專利名稱：應(yīng)用于基于信號強度室內(nèi)定位的多徑干擾消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室內(nèi)測距技術(shù)，具體涉及一種應(yīng)用于室內(nèi)定位技術(shù)的消除多徑干擾的方法。
背景技術(shù)：
隨著目標(biāo)定位技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)的定位已經(jīng)由古老的根據(jù)經(jīng)驗和地圖定位發(fā)展到了目前先進(jìn)的GPS衛(wèi)星定位技術(shù)。在實際應(yīng)用中，已經(jīng)可以達(dá)到全球的定位誤差小于IOm從而在軍事，民用，航天等很多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。但是，GPS在室內(nèi)的定位中具有明顯的缺陷。由于建筑的外殼層干擾了 GPS衛(wèi)星信號的傳輸,所以在室內(nèi)環(huán)境中會收不到GPS信號，或者GPS定位的誤差會很大。室內(nèi)定位技術(shù)是為了解決這一問題而提出來的。目前的室內(nèi)定位方法主要包括信號強度定位方法，到達(dá)角度定位方法和到達(dá)時間定位方法。
到達(dá)角度定位方法是根據(jù)信號到達(dá)的角度進(jìn)行定位的。首先在室內(nèi)的屋頂上面設(shè)置3個智能天線。當(dāng)一個定位目標(biāo)進(jìn)入定位區(qū)域，3個智能天線開始測量定位目標(biāo)所發(fā)出信號的到達(dá)角度。經(jīng)過角度的整合，室內(nèi)定位系統(tǒng)將會獲知目標(biāo)在感知區(qū)域里面的位置以達(dá)到定位的目的?；诘竭_(dá)角度的定位方法有3個不足。首先，可以感知無線電到達(dá)角度的天線是非常昂貴的。這并不有利于大規(guī)模室內(nèi)定位系統(tǒng)的鋪設(shè)和普及。其次，基于角度的室內(nèi)定位系統(tǒng)仍然克服不了多徑效應(yīng)的影響。經(jīng)過墻壁或者桌面等多種反射面的反射，信號將會分成多跳路徑進(jìn)行傳輸。而在接收端，不能夠識別哪一條路徑就是直線到達(dá)的路徑。所以，定位的準(zhǔn)確度將會大大的下降。最后，目前的可以測量角度的智能天線占地面積大，不適合在室內(nèi)環(huán)境中安裝。
接著是基于到達(dá)時間的定位方法。該方法利用信號的傳輸時間進(jìn)行測量距離。并根據(jù)測量出來的距離進(jìn)行定位。這種方法在水下的聲納系統(tǒng)中的具有廣泛的應(yīng)用。這是由于水下的特殊環(huán)境和聲音獨特的性質(zhì)決定的。在水下環(huán)境中聲音很稀少隨意很容易辨別出目標(biāo)聲音。而且聲音的速度為340m/s。所以可以通過反射的形式完成水下的目標(biāo)的定位。但是，在室內(nèi)環(huán)境中聲音比較嗜雜，很難分別出目標(biāo)聲音。所以，有的工作在室內(nèi)環(huán)境中利用電磁波的到達(dá)時間來進(jìn)行測距。眾所周知，電磁波的傳播速度為3X10e8m/s。在室內(nèi)短暫的傳輸距離中，由于電磁波的傳播速度很快，所以很難判別出電磁波的傳輸時間。所以，該方法有局限性。另外，基于到達(dá)時間的定位方法的硬件開銷比較大，難以形成大規(guī)模的普及。
還有一種比較傳統(tǒng)的方法，就是利用信號的強度測量電磁波的傳輸距離。并根據(jù)這些傳輸距離尋找到目標(biāo)的位置。電磁波在傳播過程中會經(jīng)歷能量的衰減。衰減將會以一定的規(guī)律進(jìn)行。室內(nèi)定位系統(tǒng)就是根據(jù)衰減后的信號能量去反向判斷信號走過的距離。接著根據(jù)這些距離來反推出目標(biāo)的位置。但是，這種信號強度的方法在室內(nèi)環(huán)境中，誤差非常大。這主要也是因為多徑效應(yīng)的影響。因為，各種反射面的原因，直線信號傳輸將會分成很多路傳輸。最后這些路徑在接收端疊加在一起，信號的能量將會大大改變。依據(jù)信號能量進(jìn)行測距的能量定位方法將會非常不準(zhǔn)確。這導(dǎo)致，很少有室內(nèi)定位系統(tǒng)使用該方法。不過，能量定位方法具有獨到的優(yōu)點，這是因為能量定位方法僅僅利用信號的能量，對硬件沒有特別的要求。目前鋪設(shè)的Wifi系統(tǒng)已經(jīng)足以滿足其硬件要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有基于電磁強度來進(jìn)行室內(nèi)定位方法中由于存在多徑干擾，而無法準(zhǔn)確定位的問題，而提供一種消除多徑干擾的方法。本方法可以克服室內(nèi)環(huán)境中，反射路徑的信號對直射路徑信號所造成的疊加帶來的干擾，大大提高基于電磁強度來進(jìn)行室內(nèi)定位的精確度。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
