專利名稱：一種基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線精確定位的方法，特別涉及一種在室內(nèi)精確定位 領(lǐng)域，基于射頻識(shí)別標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值的無線射頻定位方法。
背景技術(shù)：
無線定位技術(shù)是通過特定算法對(duì)接收到的電磁波的某些參數(shù)進(jìn)行處 理，以此來推斷待測(cè)對(duì)象的位置。測(cè)量參數(shù)包括測(cè)試信號(hào)的傳輸時(shí)間、幅 度、相位、達(dá)到角度和信號(hào)強(qiáng)度等。目前，隨著無線技術(shù)、移動(dòng)計(jì)算裝置 和互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，室內(nèi)定位服務(wù)系統(tǒng)越來越引起人們的注意。常用 的室內(nèi)無線定位技術(shù)有
(1) 室內(nèi)GPS定位技術(shù)GPS是目前應(yīng)用最為廣泛的定位技術(shù)。但是，
當(dāng)GPS接收機(jī)在室內(nèi)工作時(shí)，由于信號(hào)受建筑物的影響而大大衰減，其定
位精度很低，定位速度也相對(duì)較慢，而且定位器終端的成本較高。
(2) 蜂窩定位技術(shù)GSM、 CDMA等蜂窩網(wǎng)絡(luò)均支持定位技術(shù)，但非視距 傳播、多徑效應(yīng)和多址干擾等因素降低了其定位精度，且涉及用戶的隱私 問題，使其推廣受到了一定限制。
(3) 紅外技術(shù)基于散紅外技術(shù)的有源標(biāo)簽可以用于室內(nèi)定位，但是
它要求待測(cè)對(duì)象必須與紅外線閱讀器成一條直線，并且定位距離太近，因 而實(shí)際應(yīng)用的意義不大。
(4) 基于無線局域網(wǎng)的定位技術(shù)在一定的區(qū)域內(nèi)安裝適量的無線基
站，根據(jù)這些基站獲得的待測(cè)對(duì)象的相關(guān)信息，并結(jié)合基站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 綜合分析，從而確定物體的具體位置。應(yīng)用此類技術(shù)的系統(tǒng)容易建立，但 是測(cè)量精度差強(qiáng)人意，有待進(jìn)一步提高。
(5) 超聲波技術(shù)目前成功運(yùn)用此技術(shù)確實(shí)可以取得較高的定位精度，
但是需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施支持，成本昂貴，無法大面積推廣。
與上述定位系統(tǒng)相比，射頻識(shí)別標(biāo)簽RFID技術(shù)具有非視距和非接觸
的優(yōu)點(diǎn)。它能以非凡的速度工作，較大的傳輸范圍以及高性價(jià)比也是RFID 的優(yōu)勢(shì)所在。
射頻識(shí)別，又稱電子標(biāo)簽，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過 射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可 工作于各種惡劣環(huán)境。RFID最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中用于區(qū) 分聯(lián)軍和納粹飛機(jī)的"敵我辨識(shí)"系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，RFID應(yīng)用領(lǐng)域 日益擴(kuò)大，現(xiàn)已涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，并將成為未來信息社會(huì) 建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。RFID技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)，監(jiān)獄犯人管理、 大型設(shè)備固定資產(chǎn)管理、高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、航空物流識(shí)別等諸多領(lǐng)域。
隨著芯片技術(shù)和生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，標(biāo)簽成本的降低、讀寫距離的 提高、存儲(chǔ)容量的增大、處理時(shí)間的縮短將成為可能，RFID產(chǎn)品的種類將 越來越豐富，應(yīng)用也越來越廣泛。
基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成
1. RFID標(biāo)簽。RFID標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一 的電子編碼。標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。RFID標(biāo)簽 依據(jù)發(fā)送射頻信號(hào)的方式不同，分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。主動(dòng)式標(biāo)簽主 動(dòng)向讀寫器發(fā)送射頻信號(hào)，通常由內(nèi)置電池供電，又稱為有源標(biāo)簽；被動(dòng) 式標(biāo)簽不帶電池，又稱為無源標(biāo)簽，其發(fā)射電波及內(nèi)部處理器運(yùn)行所需能 量均來自閱讀器產(chǎn)生的電磁波。被動(dòng)式標(biāo)簽在接收到閱讀器發(fā)出的電磁波 信號(hào)后，將部分電磁能量轉(zhuǎn)化為供自己工作的能量。其中主動(dòng)式標(biāo)簽通常 具有更遠(yuǎn)的通信距離，其價(jià)格相對(duì)較高，主要應(yīng)用于貴重物品遠(yuǎn)距離檢測(cè) 等應(yīng)用領(lǐng)域。被動(dòng)式標(biāo)簽具有價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)，但其工作距離、存儲(chǔ)容量 等受到能量來源的限制。
