技術(shù)特征：

1.一種陰影衰落輔助的免攜帶設(shè)備定位方法，其特征在于，包含如下步驟：

步驟一：部署無線測(cè)量節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造監(jiān)測(cè)區(qū)域：

將工作在相同頻段且支持相同通信協(xié)議的K個(gè)無線測(cè)量節(jié)點(diǎn)構(gòu)成測(cè)量節(jié)點(diǎn)陣列且K≥2，將測(cè)量節(jié)點(diǎn)陣列、1個(gè)基站節(jié)點(diǎn)放置在一個(gè)2維平面內(nèi)，并且這些節(jié)點(diǎn)具有相同的物理結(jié)構(gòu)，測(cè)量節(jié)點(diǎn)陣列包圍的區(qū)域構(gòu)成監(jiān)測(cè)區(qū)域D；構(gòu)成測(cè)量節(jié)點(diǎn)陣列的K個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)已知，分別為(x_i,y_i)^T,i∈{1,2,...,K}；K個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)相互之間構(gòu)成L＝K×(K-1)/2條無線鏈路；基站節(jié)點(diǎn)距離各測(cè)量節(jié)點(diǎn)的距離應(yīng)小于測(cè)量節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)所能傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離；

步驟二：建立離線RSS指紋數(shù)據(jù)庫：方法包括如下步驟：

步驟2.1：記錄目標(biāo)沒有在監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)鏈路l的RSS值l∈{1,2,...,L}；

步驟2.2：記錄目標(biāo)在監(jiān)測(cè)區(qū)域位于每個(gè)訓(xùn)練位置時(shí)各鏈路的RSS：

假設(shè)在監(jiān)測(cè)區(qū)域D內(nèi)選擇N個(gè)訓(xùn)練位置，記第n個(gè)訓(xùn)練位置的坐標(biāo)為z_n，并記當(dāng)目標(biāo)位于第n個(gè)訓(xùn)練位置時(shí)，鏈路l的RSS值為r_l,n，n＝1,2…N；

步驟2.3：根據(jù)步驟2.1和2.2記錄的RSS數(shù)據(jù)得到目標(biāo)在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)每個(gè)訓(xùn)練位置的RSS變化量，并建立離線RSS指紋數(shù)據(jù)庫：

目標(biāo)在不同訓(xùn)練位置導(dǎo)致的各鏈路RSS變化為將所有訓(xùn)練位置的各鏈路RSS變化按照矩陣的方式排列，獲得指紋數(shù)據(jù)庫Ψ：

Ψ稱為指紋數(shù)據(jù)庫，它的每一列Ψ_n,n＝1,2...N稱為一個(gè)指紋，即目標(biāo)在第n個(gè)訓(xùn)練位置時(shí)各鏈路的RSS變化；

步驟三：陰影衰落鏈路檢測(cè)，包括如下步驟：

步驟3.1：t時(shí)刻當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)域后，靜立于測(cè)試位置，所有測(cè)量節(jié)點(diǎn)重新測(cè)量各鏈路的RSS，記t時(shí)刻第l條鏈路的RSS是r_l(t)，得到t時(shí)刻所有鏈路的RSS變化量向量為Δr(t)＝[Δr₁(t),Δr₂(t),…,Δr_L(t)]^T，其中

為目標(biāo)在t時(shí)刻造成的鏈路l的RSS變化量；

步驟3.2：從RSS變化量向量Δr(t)中篩選出陰影衰落鏈路集合：陰影衰落鏈路集合可以表示為

由上式可知，陰影衰減鏈路需要滿足兩個(gè)條件：

第一個(gè)條件Δr_l(t)＞γ_A，即陰影衰落鏈路的RSS變化量大于閾值γ_A；

第二個(gè)條件衰落電平大于閾值γ_F；其中衰落電平F_l定義為第l條鏈路無遮擋時(shí)測(cè)量的RSS與根據(jù)自由空間路徑損耗模型預(yù)測(cè)的RSS的差值：

