一种基于几何方式的无设备目标定位方法

摘要

本发明公开了一种基于几何方式的无设备目标定位方法。该方法利用若干具有多信道通信能力的无线通信节点组成测量网络，在多个信道分别测量相互之间的接收信号强度值；在定位阶段将无线通信节点相互之间形成的链路看成直线段，并利用先验信息确定受目标影响的有效区域和有效链路，有效链路在有效区域内的交点看作可能的目标位置，对这些可能位置通过加权平均方式得到单一信道定位结果，最后对多个信道的定位结果再进行加权融合得到最终目标位置。本发明是一种无需阴影模型的无设备目标定位方法，仅需要简单的几何运算和两重加权运算，所需计算资源和存储资源都很少；并能有效提高无设备目标定位和跟踪的准确性和鲁棒性。

主权项

一种基于几何方式的无设备目标定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)利用预先布置的若干无线测量节点组成能够互相通信的测量网络，定位系统包括M+1个无线收发节点，以IEEE802.15.4的无线通信协议为基础进行组网，每个无线收发节点都具有16个通信信道，从2405MHz开始，到2085MHz结束，每间隔5MHz设置一个通信信道；其中M个无线收发节点构成测量网络，第M+1个节点为控制节点，负责收集数据和控制信道切换；2)信道选择与接收信号强度测量：根据应用需要选择16个通信信道中C个信道进行测量，分别记为第1信道、第2信道、…、第C信道，其中C≤16；起始时，所有M+1个节点都工作在第1信道上，M个无线收发节点按各自序号依次发射信号，并进行接收信号强度RSS测量，当所有M个无线收发节点发射完毕，此时控制节点发出信道切换信息，所有节点切换到下一个信道，以此类推，直到所有C个信道测量完毕；然后，根据每个信道的链路质量指示，选择出L组信道质量较好的测量数据用于下述定位过程，其中，L≤C；在信道选择完成后，分别对每一个信道的测量值进行步骤3)‑8)的操作；3)有效链路检测：由于总共有M个无线收发节点作为测量节点，所以一共可以组成K＝M×(M‑1)/2对无线链路，选择其中能够反映目标影响的链路，有效链路选择准则如下：Z_t＝{l_i|Δy_i(t)>y_th}其中y_th表示门限值，可根据经验选取；△y_i(t)表示目标出现前后第i条链路强度RSS的变化；Z_t表示第t时刻的有效链路集合；l_i表示挑选出的第i条链路；4)先验区域确定：根据目标移动的最大速度，计算出当前目标存在的有效区域O_t和扩大的有效区域O'_tO_t＝{p_t|H(p_t‑1,p_t)<r}O'_t＝{p_t|H(p_t‑1,p_t)<1.3r}其中p_t‑1＝(x_t‑1,y_t‑1)代表上一时刻的目标位置，p_t表示定义区域内当前时刻可能的目标位置点，H(p_t‑1,p_t)代表p_t‑1和p_t之间的欧几里德距离，r＝u_max×△t表示单位时间△t内目标最大移动距离,u_max为目标移动的最大速度；5)野值链路滤除：步骤3)和4)分别从强度RSS变化程度和空间区域限制两个角度给出了有效链路条件，只有同时满足这两个条件的链路才能被用来计算目标位置，而不能同时符合这两个条件的链路将被当成野值链路；将满足强度RSS变化程度和先验区域条件的链路集合记为S_t＝{l_i|Δy_i(t)>y_th&d_i(t)<1.3r}其中S_t表示第t时刻同时满足强度RSS变化程度和先验区域条件的有效链路集合；d_i(t)表示位置点p_t‑1到第i条链路的距离；6)求解链路交点：假设构成第i条链路的两个节点的坐标为和构成第j条链路的两个节点的坐标为和相应的，第i，j条链路的直线方程分别为y＝k_ix+b_i和y＝k_jx+b_j，其中斜率分别为和截距分别为和由于交点必然同时出现在两条线段上，所以有下面的方程：$\left[\begin{array}{cc}-k_i& 1\\ -k_j& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{b}_i\\ b_j\end{array}\right]$利用矩阵计算，可以得到交点坐标，并且同时定义对应权重为：w_Δy＝Δy_i(t)+Δy_j(t)其中△y_i(t)、△y_j(t)分别表示目标出现前后第i条和第j条链路强度RSS的变化；7)野值交点滤除将按步骤6)得到的所有交点集合记为G_t，将其中落在有效区域内的交点定义为有效交点，则有效交点集合取为$G_t^{\prime }=\left\{g_t^i\right|H(p_{t-1},g_t^i)<r,g_t^i\in G_t\}$其中表示第i个交点坐标，表示有效区域圆心p_t‑1和第i个交点之间的欧几里德距离；相应的有效交点的权重集合可以记为：8)加权定位：第l条信道的定位结果为其中|G'_t|表示集合G'_t中的元素个数，wⁱ表示归一化权重，9)多信道融合：为综合利用多组信道测量信息，将L组信道的结果再进行加权求和其中w^l表示归一化信道权重，w^l＝LQI(l)/255，LQI(l)表示第l条链路的信道链路质量。