RFID標(biāo)簽根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合、形狀、工作頻率和工作距離等因素的不同采 用不同類型的天線。 一個(gè)RFID標(biāo)簽通常包含一個(gè)或多個(gè)天線。RFID標(biāo)簽 和閱讀器工作時(shí)所使用的頻率稱為RFID工作頻率。目前RFID使用的頻率 跨越低頻、高頻、超高頻、微波等多個(gè)頻段。RFID頻率的選擇影響信號(hào)傳 輸?shù)木嚯x、速度等，同時(shí)還受到各國(guó)法律法規(guī)限制。
2. RFID閱讀器。RFID閱讀器的主要任務(wù)是控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射 讀取信號(hào)，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答，對(duì)標(biāo)簽的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，將對(duì)象 標(biāo)識(shí)信息連帶標(biāo)簽上其它相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。根據(jù)應(yīng)用不同，
閱讀器可以是手持式或固定式。當(dāng)前閱讀器成本較高，且大多只能在單一 頻率點(diǎn)工作。未來閱讀器的價(jià)格將大幅降低，并且支持多個(gè)頻率點(diǎn)，能自 動(dòng)識(shí)別不同頻率的標(biāo)簽信息。
3.天線。天線用于在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。系統(tǒng)的基本工
作流程是閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻標(biāo)簽進(jìn) 入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻標(biāo)簽獲得能量被激活；射頻標(biāo) 簽將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到 從射頻標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接 收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù) 邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā) 出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
在RFID的應(yīng)用中，出于功耗方面的考慮，電子標(biāo)簽不能成為定位的 主動(dòng)方，所以采用基于網(wǎng)絡(luò)的方法，即需要在固定位置上部署射頻信號(hào)的 接收裝置，而由這些裝置采集附著在待測(cè)對(duì)象上的電子標(biāo)簽發(fā)出的信息， 然后通過無線/有線網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)往控制中心作進(jìn)一步的處理。
因此，在無線定位領(lǐng)域中，提高RFID定位技術(shù)的精度與可靠性，降 低定位系統(tǒng)的成本是現(xiàn)有技術(shù)中有待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需解決的問題是提供一種貝葉斯理論的無線射頻定位方法?；?于該方法，定位信息的精度與可靠性能有效地提高，系統(tǒng)的成本也能進(jìn)一 步降低。
根據(jù)上述需解決的問題設(shè)計(jì)了一種基于射頻識(shí)別標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值的 無線射頻定位方法，實(shí)施步驟為
(1) 將閱讀器放置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域邊界；
(2) 參考標(biāo)簽以矩形網(wǎng)格形式固定于室內(nèi)待監(jiān)測(cè)區(qū)域；
(3) 當(dāng)帶有射頻標(biāo)簽的待測(cè)對(duì)象置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，各個(gè)閱讀器通過
各自的天線檢測(cè)各射頻標(biāo)簽的電磁波，將測(cè)量得到的參考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象
標(biāo)簽的射頻信號(hào)強(qiáng)度值傳至上位機(jī)；
(4) 上位機(jī)比較各參考標(biāo)簽與待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的射頻信號(hào)強(qiáng)度的絕對(duì)差
值以確定待測(cè)對(duì)象附近的若干個(gè)最近參考標(biāo)簽，并根據(jù)其位置信息及其權(quán) 重因子得出待測(cè)對(duì)象的參考位置；
(5) 上位機(jī)通過建立具有剔除異常數(shù)據(jù)能力的傳輸信道損耗模型來得 到待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽與各個(gè)閱讀器間的距離信息；
