專利名稱：基于信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種室內(nèi)定位技術(shù)，是基于信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列對帶未知無線信號波形的目標(biāo)(非合作目標(biāo))進(jìn)行定位的方法。本發(fā)明通過利用已知無線信號傳播信道的脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列建立定位數(shù)據(jù)庫，并利用識別系統(tǒng)對帶未知無線信號波形的一個(gè)及多個(gè)目標(biāo)定位(位置測定)。該方法利用了更多時(shí)域信息，因此提高了定位精度。
背景技術(shù)：
室內(nèi)定位技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生、社會(huì)安全、公眾服務(wù)及商業(yè)運(yùn)營等方面的應(yīng)用前景非常廣闊。隨著對室內(nèi)無線定位需求的增長，例如機(jī)器人定位、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、建筑等諸多領(lǐng)域，室內(nèi)無線定位都有著極其廣闊的應(yīng)用前景。在建筑工程領(lǐng)域，建筑工程場地中的安全問題隨著社會(huì)對人權(quán)意識的提高，而關(guān)注度也隨之大大提高；在工業(yè)領(lǐng)域，監(jiān)測員工安全，以及現(xiàn)在蓬勃發(fā)展的與物流配套的工廠庫存方面，使用無線定位是一個(gè)新的發(fā)展點(diǎn)。尤其在高危險(xiǎn)的工業(yè)安全監(jiān)管方面，采礦、金屬冶煉和海上石油開采這些高危險(xiǎn)的行業(yè)來說， 如何保障從業(yè)人員的安全是一個(gè)非常重要的事情。無線定位網(wǎng)絡(luò)可以為管理提供輔助，避免一些事故的發(fā)生。由于在室內(nèi)環(huán)境下對于不同的建筑物而言，室內(nèi)布置，材料結(jié)構(gòu)，建筑物尺度的不同導(dǎo)致了信號的路徑損耗很大，與此同時(shí)，建筑物的內(nèi)在結(jié)構(gòu)會(huì)引起信號的反射，繞射，折射和散射，形成多徑現(xiàn)象，使得接收信號的幅度，相位和到達(dá)時(shí)間發(fā)生變化，造成信號的損失，定位的精度低。雖然室內(nèi)定位是定位技術(shù)的一種，和室外的無線定位技術(shù)相比有一定的共性，但是室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜性和對定位精度和安全性的特殊要求，使得室內(nèi)無線定位技術(shù)有著不同于普通定位系統(tǒng)。室內(nèi)定位包括對帶已知波形信號的合作目標(biāo)及帶未知波形信號的非合作目標(biāo)的定位。針對帶未知波形信號的非合作目標(biāo)的定位，傳統(tǒng)的參數(shù)化定位方法因存在受非視距傳輸效應(yīng)、多徑傳播效應(yīng)、信號衰減規(guī)律復(fù)雜等因素影響，以及定位成本高等弊病。針對上述弊病，申請人在申請?zhí)枮?00910216408. 1、發(fā)明名稱為《一種對非合作目標(biāo)定位的方法》 的專利文獻(xiàn)中公開了一種利用由已知信號獲取的定位環(huán)境數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)、確定非合作目標(biāo)位置，達(dá)到不但能對非合作目標(biāo)進(jìn)行定位，而且在一定程度上提高了對定位區(qū)域內(nèi)位置差異的敏感度、定位精度及降低定位成本的目的。但該方法由于僅僅利用了信道頻域的幅度信息，參與定位的信息量較少、因而對定位區(qū)域內(nèi)位置差異的敏感度、定位精度仍然較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景定位技術(shù)存在的缺陷，研究一種基于信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列的定位方法，通過利用已知無線信號傳播信道的脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列建立定位數(shù)據(jù)庫，并利用識別系統(tǒng)對帶未知無線信號波形的一個(gè)及多個(gè)目標(biāo)定位(位置估計(jì))。以達(dá)到進(jìn)一步提高定位區(qū)域內(nèi)位置差異的敏感度和定位精度，同時(shí)降低對時(shí)間的同步性要求等目的。本發(fā)明的解決方案是首先確定各個(gè)信號接收器及在定位區(qū)域內(nèi)所設(shè)節(jié)點(diǎn)(已知的定位點(diǎn))相對于各信號接收器的坐標(biāo)位置，然后利用具有歸一化線譜形狀信號的信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列作為建庫信號，建立定位數(shù)據(jù)庫；當(dāng)管理(待定位的)目標(biāo)發(fā)出與建庫信號源相同的信號時(shí)，各接收器根據(jù)各自接收到的管理目標(biāo)信號進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算以及歸一化處理，在發(fā)射信號滿足相互獨(dú)立并且均值為零的情況下，得到管理目標(biāo)與各個(gè)接收器之間無線傳播信道的歸一化自相關(guān)序列參數(shù)，各接收器根據(jù)所得參數(shù)，從定位數(shù)據(jù)庫中搜索 (提取)出與該管理目標(biāo)最大的定位參數(shù)匹配值，并由此確定該管理目標(biāo)的具體位置、然后再通過其識別碼確定該位置處管理目標(biāo)的名稱；按以上方法分別確定各管理目標(biāo)的名稱及當(dāng)前所在位置后，通過可視化界面顯示出各管理目標(biāo)的名稱及當(dāng)前所在位置的信息，從而實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的。