專利名稱：一種網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域、涉及網(wǎng)格化無線電監(jiān)測，尤其涉及網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，無線通信正逐漸變得普遍存在于現(xiàn)代社會的方方面面，無線電業(yè)務(wù)廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)、部門。當前，無線電技術(shù)發(fā)展使得對頻譜的需求快速增長，頻譜使用需求增長與頻譜資源緊缺之間的矛盾日漸突出。無線電技術(shù)發(fā)展導(dǎo)致無線電設(shè)備數(shù)量和用頻激增，干擾不斷增加，背景噪聲也不斷抬高，從而加劇了電磁環(huán)境的復(fù)雜化。
無線電輻射源數(shù)量的急劇增加、電磁環(huán)境的復(fù)雜惡化、有意無意干擾的不斷增多、各類重要活動保障任務(wù)的增加都使城市無線電監(jiān)測面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。目前，城市無線電監(jiān)測主要采用大型監(jiān)測站實現(xiàn)頻譜監(jiān)測和干擾排查，面臨三個方面的困難(I)現(xiàn)有無線電監(jiān)測系統(tǒng)對局部空間頻譜監(jiān)測能力較為有限。由于信號密集以及城市環(huán)境下電磁背景噪聲高，現(xiàn)有大型固定監(jiān)測站無法實現(xiàn)對低輻射功率和高密度頻譜使用的精細化監(jiān)測，在距離監(jiān)測站較遠處也不能準確監(jiān)測到，無法評估某一具體區(qū)域的頻譜利用情況。(2)現(xiàn)有大型監(jiān)測站測向精度難以滿足干擾源定位的要求。城市電磁環(huán)境復(fù)雜，具有信號密集、背景噪聲高等特點，因此現(xiàn)有大型監(jiān)測站的測向定位的靈敏度受環(huán)境因素影響極大，測向精度有限，導(dǎo)致測向交會定位精度難以滿足干擾源定位的要求。(3)現(xiàn)有大型監(jiān)測站監(jiān)測結(jié)果的可信度受到復(fù)雜環(huán)境的嚴重影響。城市環(huán)境復(fù)雜，高樓林立，且樓宇分布不均勻，無線電波的多徑傳播以及非視距傳播現(xiàn)象非常嚴重，極大地降低了監(jiān)測結(jié)果可信度、測向交會定位的精度與位置估計的可信度。網(wǎng)格化無線電監(jiān)測是實現(xiàn)城市環(huán)境中精細化無線電監(jiān)測的一種重要途徑，它利用多傳感器組網(wǎng)實現(xiàn)對覆蓋區(qū)域內(nèi)無線電輻射源的精細化監(jiān)測與定位。如果直接選擇網(wǎng)格化無線電監(jiān)測系統(tǒng)中所有的監(jiān)測傳感器用于協(xié)同定位，將會面臨兩個方面的困難，一方面是協(xié)同定位計算復(fù)雜度極大，難以實現(xiàn)。所有監(jiān)測傳感器的數(shù)據(jù)均用于定位時，使得定位解算的方程組隨著監(jiān)測傳感器的規(guī)模增大而急劇擴大，計算復(fù)雜度高，難以實現(xiàn)。另一方面是協(xié)同定位存在極大不確定性。網(wǎng)格化無線電監(jiān)測系統(tǒng)中有些傳感器監(jiān)測的信號弱，監(jiān)測誤差大，這些監(jiān)測結(jié)果不僅不能提高定位精度，相反地，會使得協(xié)同定位精度急劇惡化，增大了協(xié)同定位的不確定性。因此，調(diào)度最佳的傳感器進行協(xié)同定位，將直接決定了定位有效性與定位精度。因此，在城市環(huán)境中采用網(wǎng)格化無線電監(jiān)測時，有必要發(fā)展能夠適應(yīng)于網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是為網(wǎng)格化無線電監(jiān)測選擇合適傳感器進行高精度定位提供一種多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法，提高網(wǎng)格化無線電監(jiān)測系統(tǒng)中的協(xié)同定位調(diào)度傳感器的有效性和準確性等目的。本發(fā)明的解決方案是將網(wǎng)格化無線電監(jiān)測系統(tǒng)中的監(jiān)測到感興趣信號的能量最大的傳感器作為中心傳感器，確定中心傳感器的所有相鄰傳感器中信號能量值大于能量門限值的傳感器作為備選傳 感器，剔除鄰近傳感器中與中心傳感器形成角度大于角度門限值的傳感器，最終將中心傳感器以及保留下來的鄰近傳感器作為用于網(wǎng)格化監(jiān)測協(xié)同定位調(diào)度的傳感器。本發(fā)明的網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器定位協(xié)同調(diào)度方法包括如下步驟步驟a，根據(jù)傳感器之間是否相鄰，確定傳感器之間的相鄰矩陣，若相鄰，矩陣對應(yīng)元素為1，否則為O ;步驟b，所有傳感器對同一感興趣的信號進行測量，確定每一個傳感器測量的信號能量值；步驟C，依據(jù)信號能量的所有測量值的最大值對應(yīng)的傳感器，確定為網(wǎng)格化定位的中心傳感器；步驟d，查詢相鄰矩陣和信號能量值，選擇中心傳感器的相鄰傳感器的能量測量值大于門限值的傳感器；步驟e，任意選擇兩個鄰近傳感器，計算它們與中心傳感器形成的幾何角度，剔除該角度大于角度門限值的鄰近傳感器；步驟f，選擇中心傳感器以及保留下來的鄰近傳感器，確定為網(wǎng)格化監(jiān)測協(xié)同定位調(diào)度的傳感器。