(6) 基于一種改進(jìn)的貝葉斯定位理論，上位機(jī)對(duì)得到的位置信息進(jìn)行 數(shù)據(jù)融合，以此來得到待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的位置坐標(biāo)。'
本發(fā)明主要具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)-
(1) 定位系統(tǒng)不需要太多數(shù)量的閱讀器，取而代之的是便宜的射頻標(biāo) 簽，有效減少系統(tǒng)成本；
(2) 由于融合了最近鄰居算法和貝葉斯理論的共同優(yōu)點(diǎn)，該定位系統(tǒng) 在待測(cè)對(duì)象定位精度方面有較大改善；
(3) 可以較容易地適應(yīng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)性。因?yàn)閰⒖紭?biāo)簽和待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽 處于同一環(huán)境中，所以許多引起識(shí)別范圍的變化的環(huán)境因素可以被抵消， 因此，在基于參考標(biāo)簽的識(shí)別范圍內(nèi)，我們可以動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)更新關(guān)于査找 的參考信息；
(4) 待測(cè)對(duì)象的位置信息更加準(zhǔn)確和可靠。該系統(tǒng)在抑制噪聲干擾方 面具有良好的靈活性和適應(yīng)性，并且在位置感應(yīng)方面具有良好的精確性和 實(shí)時(shí)性。
進(jìn)一步在上述定位方法中，所述的參考標(biāo)簽矩形網(wǎng)格是長(zhǎng)"米，寬6 米的矩形網(wǎng)格，其中1米《"《5米，l米《6《5米。所述的射頻信號(hào)強(qiáng) 度的絕對(duì)差值根據(jù)以下公式計(jì)算-
其中，"為閱讀器個(gè)數(shù)，S,為待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽在閱讀器/上的射頻信號(hào)強(qiáng) 度值，《為參考標(biāo)簽J'在閱讀器/上的射頻信號(hào)強(qiáng)度值。E值可用來表征參 考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽之間信號(hào)距離關(guān)系，E越小表示參考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì) 象標(biāo)簽相隔越近。所述的位置信息包括已知每個(gè)閱讀器和最近鄰居標(biāo)簽各 自的實(shí)際位置以及相互之間的實(shí)際距離。所述的待測(cè)對(duì)象的參考位置是根 據(jù)以下公式計(jì)算-<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，A為選取的最近參考標(biāo)簽個(gè)數(shù)，Wi是第/個(gè)最近參考標(biāo)簽的權(quán)重因子，
(X, Y)為待測(cè)對(duì)象的參考位置坐標(biāo)，(X1, Y1)為第/個(gè)最近參考標(biāo)簽的實(shí)際坐 標(biāo)。所述的傳輸信道損耗模型根據(jù)以下公式獲得
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，d。是任意的參考距離(通常是i附)，PL(do)是自由空間中傳輸距 離為d0時(shí)的路徑損耗，"是路徑損耗指數(shù)，x0是均值為零方差為一(必)的 高斯隨機(jī)變量。x。被稱為陰影衰落，用來建模多徑衰落、障礙物、標(biāo)簽方 向性和移動(dòng)物體等環(huán)境因素引起的室內(nèi)無線信號(hào)傳播的隨機(jī)衰落。所述的
改進(jìn)的貝葉斯定位理論通過以下公式表示<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，& ={z,i= l,2,A W}表示到A時(shí)刻為止獲得的所有測(cè)量值的集合， zi表示i時(shí)刻獲得的測(cè)量值；P(zK/Xk)表示待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽處于位置Xk時(shí)獲
得測(cè)量值Zk的概率；D2表示待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽與閱讀器間的距離測(cè)量值，Q表
示待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽與閱讀器間的實(shí)際距離，^表示測(cè)量距離的不確定方差， 其值與待測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)模型、室內(nèi)的噪聲環(huán)境等有關(guān)；K表示最近鄰居算 法得到的待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的參考位置，A表示i^到i;的距離，^表示加權(quán) 因子的加權(quán)強(qiáng)度。所述的閱讀器通過傳輸控制協(xié)議和網(wǎng)際協(xié)議把射頻信號(hào) 強(qiáng)度值傳至上位機(jī)。所述的射頻標(biāo)簽可主動(dòng)地向閱讀器發(fā)射電磁波。所述 的上位機(jī)是電腦處理器。 '


附圖1是本發(fā)明定位系統(tǒng)硬件布局示意圖； 附圖2是本發(fā)明實(shí)施例流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的主旨是設(shè)計(jì)一個(gè)技術(shù)方案以使利用無線射頻技術(shù)進(jìn)行室內(nèi) 精確定位時(shí)，能有效提高測(cè)量的精度和可靠性。下面結(jié)合實(shí)施例參照附圖 進(jìn)行詳細(xì)說明，以便對(duì)本發(fā)明方法的技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更深入的詮釋。