因此，本發(fā)明方法包括A.建立定位數(shù)據(jù)庫首先設(shè)定各個(gè)信號接收器和各個(gè)節(jié)點(diǎn)(定位點(diǎn))在由這些節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的定位網(wǎng)格中相對于各信號接收器的位置；然后在其中的1個(gè)節(jié)點(diǎn)上放置一個(gè)建庫信號源，發(fā)射幅度譜具有歸一化線譜形狀的建庫信號，各個(gè)信號接收器接收到該信號之后， 分別對接收到的信號進(jìn)行歸一化自相關(guān)運(yùn)算處理，由此確定網(wǎng)格中該信號源所處節(jié)點(diǎn)與各個(gè)接收器之間無線傳播信道的歸一化自相關(guān)序列中的一條參數(shù)，該條參數(shù)與該節(jié)點(diǎn)在定位網(wǎng)格中相對于各信號接收器的位置參數(shù)一并作為該節(jié)點(diǎn)的定位參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中；此后， 重復(fù)上述操作，采用同一建庫信號，依次確定網(wǎng)格中其余各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與所有接收器之間無線傳播信道的歸一化自相關(guān)函數(shù)對應(yīng)序列，并與各個(gè)節(jié)點(diǎn)相對于各信號接收器的位置參數(shù)組合成相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的定位參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中，從而建成本發(fā)明定位數(shù)據(jù)庫；B.在各管理目標(biāo)設(shè)置定位芯片并將其信息參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫在各定位芯片上設(shè)置可發(fā)射與建庫信號相同頻率的合成信號、以及在各定位芯片上分別設(shè)定識別碼；然后將各定位芯片分別置于各管理目標(biāo)上，同時(shí)將各識別碼及所對應(yīng)管理目標(biāo)的名稱亦作為各目標(biāo)的一組跟蹤信息分別存入另一數(shù)據(jù)庫內(nèi)、備用；C.確定管理目標(biāo)所在的位置當(dāng)各接收器收到任一管理目標(biāo)的芯片發(fā)射的信號后，分別對所收到的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化自相關(guān)運(yùn)算處理，進(jìn)而獲得各自信道歸一化脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列參數(shù)，再將其與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中記錄的無線傳播信道脈沖響應(yīng)歸一化自相關(guān)序列參數(shù)之間進(jìn)行匹配處理，最優(yōu)匹配的無線傳播信道脈沖響應(yīng)歸一化自相關(guān)序列參數(shù)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中所對應(yīng)的空間位置、即為該目標(biāo)的位置；然后再通過芯片所發(fā)信息中的識別碼與跟蹤信息數(shù)據(jù)庫中的識別碼比對、其中含有與芯片相同識別碼參數(shù)所對應(yīng)的目標(biāo)名稱即為該管理目標(biāo)的名稱，從而又確定了該位置處管理目標(biāo)的名稱；D.顯示各管理目標(biāo)的當(dāng)前位置各接收器同時(shí)依次鎖定其余各管理目標(biāo)，并按C 步驟自動(dòng)處理，從而確定各管理目標(biāo)當(dāng)前所在的位置，并在可視化界面上顯示出所有管理目標(biāo)名稱及當(dāng)前所處位置的信息；然后進(jìn)行下一循環(huán)各目標(biāo)的定位及顯示。在步驟B中所述各定位芯片上設(shè)置可發(fā)射與建庫信號相同頻率的合成信號為
權(quán)利要求
1.一種基于信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列的定位方法，包括A.建立定位數(shù)據(jù)庫首先設(shè)定各個(gè)信號接收器和各個(gè)節(jié)點(diǎn)在由這些節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的定位網(wǎng)格中相對于各信號接收器的位置；然后在其中的1個(gè)節(jié)點(diǎn)上放置一個(gè)建庫信號源，發(fā)射幅度譜具有歸一化線譜形狀的建庫信號，各個(gè)信號接收器接收到該信號之后，分別對接收到的信號進(jìn)行歸一化自相關(guān)運(yùn)算處理，由此確定網(wǎng)格中該信號源所處節(jié)點(diǎn)與各個(gè)接收器之間無線傳播信道的歸一化自相關(guān)序列中的一條參數(shù)，該條參數(shù)與該節(jié)點(diǎn)在定位網(wǎng)格中相對于各信號接收器的位置參數(shù)一并作為該節(jié)點(diǎn)的定位參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中；此后，重復(fù)上述操作，采用同一建庫信號，依次確定網(wǎng)格中其余各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與所有接收器之間無線傳播信道的歸一化自相關(guān)函數(shù)對應(yīng)序列，并與各個(gè)節(jié)點(diǎn)相對于各信號接收器的位置參數(shù)組合成相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的定位參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中，從而建成本發(fā)明定位數(shù)據(jù)庫；B.