$\begin{array}{c}{F}_l={\stackrel{\‾}{r}}_l-\left(P_{\mathrm{Re}f}-10\mathrm{\β}\lg \left|\right|p_l-q_l\left|\right|\right)\\ ={\stackrel{\‾}{r}}_l-P_{\mathrm{Re}f}+10\mathrm{\β}\lg \left|\right|p_l-q_l\left|\right|\end{array};$

其中P_Ref為任意一對(duì)測(cè)量節(jié)點(diǎn)在單位距離即相距1m時(shí)且它們之間無遮擋情況下的接收信號(hào)功率，β為路徑損耗指數(shù)，||p_l-q_l||為構(gòu)成鏈路l的兩個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的歐式距離；所述自由空間路徑損耗模型是如下公式：

$P_r=P_{\mathrm{Re}f}{\left(\frac{d}{d_{\mathrm{Re}f}}\right)}^{-\mathrm{\β}},$

所以P_r(dB)＝P_Ref-10βlg||p_l-q_l||，也就是公式F_l中括號(hào)內(nèi)的部分；P_Ref通過多次測(cè)量取平均得到,而路徑損耗指數(shù)β可以根據(jù)不同距離的自由路徑接收功率測(cè)量值用估計(jì)的方法得到；閾值γ_F的實(shí)際取值根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和鏈路衰減的實(shí)際差別來確定；

步驟四：得到步驟三中篩選出的所有陰影衰落鏈路的陰影衰落區(qū)域的交集，并根據(jù)交集的不同情形選擇定位算法：

步驟4.1：定義為鏈路l的陰影衰落區(qū)域，本發(fā)明中陰影衰落區(qū)域?yàn)橐詷?gòu)成該鏈路的兩測(cè)量節(jié)點(diǎn)為焦點(diǎn)的橢圓，所有陰影衰落區(qū)域的相交區(qū)域?yàn)?/p>

步驟4.2：根據(jù)相交區(qū)域的不同情形判斷是否使用陰影衰落鏈路來輔助定位：

陰影衰落區(qū)域的相交關(guān)系分三種情形：

1)當(dāng)時(shí)，即沒有檢測(cè)出陰影衰減鏈路，那么用傳統(tǒng)的DFL指紋識(shí)別方法進(jìn)行定位，即根據(jù)t時(shí)刻所有鏈路的RSS變化量向量Δr(t)＝[Δr₁(t),Δr₂(t),…,Δr_L(t)]^T查找步驟二建立的指紋數(shù)據(jù)庫，即將在線測(cè)量值與指紋數(shù)據(jù)庫中的值進(jìn)行比較，相似度最高的就判定為目標(biāo)在該訓(xùn)練位置；

2)當(dāng)時(shí)，即只存在一條陰影衰落鏈路或若干不相交的陰影衰落區(qū)域，那么用指紋識(shí)別的方法進(jìn)行定位，但是只有位于陰影衰落區(qū)域內(nèi)的訓(xùn)練樣本才被用來定位目標(biāo)，即根據(jù)t時(shí)刻陰影衰落鏈路的RSS變化量向量查找步驟二建立的指紋數(shù)據(jù)庫中位于陰影衰落區(qū)域內(nèi)的訓(xùn)練位置的RSS變化，獲得相似度最高的訓(xùn)練位置坐標(biāo)作為目標(biāo)所在的位置；

3)當(dāng)時(shí)，即所有陰影衰落鏈路存在一個(gè)共同的相交區(qū)域，那么目標(biāo)的位置可以直接由陰影衰落的相交區(qū)域決定，取該相交區(qū)域的幾何中心作為目標(biāo)位置的估計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種陰影衰落輔助的免攜帶設(shè)備定位方法，其特征在于，根據(jù)步驟4.2判定的結(jié)果，所述情形1對(duì)目標(biāo)的位置進(jìn)行估計(jì)的方法如下：

