算法的設(shè)計(jì)仍然是主要的挑戰(zhàn)。這是本發(fā)明試圖解決的問題。

附圖說明

圖1以示意性簡化方式圖示了一種定位過程，通過該定位過程，多個(gè)網(wǎng)關(guān)接收由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射的定位分組并憑借求解器來確定其位置，求解器處理每一個(gè)網(wǎng)關(guān)處的分組的rssi信息。

圖2通過流程圖來表示本發(fā)明方法的可能實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式

位置估計(jì)系統(tǒng)一般可以被劃分成兩個(gè)類別，即，基于測(cè)距的方法和無需測(cè)距的方法。典型的基于測(cè)距的系統(tǒng)利用toa（到達(dá)時(shí)間）或tdoa（到達(dá)時(shí)間差）信息，這要求準(zhǔn)確時(shí)間戳設(shè)備以獲得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的距離信息，并且其使用三角測(cè)量方法來獲得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置?；趓ssi的位置算法可以落到基于測(cè)距或無需測(cè)距的方法中。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言公知的是，關(guān)于距離的無線電信號(hào)傳輸（radiosignaltransmissionoverdistance）遵循以下規(guī)則：

其中pr是接收信號(hào)功率，即，rssi；pt是發(fā)射功率；gt是發(fā)射機(jī)天線增益；gr是接收機(jī)天線增益；w是無線電的波長；以及d是從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的距離。b被稱為路徑損耗指數(shù)（ple）。對(duì)于自由空間傳輸，b=2，而對(duì)于具有多徑衰落的更一般傳輸環(huán)境，b具有1.6與5之間的值。

可以以更方便的格式將上面的等式重寫如下：

其中p0是參考距離d0處的接收功率。

由于功率通常以db格式表達(dá)，因此我們可以有：

。

該等式中的最后一項(xiàng)n是測(cè)量誤差，被表示為零均值高斯噪聲。

上面的等式清楚地示出了接收信號(hào)功率rssi與從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)的距離d之間的關(guān)系。

通過校準(zhǔn)過程，可以估計(jì)針對(duì)給定d0的p0以及路徑損耗指數(shù)b。然后，可以從所測(cè)量的rssi獲得距離d。因此，問題被變換成基于測(cè)距的問題。該方法一般是復(fù)雜的，這是由于其要求定期校準(zhǔn)過程以估計(jì)和更新信號(hào)傳輸模型中的參數(shù)。由于傳輸參數(shù)估計(jì)中的誤差和rssi測(cè)量中的誤差，該方法不一定導(dǎo)致良好性能。

本發(fā)明集中于無需測(cè)距的wcl方法。具體地，我們提出簡單且有效的權(quán)重計(jì)算方法以及活動(dòng)網(wǎng)關(guān)選擇策略以實(shí)現(xiàn)魯棒且良好準(zhǔn)確度位置估計(jì)。

魯棒wcl算法

假定存在總共n個(gè)網(wǎng)關(guān)，其位置是，則wcl算法的一般形式提出了使用集合權(quán)重因子、通過網(wǎng)關(guān)的位置的加權(quán)（矢量）和來計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的位置，這可以被表達(dá)為：

其中wi是用于的加權(quán)因子，x和y是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的所估計(jì)的位置。

這里的關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題是確定加權(quán)因子wi的方式。用于加權(quán)平均的所有接收網(wǎng)關(guān)的子集的選擇也是重要的。本發(fā)明可以被概括如下：

1.確定“中央網(wǎng)關(guān)”，其可以例如是通過選擇具有最大rssi值的網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。

2.計(jì)算鄰近網(wǎng)關(guān)之間的平均網(wǎng)關(guān)間距。這是通過首先計(jì)算從每一個(gè)網(wǎng)關(guān)到所有其他網(wǎng)關(guān)的距離的最小值來實(shí)現(xiàn)的。然后，對(duì)于距所有網(wǎng)關(guān)的所有最小距離，它的中值被用作平均網(wǎng)關(guān)間距。

3.從位置計(jì)算中排除距“中央網(wǎng)關(guān)”太遙遠(yuǎn)的那些網(wǎng)關(guān)。這是通過將從所有網(wǎng)關(guān)到“中央網(wǎng)關(guān)”的距離對(duì)照閾值進(jìn)行比較來進(jìn)行的，該閾值等于平均網(wǎng)關(guān)間距乘以縮放因子。如果那些網(wǎng)關(guān)的距離大于該閾值，則它們被排除，否則它們被保持。

4.假定總共n個(gè)網(wǎng)關(guān)被保持，則按降序?qū)?duì)應(yīng)的rssi進(jìn)行排序，即：

。

5.在存在來自網(wǎng)關(guān)i的多于一個(gè)rssi測(cè)量結(jié)果的情況下，來自該網(wǎng)關(guān)的所有rssi值的中值被用作步驟4中的rssi。

6.加權(quán)因子是通過下式計(jì)算的：

。

7.目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置的估計(jì)是使用在步驟（6）中定義的權(quán)重來獲得的。

8.直到步驟7，獲得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置的一次性估計(jì)。在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行每特定周期的定期傳輸?shù)那闆r下，使用跟蹤算法（諸如卡爾曼類型濾波器）來跟蹤目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)并進(jìn)一步改進(jìn)位置準(zhǔn)確度。

上面的加權(quán)因子計(jì)算的主要思想是：對(duì)其rssi較大的那些網(wǎng)關(guān)給予較重的權(quán)重，由于它們很可能更接近于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。可以從產(chǎn)生權(quán)重wi的等式中觀察到，權(quán)重因子主要由rssi的等級(jí)次序而不是絕對(duì)值來確定。與步驟4）和5）中定義的過程相結(jié)合，這使該算法對(duì)由于信道衰落或測(cè)量誤差而引起的rssi的變化來說非常魯棒。

加權(quán)因子還部分地取決于rssi'i相比于最小rssi的差異，這考慮了rssi的相對(duì)值以進(jìn)一步增強(qiáng)位置準(zhǔn)確度。仿真已經(jīng)演示出該算法在不同多徑/衰落信道條件下的魯棒性及其良好的位置性能。