所述根據(jù)傳感器之間是否相鄰，確定N個傳感器之間的相鄰矩陣Cnxn，維度為NXN，它的元素依據(jù)如下準確確定在N個傳感器中，若任意兩個傳感器存在相鄰關(guān)系，則相鄰矩陣Cnxn對應(yīng)的元素為1，否則對應(yīng)的元素為O。所述所有傳感器對同一感興趣的信號s (t)進行測量，確定每一個傳感器測量的信號能量值Ei (i = 1,2,…，N):Ei = / I Si (t) |2dt其中，Si (t)表示第i個傳感器接收到的信號。所述依據(jù)信號能量的所有測量值Ei (i = 1,2,…，N)的最大值Emax^max= max
L 」i=i,2,…,N對應(yīng)的傳感器，確定為網(wǎng)格化定位的中心傳感器O。所述查詢相鄰矩陣Cnxn和信號能量值Ei (i = 1，2，…，N)，選擇中心傳感器O的相鄰傳感器的能量測量值大于門限值Ethreshtjld的傳感器，這里能量門限值Ethreshtjld —般根據(jù)實際測試經(jīng)驗獲得，通常取50% 70% Emax0所述任意選擇兩個鄰近傳感器m和傳感器η，計算它們與中心傳感器O形成的幾何角度Z mOn
-2 -2 -2
「λλοχ y ^Om jT-On -mnAmOn = arccos----
20m. On這里， 、&和^分別表示中心傳感器0，傳感器m和傳感器η之間的幾何距離。剔除該角度ZmOn大于角度門限值A(chǔ)nglethreshtjld的鄰近傳感器，這里，角度門限值A(chǔ)ngletostold—般為了保證中心傳感器與相鄰傳感器之間具有較好的幾何布局要求，通常取135° 150°。中心傳感器與相鄰傳感器之間的角度過大,表明它們接近分布在同一直線上，此時定位效果會急劇惡化。所述選擇中心傳感器O以及保留下來的鄰近傳感器，即可以確定為網(wǎng)格化無線電監(jiān)測協(xié)同定位調(diào)度的傳感器。本發(fā)明的積極效果在于，通過網(wǎng)格化無線電監(jiān)測多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法確定用于網(wǎng)格化定位的最佳傳感器，具有兩個重要的優(yōu)勢一是能夠急劇地降低參與定位的傳感器數(shù)量。實際中可以將參與定位的傳感器數(shù)量降低一個數(shù)量級，進而簡化協(xié)同定位的難度，二是能夠消除協(xié)同定位的不確定性。實際中若將監(jiān)測信號弱和監(jiān)測性能差的傳感器應(yīng) 用到協(xié)同定位中，不僅不會提高定位精度，還會帶來定位精度的急劇惡化，通過調(diào)度方法選擇最佳性能的傳感器，能夠有效地消除協(xié)同定位的不確定性，大幅度提高定位有效性和定位精度。


圖I示出本發(fā)明的網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法的設(shè)計流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行說明。圖I示出發(fā)明的網(wǎng)格化無線電監(jiān)測種的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法的設(shè)計流程圖。流程開始于步驟101。在步驟102，根據(jù)傳感器之間是否相鄰，確定N個傳感器之間的相鄰矩陣Cnxn，它的維度為NXN，它的元素依據(jù)如下準確確定在N個傳感器中，若任意兩個傳感器存在相鄰關(guān)系，則相鄰矩陣Cnxn對應(yīng)的元素為1，否則對應(yīng)的元素為O。在步驟103，從所有監(jiān)測傳感器中確定監(jiān)測信號能量最大的傳感器。步驟103包括步驟1031和步驟1032。在步驟1031，所有傳感器對同一感興趣的信號s (t)進行測量，確定每一個傳感器測量的信號能量值Ei (i = 1,2,…，N)Ei = I Si (t) |2dt其中，Si (t)表示第i個傳感器接收到的信號。在步驟1032，依據(jù)信號能量的所有測量值Ei (i = 1,2,…，N)的最大值Emax^max = ^aXw Ε,
L 」 =1，2，··.’Λ^對應(yīng)的傳感器，確定為網(wǎng)格化定位的中心傳感器O。在步驟104，從中心傳感器的鄰近傳感器中剔除監(jiān)測能量較小的傳感器以及幾何布局不合理的傳感器。步驟104包括步驟1041和步驟1042。在步驟1041，查詢相鄰矩陣Cnxn和信號能量值Ei (i = 1,2,…，N)，選擇中心傳感器O的相鄰傳感器的能量測量值大于門限值Ethreshtjld的傳感器，這里能量門限值Ettoestold —般根據(jù)實際測試經(jīng)驗獲得，通常取50% 70% Ε_。在步驟1042，任意選擇兩個鄰近傳感器m和傳感器n，計算它們與中心傳感器O形成的幾何角度ZmOn