本發(fā)明無線射頻定位方法的具體實(shí)施步驟為其一，將閱讀器放置于 待監(jiān)測(cè)區(qū)域邊界；其二，參考標(biāo)簽以矩形網(wǎng)格形式固定于室內(nèi)待監(jiān)測(cè)區(qū)域，
每個(gè)閱讀器和參考標(biāo)簽各自的位置以及相互之間的距離已知；其三，當(dāng)帶 有射頻標(biāo)簽的待測(cè)對(duì)象置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，各個(gè)閱讀器通過各自的天線接 收各射頻標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)出的電磁波，將測(cè)量得到的參考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽 的射頻信號(hào)強(qiáng)度值通過傳輸控制協(xié)議和網(wǎng)際協(xié)議傳至上位機(jī)；其四，上位 機(jī)比較各參考標(biāo)簽與待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的射頻信號(hào)強(qiáng)度的絕對(duì)差值以確定待 測(cè)對(duì)象附近的若干個(gè)最近參考標(biāo)簽，并根據(jù)其位置信息及其權(quán)重因子得出 待測(cè)對(duì)象的參考位置；其五，上位機(jī)通過建立具有剔除異常數(shù)據(jù)能力的傳 輸信道損耗模型來得到待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽與各個(gè)閱讀器間的距離信息；其六， 基于一種改進(jìn)的貝葉斯定位理論，上位機(jī)對(duì)得到的位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融. 合，以此來得到待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的位置坐標(biāo)。
無線射頻定位系統(tǒng)硬件布局如圖l所示。將參考標(biāo)簽布為長(zhǎng)5米，寬 5米的矩形網(wǎng)格，并固定于室內(nèi)待監(jiān)測(cè)區(qū)域；將一射頻標(biāo)簽縛于待測(cè)對(duì)象 處；將四個(gè)閱讀器放置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域邊界，確保閱讀器的識(shí)別范圍可以覆 蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域；該系統(tǒng)有16個(gè)參考標(biāo)簽和1個(gè)待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽，各個(gè)閱讀器 和參考標(biāo)簽各自的位置以及相互之間的距離需作為己知條件。
參照?qǐng)Dl的系統(tǒng)布局，如果需要定位待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽時(shí)，具體的交互 流程如圖2所示
(步驟201)將4個(gè)閱讀器放置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域邊界；并將16個(gè)射頻標(biāo)簽 作為參考標(biāo)簽以矩形網(wǎng)格形式固定于室內(nèi)待監(jiān)測(cè)區(qū)域，每個(gè)閱讀器和參考 標(biāo)簽各自的位置以及相互之間的距離己知；
(步驟202)當(dāng)帶有射頻標(biāo)簽的待測(cè)對(duì)象1置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，各個(gè)閱
讀器通過各自的天線接收各射頻標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)出的電磁波，將測(cè)量得到的參 考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽的射頻信號(hào)強(qiáng)度值通過傳輸控制協(xié)議和網(wǎng)際協(xié)議 傳至電腦處理器；
(步驟203)定義待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度矢量為5 = (&,52，53,54)，其 中S,表示待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽在閱讀器/上的標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，e (1,4)。對(duì)于 參考標(biāo)簽，定義相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度矢量^ =(《,《，《,&)，其中《表示參考標(biāo)簽 在閱讀器/上的標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，/ e (1,4);
對(duì)于待測(cè)對(duì)象l標(biāo)簽，定義<formula>formula see original document page 11</formula>
E值可用來表征參考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽之間信號(hào)距離關(guān)系，￡越小表示參考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽相隔越近；