在各管理目標(biāo)設(shè)置定位芯片并將其信息參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫在各定位芯片上設(shè)置可發(fā)射與建庫信號相同頻率的合成信號、以及在各定位芯片上分別設(shè)定識別碼；然后將各定位芯片分別置于各管理目標(biāo)上，同時(shí)將各識別碼及所對應(yīng)管理目標(biāo)的名稱亦作為各目標(biāo)的一組跟蹤信息分別存入另一數(shù)據(jù)庫內(nèi)、備用；C.確定管理目標(biāo)所在的位置當(dāng)各接收器收到任一管理目標(biāo)的芯片發(fā)射的信號后，分別對所收到的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化自相關(guān)運(yùn)算處理，進(jìn)而獲得各自信道歸一化脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列參數(shù)，再將其與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中記錄的無線傳播信道脈沖響應(yīng)歸一化自相關(guān)序列參數(shù)之間進(jìn)行匹配處理，最優(yōu)匹配的無線傳播信道脈沖響應(yīng)歸一化自相關(guān)序列參數(shù)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中所對應(yīng)的空間位置、即為該目標(biāo)的位置；然后再通過芯片所發(fā)信息中的識別碼與跟蹤信息數(shù)據(jù)庫中的識別碼比對、其中含有與芯片相同識別碼參數(shù)所對應(yīng)的目標(biāo)名稱即為該管理目標(biāo)的名稱，從而又確定了該位置處管理目標(biāo)的名稱；D.顯示各管理目標(biāo)的當(dāng)前位置各接收器同時(shí)依次鎖定其余各管理目標(biāo)，并按C步驟自動(dòng)處理，從而確定各管理目標(biāo)當(dāng)前所在的位置，并在可視化界面上顯示出所有管理目標(biāo)名稱及當(dāng)前所處位置的信息；然后進(jìn)行下一循環(huán)各目標(biāo)的定位及顯示。
2.按權(quán)利要求1所述基于信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列的定位方法，其特征在于在步驟B 中所述各定位芯片上設(shè)置可發(fā)射與建庫信號相同頻率的合成信號為WΗ0 = Σ°^ιη(2;Γ/ / +凡)ω=1其中ω為線譜數(shù)、ω =l，2，L，W;au是第ω個(gè)線譜的隨機(jī)幅度；fu為管理目標(biāo)發(fā)射信號的第ω個(gè)線譜的頻點(diǎn)，β ω是第ω個(gè)線譜的隨機(jī)初相，t為建庫信號源發(fā)射信號的持續(xù)時(shí)間。
3.按權(quán)利要求1所述基于信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列的定位方法，其特征在于在步驟C 中所述各管理目標(biāo)芯片發(fā)射的信號為s[t,pn,pu) = v{t) h[t,pn,pu)其中t為信號源發(fā)射信號的持續(xù)時(shí)間、t = l，2，L，T，n為接收器的個(gè)數(shù)、n = 1，2，L， N； v(t)是管理目標(biāo)發(fā)射的波形信號；Pu是管理目標(biāo)的未知位置；Pn是第η個(gè)接收器所在的位置； 代表卷積運(yùn)算；h(t，pn，pu)是管理目標(biāo)Pn到第η個(gè)接收器Pn的信號傳輸無線信道脈沖響應(yīng)。
4.按權(quán)利要求1所述基于信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列的定位方法，其特征在于在步驟C中所述接收信號的歸一化自相關(guān)運(yùn)算處理通過下式進(jìn)行
5.按權(quán)利要求1所述基于信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列的定位方法，其特征在于所述步驟 C中從定位數(shù)據(jù)庫中搜索出與待定位目標(biāo)最大的定位參數(shù)匹配值，其匹配值為
6.按權(quán)利要求1所述基于信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列的定位方法，其特征在于所述步驟 C中確定管理目標(biāo)的具體位置為
全文摘要
該發(fā)明屬于一種室內(nèi)定位技術(shù)中采用信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列對非合作目標(biāo)進(jìn)行定位的方法。包括建立定位數(shù)據(jù)庫，在各管理目標(biāo)設(shè)置定位芯片并將各管理目標(biāo)的信息參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，確定管理目標(biāo)所在的位置、并在可視化界面上顯示出所有管理目標(biāo)的當(dāng)前位置。該發(fā)明利用信道脈沖響應(yīng)自相關(guān)序列作為建庫信號，各接收器收到該信號后、分別進(jìn)行自相關(guān)處理并與所設(shè)節(jié)點(diǎn)相對于各信號接收器的位置參數(shù)一并用于建立定位數(shù)據(jù)庫。該方法利用了信道的更多離散時(shí)域信息、定位的信息更豐富，進(jìn)一步提高了定位精度；與背景技術(shù)相比、在同等條件下定位精度可提高百分之十以上；可有效提高對定位區(qū)域內(nèi)位置差異的敏感度、定位精度，降低對時(shí)間的同步性要求等特點(diǎn)。
文檔編號G01S5/14GK102253366SQ201110104300
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者萬群, 樊榮, 秦爽, 郭賢生, 陳慧, 黃際彥 申請人:電子科技大學(xué)