一種環(huán)境自適應(yīng)的信號源定位方法
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種環(huán)境自適應(yīng)的信號源定位方法，屬于對室內(nèi)的無線信號源進(jìn)行定位的方法，特別是利用設(shè)備接收到的信號強(qiáng)度差(SSD)對信號源進(jìn)行室內(nèi)定位的方法。該發(fā)明首先在定位區(qū)域內(nèi)按要求設(shè)置信號監(jiān)測器，信號源在16個(gè)信道上輪流發(fā)射信號，監(jiān)測器接收信號源在各信道發(fā)射的RSS值并求平均；選擇一個(gè)監(jiān)測器的RSS平均值分別于其它監(jiān)測器的RSS平均值相減，得到一組SSD信息，再計(jì)算出當(dāng)前環(huán)境中的信號衰減因子和噪聲信息，然后計(jì)算出當(dāng)下SSD信息與信號源位置之間的線性關(guān)系式，帶入當(dāng)前SSD信息，計(jì)算出信號源的位置，實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。從而在定位過程中具有精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、工作穩(wěn)定、成本低的效果。
【專利說明】一種環(huán)境自適應(yīng)的信號源定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于對室內(nèi)的無線信號源進(jìn)行定位的方法，特別是利用設(shè)備接收到的信號強(qiáng)度差(SSD)對信號源進(jìn)行室內(nèi)定位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，室內(nèi)定位技術(shù)展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景和商業(yè)價(jià)值。譬如，大型超市對貨物的跟蹤管理，醫(yī)院對病人的位置實(shí)時(shí)監(jiān)控，博物館內(nèi)對館藏物品的導(dǎo)航和智能家居等不勝枚舉。因此在巨大的市場牽引力的作用下，尋找一個(gè)適合室內(nèi)定位環(huán)境的定位系統(tǒng)，已經(jīng)成為業(yè)界的研究重點(diǎn)。
[0003]中國專利201110112376《基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)》，是一種利用接收到的信號源信號強(qiáng)度(RSS)與信號源坐標(biāo)之間所具有的非線性關(guān)系進(jìn)行定位的方法。該方法首先記錄多個(gè)信號監(jiān)測器接收到的信號源信號強(qiáng)度信息。然后建立RSS信息與信號源位置之間的非線性關(guān)系方程組，最后利用最小二乘方法去解方程組，從而得到信號源的二維坐標(biāo)。該方法雖然原理和實(shí)現(xiàn)過程相對簡單，并且可在一定程度上克服了傳統(tǒng)的室內(nèi)無線定位技術(shù)受非視距傳輸效應(yīng)的影響。但是非線性方程組的求解存在病態(tài)條件、收斂性不確定等問題，容易計(jì)算出錯(cuò)誤的位置信息；計(jì)算量大，信號源位置計(jì)算需花時(shí)間長；在實(shí)際定位環(huán)境中，工作不穩(wěn)定，RSS容易受到環(huán)境變化等諸多因素的影響，其中多徑傳播效應(yīng)、信號衰減規(guī)律等對RSS的影響顯得尤為嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是針對【背景技術(shù)】的不足之處改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種環(huán)境自適應(yīng)的信號源定位方法，從而達(dá)到精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、工作穩(wěn)定、成本低的目的。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:首先在定位區(qū)域內(nèi)按要求設(shè)置信號監(jiān)測器，信號源在16個(gè)信道上輪流發(fā)射信號，監(jiān)測器接收信號源在各信道發(fā)射的RSS值并求平均；選擇一個(gè)監(jiān)測器的RSS平均值分別于其它監(jiān)測器的RSS平均值相減，得到一組SSD信息，再計(jì)算出當(dāng)前環(huán)境中的信號衰減因子和噪聲信息，然后計(jì)算出當(dāng)下SSD信息與信號源位置之間的線性關(guān)系式，帶入當(dāng)前SSD信息，計(jì)算出信號源的位置，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。因此，本發(fā)明方法包括:
[0006]步驟1.在定位環(huán)境中設(shè)置多個(gè)監(jiān)測器并記錄各監(jiān)測器的位置坐標(biāo)；
[0007]步驟2.將信號源置于定位環(huán)境中，然后信號源在設(shè)定的多個(gè)信道上輪流發(fā)射信號;
[0008]步驟3.各監(jiān)測器接收信號源在各信道上的信號強(qiáng)度，然后對各監(jiān)測器收到的多個(gè)信道上信號強(qiáng)度求平均，得到一組RSS平均值；
[0009]步驟4.選擇一個(gè)監(jiān)測器的RSS平均值，分別與其它監(jiān)測器的RSS平均值相減，得到一組SSD信息，然后利用得到的SSD信息計(jì)算出當(dāng)下環(huán)境中的信號衰減因子和噪聲信息；
[0010]步驟5.根據(jù)信號傳播模型，推導(dǎo)出SSD信息與信號源位置之間的線性關(guān)系式；[0011]步驟6.將步驟4得到的實(shí)時(shí)環(huán)境中的信號衰減因子、噪聲信息和實(shí)時(shí)SSD信息帶入步驟5得到的SSD信息與信號源位置之間的線性關(guān)系式中并求解方程得到信號源位置。
[0012]步驟2中信號源在16個(gè)信道上輪流發(fā)射信號；
[0013]步驟5中信號傳播模型:
[0014]Pk = Ps-1O a logdk+nk
[0015]Pk表示距離信號源為dk時(shí)第k個(gè)監(jiān)測器接收到的信號強(qiáng)度，PS為信號源發(fā)射功率。α為信號衰減因子。nk是環(huán)境噪聲，一般可假Iii是服從均值為0，方差為0,高斯分布，即
η,~Λφ,σ2);
[0016]步驟5中建立的SSD信息與信號源位置之間的線性關(guān)系式為:
[0017]A Θ = b+w
[0018]其中
[0019]設(shè)信號源的坐標(biāo)是(X，y, z)T, (Xi, Yi, Zi)τ是第i個(gè)監(jiān)測器坐標(biāo)，R = V-^+r+z3，第i個(gè)監(jiān)測器至U目標(biāo)的距離式=J(X-1)2+(.v—v,)2+(Z-Z,)2，
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)境自適應(yīng)的信號源定位方法,該方法包括: 步驟1.在定位環(huán)境中設(shè)置多個(gè)監(jiān)測器并記錄各監(jiān)測器的位置坐標(biāo)； 步驟2.將信號源置于定位環(huán)境中，然后信號源在設(shè)定的多個(gè)信道上輪流發(fā)射信號；步驟3.各監(jiān)測器接收信號源在各信道上的信號強(qiáng)度，然后對各監(jiān)測器收到的多個(gè)信道上信號強(qiáng)度求平均，得到一組RSS平均值； 步驟4.選擇一個(gè)監(jiān)測器的RSS平均值，分別與其它監(jiān)測器的RSS平均值相減，得到一組SSD信息，然后利用得到的SSD信息計(jì)算出當(dāng)下環(huán)境中的信號衰減因子和噪聲信息；步驟5.根據(jù)信號傳播模型，推導(dǎo)出SSD信息與信號源位置之間的線性關(guān)系式； 步驟6.將步驟4得到的實(shí)時(shí)環(huán)境中的信號衰減因子、噪聲信息和實(shí)時(shí)SSD信息帶入步驟5得到的SSD信息與信號源位置之間的線性關(guān)系式中并求解方程得到信號源位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種環(huán)境自適應(yīng)的信號源定位方法，其特征在于:步驟2中信號源在16個(gè)信道上輪流發(fā)射信號。
3.如權(quán)利要求1所述的一種環(huán)境自適應(yīng)的信號源定位方法，其特征在于:步驟5中信號傳播模型:
Pk = Ps-1O a logdk+nk Pk表示距離信號源為dk時(shí)第k個(gè)監(jiān)測器接收到的信號強(qiáng)度，Ps為信號源發(fā)射功率。α為信號衰減因子 。nk是環(huán)境噪聲，一般可假Iii是服從均值為0，方差為0,高斯分布，即
4.如權(quán)利要求1所述的一種環(huán)境自適應(yīng)的信號源定位方法，其特征在于:步驟5中建立的SSD信息與信號源位置之間的線性關(guān)系式為:
A Θ = b+w 其中: 設(shè)信號源的坐標(biāo)是(X，Y, z)T, (Xi, Yi, Zi)τ是第i個(gè)監(jiān)測器坐標(biāo)，
【文檔編號】H04W64/00GK104010366SQ201410197236
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】郭賢生, 儲磊, 杜龍飛, 李葆倉, 郭偉奇, 黃艷梅 申請人:電子科技大學(xué)