采用基于概率的估計(jì)方法，目標(biāo)位置估計(jì)表示為

${\hat{x}}_t=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\hat{p}\[\mathrm{\Δ}r\left(t\right)|{\mathrm{\ψ}}_n\]z_n;$

其中為歸一化的概率分布，即z_n為第n個(gè)訓(xùn)練位置的坐標(biāo)，p[Δr(t)|ψ_n]的推導(dǎo)過程如下：

如果t時(shí)刻目標(biāo)恰好位于某個(gè)訓(xùn)練位置上，那么目標(biāo)位置估計(jì)可寫為

$\begin{array}{c}\arg \underset{x_t}{\max }p\[\mathrm{\Δ}r\left(t\right)|x_t\]\\ =\arg \underset{x_t\∈\[z_1,z_{n,},\mathrm{...},z_N\]}{\max }p\[\mathrm{\Δ}r\left(t\right)|{\mathrm{\ψ}}_n\]\\ =\arg \underset{x_t\∈\[z_1,z_{n,},\mathrm{...},z_N\]}{\max }\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Π}}}p\[{\mathrm{\Δr}}_l\left(t\right)|{\mathrm{\Δr}}_{l,n}\]\end{array};$

其中，p[Δr_l(t)|Δr_l,n]為t時(shí)刻目標(biāo)在第n個(gè)訓(xùn)練位置時(shí)鏈路RSS變化量的先驗(yàn)分布，本發(fā)明假定它服從高斯分布，其中σ²為噪聲方差，即

$p\[{\mathrm{\Δr}}_l\left(t\right)|{\mathrm{\Δr}}_{l,n}\]=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{{\left({\mathrm{\Δr}}_{l,n}-{\mathrm{\Δr}}_l\left(t\right)\right)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}.$

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種陰影衰落輔助的免攜帶設(shè)備定位方法，其特征在于，根據(jù)步驟4.2判定的結(jié)果，所述情形2對(duì)目標(biāo)的位置進(jìn)行估計(jì)的方法如下：

定義集合為落在陰影衰落區(qū)域內(nèi)的訓(xùn)練樣本，那么目標(biāo)位置估計(jì)為

其中

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種陰影衰落輔助的免攜帶設(shè)備定位方法，其特征在于，根據(jù)步驟4.2判定的結(jié)果，所述情形3取相交區(qū)域的幾何中心作為目標(biāo)位置的估計(jì)，對(duì)目標(biāo)的位置進(jìn)行估計(jì)的方法如下：

將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格邊長(zhǎng)為Δv，假設(shè)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)有M個(gè)網(wǎng)格并且第m個(gè)網(wǎng)格的中心坐標(biāo)記為e_m；如果令w_lm表示第l條鏈路是否穿過第m個(gè)網(wǎng)格，取值1表示是，取值0表示否，陰影衰落鏈路穿過最為密集的網(wǎng)格為

以|χ|表示符合要求的網(wǎng)格的個(gè)數(shù)，目標(biāo)位置的估計(jì)即為這些網(wǎng)格的幾何中心：

${\hat{x}}_t=\frac{1}{\left|\mathrm{\χ}\right|}\underset{m\∈\mathrm{\χ}}{\mathrm{\Σ}}{e}_m.$

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種陰影衰落輔助的免攜帶設(shè)備定位方法，其特征在于，步驟1所述無線測(cè)量節(jié)點(diǎn)采用TICC2530節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)工作在2.4GHz的ISM頻段并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都安裝有全向天線。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種陰影衰落輔助的免攜帶設(shè)備定位方法，其特征在于，步驟1所述無線測(cè)量節(jié)點(diǎn)工作于同一信道且具有相同的發(fā)送功率。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種陰影衰落輔助的免攜帶設(shè)備定位方法，其特征在于，步驟1所述無線測(cè)量節(jié)點(diǎn)均支持IEEE802.15.4協(xié)議。