有16個(gè)參考標(biāo)簽，因此待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽有￡矢量
<formula>formula see original document page 11</formula>由于這些五值僅用來反應(yīng)標(biāo)簽之間的關(guān)系，因此，我們可以從中選擇 4個(gè)擁有較小￡值的參考標(biāo)簽，即將距離待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽較近的參考標(biāo)簽 的坐標(biāo)作為參考位置坐標(biāo)；
(步驟204)待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽的參考位置坐標(biāo)是根據(jù)以下公式計(jì)算
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，W是i個(gè)最近參考標(biāo)簽的權(quán)重因子，(x,，x)為第z'個(gè)最近參考標(biāo)簽 的實(shí)際坐標(biāo)，Oc,力為待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽的參考位置坐標(biāo)；
(步驟205)定位系統(tǒng)的傳輸信道損耗模型是根據(jù)以下公式建立
<formula>formula see original document page 11</formula>其中，A是任意的參考距離(通常是i附)，Pi:w。)是自由空間中傳輸距離為A
時(shí)的路徑損耗，"是路徑損失指數(shù)。是均值為零方差為CT2(必)的高斯隨
機(jī)變量。x。被稱為陰影衰落，用來建模多徑衰落、障礙物、標(biāo)簽方向性和 移動(dòng)物體等環(huán)境因素引起的室內(nèi)無線信號(hào)傳播的隨機(jī)衰落。
若令/Uc/)為接收器與發(fā)射器的距離為時(shí)接收器接收到的信號(hào)強(qiáng)度
(i 然)， s為發(fā)射器的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，a^p,-p"d。)，則cw)是根據(jù)以下
公式計(jì)算
<formula>formula see original document page 11</formula>
為了建立d和c之間確定的映射關(guān)系，需要得到w和w的具體值。
由于室內(nèi)的環(huán)境因素是隨時(shí)間變化的(障礙物的布局可能改變，移動(dòng)物體 在不同的地方走動(dòng))，我們必須及時(shí)更新W和W的值，以反映環(huán)境因素的改 變；由于室內(nèi)無線電信號(hào)存在非視距傳播，閱讀器可能接收到一些比正常 信號(hào)弱很多的信號(hào)，我們稱這些信號(hào)為異常數(shù)據(jù)。異常數(shù)據(jù)的存在嚴(yán)重影. 響參數(shù)估計(jì)的精度。在這里我們使用一種帶異常數(shù)據(jù)剔除的參數(shù)估計(jì)算 法。
設(shè)閱讀器獲得A:組信號(hào)強(qiáng)度和距離的數(shù)據(jù)對(duì)K/u《;u,)^i,2,A ，w (這
些數(shù)據(jù)對(duì)可通過參考標(biāo)簽獲得)。為敘述方便，令
<formula>formula see original document page 12</formula>
若<formula>formula see original document page 12</formula>，則認(rèn)為Pr,(di)是異常數(shù)據(jù)，必須剔除。a由下面兩式?jīng)Q定
<formula>formula see original document page 12</formula>其中r為正常數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，w為異常數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，/ -ra"/^X)。
在工程實(shí)踐中，依大概率一般取"=!就可以在有效保護(hù)正常數(shù)據(jù)的
r 一 p
同時(shí)剔除異常數(shù)據(jù)。另外在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理建立的模型中， 一般均滿足
r》^r》p，因此可取a=7.29/7
去除掉所有異常數(shù)據(jù)之后，根據(jù)最小二乘法便可得到參數(shù)w和w的估
12
計(jì)
<formula>formula see original document page 13</formula>(步驟206)融合最近鄰居算法和貝葉斯理論的各自優(yōu)勢(shì)，提出改進(jìn)的 貝葉斯定位理論，根據(jù)以下公式計(jì)算-
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，Zk= {zi, i=l,2,A k}表示到k時(shí)刻為止獲得的所有測(cè)量值的集合，z,表
示/時(shí)刻獲得的測(cè)量值；IA)表示待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽處于位置XJ寸獲得
測(cè)量值^的概率；￡>2表示待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽與閱讀器間的距離測(cè)量值，2表
示待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽與閱讀器間的實(shí)際距離，c^表示測(cè)量距離的不確定方差，
其值與待測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)模型、室內(nèi)的噪聲環(huán)境等有關(guān)；K表示最近鄰居算