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法，包括如下步驟 步驟a，根據(jù)傳感器之間是否相鄰，確定傳感器之間的相鄰矩陣，若相鄰，矩陣對應(yīng)元素為1，否則為O ; 步驟b，所有傳感器對同一感興趣的信號進行測量，確定每一個傳感器測量的信號能量值； 步驟c，依據(jù)信號能量的所有測量值的最大值對應(yīng)的傳感器，確定為網(wǎng)格化定位的中心傳感器； 步驟d，查詢相鄰矩陣和信號能量值，選擇中心傳感器的相鄰傳感器的能量測量值大于門限值的傳感器； 步驟e，任意選擇兩個鄰近傳感器，計算它們與中心傳感器形成的幾何角度，剔除該角度大于角度門限值的鄰近傳感器； 步驟f，選擇中心傳感器以及保留下來的鄰近傳感器，確定為網(wǎng)格化監(jiān)測協(xié)同定位調(diào)度的傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述設(shè)計的網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法，其特征在于所述根據(jù)傳感器之間是否相鄰，確定N個傳感器之間的相鄰矩陣CNXN，維度為NXN，它的元素依據(jù)如下準確確定在N個傳感器中，若任意兩個傳感器存在相鄰關(guān)系，則相鄰矩陣Cnxn對應(yīng)的元素為I，否則對應(yīng)的元素為O。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述設(shè)計的網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法，其特征在于所有傳感器對同一感興趣的信號s (t)進行測量，確定每一個傳感器測量的信號能量值 E1Q = 1,2, -,N)E1 = / I sjt) |2dt 其中，Si (t)表示第i個傳感器接收到的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述設(shè)計的網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法，其特征在于所述依據(jù)信號能量的所有測量值Ei (i = 1,2,…，N)的最大值Emax
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述設(shè)計的網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法，其特征在于所述查詢相鄰矩陣Cnxn和信號能量值Ei (i = 1,2,…，N)，選擇中心傳感器O的相鄰傳感器的能量測量值大于門限值Ethreshtjld的傳感器，這里能量門限值Ethreshtjld —般根據(jù)實際測試經(jīng)驗獲得，通常取50% 70% Emax0
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述設(shè)計的網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法，其特征在于所述任意選擇兩個鄰近傳感器m和傳感器η，計算它們與中心傳感器O形成的幾何角度 Z mOn -2 -2 -2 y 八Om Λ-Οη -mn ZmOn = arccos---- 20m · On 這里，&、&和^分別表示中心傳感器0，傳感器m和傳感器η之間的幾何距離。易IJ除該角度Z mOn大于角度門限值A(chǔ)nglethrastold的鄰近傳感器,這里,角度門限值A(chǔ)nglethreshtjld一般為了保證中心傳感器與相鄰傳感器之間具有較好的幾何布局要求，通常取135° 150°。中心傳感器與相鄰傳感器之間的角度過大,表明它們接近分布在同一直線上,此時定位效果會急劇惡化。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述設(shè)計的網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法，其特征在于所述選擇中心傳感器O以及保留下來的鄰近傳感器，即可以確定為網(wǎng)格化無線電監(jiān)測協(xié)同定位調(diào)度的傳感器。
全文摘要
一種網(wǎng)格化無線電監(jiān)測的多傳感器協(xié)同定位調(diào)度方法屬于無線通信范疇。將網(wǎng)格化無線電監(jiān)測到感興趣信號的能量最大的傳感器作為中心傳感器，從它的所有鄰近傳感器中剔除監(jiān)測信號能量小以及幾何布局不合理的傳感器，從而實現(xiàn)協(xié)同定位的最佳調(diào)度。包括確定所有傳感器之間的相鄰矩陣；確定所有傳感器對同一信號的能量測量值；選擇能量值最大的傳感器作為中心傳感器；剔除能量值小于門限值的鄰近傳感器；接著剔除與中心傳感器形成角度大于角度門限值的鄰近傳感器和確定中心傳感器以及保留下來的鄰近傳感器作為協(xié)同定位調(diào)度的傳感器等步驟。本方法可應(yīng)用于網(wǎng)格化無線電監(jiān)測系統(tǒng)，能夠消除協(xié)同定位的不確定性，大幅度提高協(xié)同定位有效性和定位精度。
文檔編號H04W24/08GK102868463SQ20121033900
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者魏合文, 曹景敏, 石云剛, 余健 申請人:中國人民解放軍總參謀部第五十七研究所