法得到的待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽的參考位置，A表示A到K的距離，ct;表示加
權(quán)因子的加權(quán)強(qiáng)度。
基于上述改進(jìn)的貝葉斯定位理論來導(dǎo)出計(jì)算待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽位置的線
性方程組。
如圖1所示，待測(cè)區(qū)域邊界放置4個(gè)閱讀器，設(shè)它們的坐標(biāo)分別為 (a1, b1), (a2, b2) A, (a4, b4)，并設(shè)<formula>formula see original document page 13</formula>.考慮4 個(gè)閱讀器，則待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽位置的概率分布函數(shù)是根據(jù)以下公式計(jì)算
<formula>formula see original document page 13</formula> 其中C是常數(shù), <formula>formula see original document page 13</formula>是一個(gè)非線性函數(shù)。
使K^,力具有極大值的坐標(biāo)",力可認(rèn)為是待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽的計(jì)算位 置。指數(shù)函數(shù)是單調(diào)函數(shù)，因此只須求出使目標(biāo)函數(shù)/(x，力具有極大值的 坐標(biāo)(x,y)，力即可。在這里，我們使用以下公式對(duì)目標(biāo)函數(shù)f(x,y),力進(jìn)行近似 處理<formula>formula see original document page 13</formula>
令上式對(duì)xj的一階導(dǎo)數(shù)等于0，可得
<formula>formula see original document page 13</formula>
;上面的線性方程組可得
求解極值時(shí)對(duì)目標(biāo)函數(shù)/(x，力進(jìn)行了近似，為進(jìn)一步提高定位精度， 可對(duì)上式進(jìn)行迭代。g卩
<formula>formula see original document page 14</formula>設(shè)置迭代結(jié)束條件l巧-i,, | + -, H^和最大迭代次數(shù)max ，利用初值 Oc。,y。)，即可通過上式進(jìn)行迭代以求解待測(cè)對(duì)象1標(biāo)簽的位置坐標(biāo)。
總之，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的無線射頻定位方法進(jìn)行的各 種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修 改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖 包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，實(shí)施步驟為(1)將閱讀器放置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域邊界；(2)參考標(biāo)簽以矩形網(wǎng)格形式固定于室內(nèi)待監(jiān)測(cè)區(qū)域；(3)當(dāng)帶有射頻標(biāo)簽的待測(cè)對(duì)象置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，閱讀器通過自身的天線檢測(cè)射頻標(biāo)簽的電磁波，將測(cè)量得到的參考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的射頻信號(hào)強(qiáng)度值傳至上位機(jī)；(4)上位機(jī)比較參考標(biāo)簽與待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的射頻信號(hào)強(qiáng)度的絕對(duì)差值以確定待測(cè)對(duì)象附近的最近參考標(biāo)簽，并根據(jù)其位置信息及其權(quán)重因子得出待測(cè)對(duì)象的參考位置；(5)上位機(jī)通過建立具有剔除異常數(shù)據(jù)能力的傳輸信道損耗模型來得到待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽與閱讀器間的距離信息；(6)基于一種貝葉斯定位理論，上位機(jī)對(duì)得到的位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，以此來得到待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的位置坐標(biāo)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，其 特征在于所述的參考標(biāo)簽矩形網(wǎng)格是長(zhǎng)"米，寬6米的矩形網(wǎng)格，其中 l米《a《5米，l米《6《5米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，其特征在于所述的射頻信號(hào)強(qiáng)度的絕對(duì)差值根據(jù)以下公式計(jì)算其中，W為閱讀器個(gè)數(shù)，^為待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽在閱讀器i上的射頻信號(hào)強(qiáng)度值，《為參考標(biāo)簽y在閱讀器/上的射頻信號(hào)強(qiáng)度值。^值可用來表征參考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽之間信號(hào)距離關(guān)系，^越小表示參考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽 相隔越近。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，其特征在于所述的位置信息包括已知每個(gè)閱讀器和最近鄰居標(biāo)簽各自的實(shí) 際位置以及相互之間的實(shí)際距離。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，其特征在于所述的待測(cè)對(duì)象的參考位置是根據(jù)以下公式計(jì)算<formula>formula see original document page 3</formula>其中，A為選取的最近參考標(biāo)簽個(gè)數(shù)，^是第i個(gè)最近參考標(biāo)簽的權(quán)重因子， (j,力為待測(cè)對(duì)象的參考位置坐標(biāo)，(x,，少,)為第/個(gè)最近參考標(biāo)簽的實(shí)際坐 標(biāo)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，其特征在于所述的傳輸信道損耗模型根據(jù)以下公式獲得<formula>formula see original document page 3</formula>其中，c/。是任意的參考距離(通常是lm) ， ^W。)是自由空間中傳輸距離為d。時(shí)的路徑損耗，"是路徑損耗指數(shù)，；^是均值為零方差為cr2(必)的高斯隨機(jī)變量。Z。被稱為陰影衰落，用來建模多徑衰落、障礙物、標(biāo)簽方向性和 移動(dòng)物體等環(huán)境因素引起的室內(nèi)無線信號(hào)傳播的隨機(jī)衰落。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，其 特征在于所述的貝葉斯定位理論通過以下公式表示<formula>formula see original document page 3</formula>其中，Z4 ={^ = 1，2,A W表示到fc時(shí)刻為止獲得的所有測(cè)量值的集合，^表示z時(shí)刻獲得的測(cè)量值；i ;^)表示待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽處于位置x,時(shí)獲得測(cè)量值^的概率；1)2表示待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽與閱讀器間的距離測(cè)量值，2表示待 測(cè)對(duì)象標(biāo)簽與閱讀器間的實(shí)際距離，^表示測(cè)量距離的不確定方差，其值 與待測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)模型、^內(nèi)的噪聲環(huán)境等有關(guān)；K表示最近鄰居算法得 到的待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的參考位置，A表示^t到K的距離，c^表示加權(quán)因子 的加權(quán)強(qiáng)度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的基于貝葉斯理論的無線射 頻定位方法，其特征在于所述的閱讀器通過傳輸控制協(xié)議和網(wǎng)際協(xié)議把 射頻信號(hào)強(qiáng)度值傳至上位機(jī)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，其 特征在于所述的射頻標(biāo)簽可主動(dòng)地向閱讀器發(fā)射電磁波。
10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，其 特征在于所述的上位機(jī)是電腦處理器。
全文摘要
一種基于貝葉斯理論的無線射頻定位方法，步驟為將閱讀器放置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域邊界；參考標(biāo)簽以矩形網(wǎng)格形式固定于室內(nèi)待監(jiān)測(cè)區(qū)域；當(dāng)帶有射頻標(biāo)簽的待測(cè)對(duì)象置于待監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，閱讀器將參考標(biāo)簽和待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的射頻信號(hào)強(qiáng)度值傳至上位機(jī)；上位機(jī)比較參考標(biāo)簽與待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的射頻信號(hào)強(qiáng)度的絕對(duì)差值以確定待測(cè)對(duì)象附近最近參考標(biāo)簽，得出待測(cè)對(duì)象的參考位置；然后，上位機(jī)得到待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽與各個(gè)閱讀器間的距離信息；最后，基于一種貝葉斯定位理論，上位機(jī)對(duì)得到的位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，以此來得到待測(cè)對(duì)象標(biāo)簽的位置坐標(biāo)。借助本發(fā)明方法，定位系統(tǒng)在抑制噪聲干擾方面具有良好的靈活性和適應(yīng)性，并且在位置感應(yīng)方面具有良好的精確性和實(shí)時(shí)性。
文檔編號(hào)G01S5/02GK101363910SQ20081019890
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者劉宗元, 黃以華 申請(qǐng)人:黃以華