應(yīng)用于基于信號強度室內(nèi)定位的多徑干擾消除方法，該方法包括如下步驟:
(I)利用三個已知自己位置的錨節(jié)點，基于信號強度進(jìn)行室內(nèi)定位的定位系統(tǒng)的信號接收端根據(jù)不同的頻率所對應(yīng)的信號強度來建立不同波長下的直射路徑和多條反射路徑的向量疊加模型；
(2)在定位系統(tǒng)中，根據(jù)步驟(I)建立的模型，在一個錨節(jié)點上面，利用不同的頻率所對應(yīng)的信號強度來構(gòu)建相應(yīng)的關(guān)系方程組；
(3)定位系統(tǒng)的信號接收端根據(jù)針對建立的方程組建立相應(yīng)的求解非線性方程組模型；
(4)定位系統(tǒng)的信號接收端檢測出相應(yīng)信號的發(fā)射強度、發(fā)生增益以及接受增益二者之間的乘積值；
(5)定位系統(tǒng)的信號接收端估計出中反射路徑的數(shù)量；
(6)定位系統(tǒng)的信號接收端針對求解非線性方程組模型中的未知量設(shè)定相應(yīng)的初始值和范圍，并對相應(yīng)的求解非線性方程組進(jìn)行迭代運算；
(7)當(dāng)求解非線性方程組的一階導(dǎo)數(shù)等于0，二階導(dǎo)數(shù)大于O的時候，該求解非線性方程組對應(yīng)的直射路徑值為最終的直射路徑值。
在本方案的優(yōu)選實例中，所述步驟(5)中確定的反射路徑的數(shù)量小于5。
進(jìn)一步的,所述步驟(6)中設(shè)定直射路徑dl的求解范圍在dl-lm到dl+lm之間，反射路徑di求解范圍在dl〈di〈2dl，反射系數(shù)的求解范圍在小于0.3。
通過本發(fā)明可以克服室內(nèi)環(huán)境中，反射路徑的信號對直射路徑信號所造成的疊加帶來的干擾，能夠準(zhǔn)確確定直射路徑，由此可以大大提高基于電磁強度來進(jìn)行室內(nèi)定位的精確度。
本該發(fā)明基于接收端能量進(jìn)行了室內(nèi)定位，既利用了基于能量定位對硬件要求較少的特點又解決了基于能量方法準(zhǔn)確性不足的問題。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明中涉及的室內(nèi)定位系統(tǒng)的原理圖2為本發(fā)明實施原理流程圖3為三點定位示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
本發(fā)明提供的多徑干擾消除方法基于利用信號強度實現(xiàn)室內(nèi)定位的定位系統(tǒng)進(jìn)行實施。
該定位系統(tǒng)主要由信號發(fā)射端和信號接收端組成，其中信號接收端中包括如下三部分(如圖1所示):
第一部分為天線功率、增益的識別和測量部分101，該部分用于識別和測量天線的發(fā)射功率、接收功率和天線增益。該部分主要由通過三方面來獲得相關(guān)信息:1是硬件說明書；2是與其他硬件結(jié)果進(jìn)行對比；3是在吸波環(huán)境中測量。
第二部分為信號強度測量部分102，進(jìn)行跳頻測量信號強度。該部分通過改變信號來進(jìn)行信號強度的測量。
第三部分為，對測量后的信號強度進(jìn)行整合和相應(yīng)的計算。該部分主要是根據(jù)第二部分得到的測量結(jié)果，形成相應(yīng)與直射距離，反射距離和反射系數(shù)之間相關(guān)的非線性方程組，對其進(jìn)行求解，并根據(jù)求解結(jié)果形成三角定位，并將定位結(jié)果進(jìn)行顯示。
基于上述的定位系統(tǒng)，本發(fā)明提供的多徑干擾消除方法通過定位系統(tǒng)中的疊加系統(tǒng)建立了相應(yīng)的模型，并由此建立一個求解方程組來求解室內(nèi)定位中真實發(fā)射端到接收端的距離。
基于上述原理，本發(fā)明的具體實施如下:
(I)在定位系統(tǒng)中，利用三個已知自己位置的錨節(jié)點，使得定位系統(tǒng)的信號接收端利用不同的頻率所對應(yīng)的信號強度來建立不同波長下的直射路徑和多條反射路徑的向量疊加模型。
(2)根據(jù)步驟(I)建立的模型，在一個錨節(jié)點上面，利用不同的頻率所對應(yīng)的信號強度來構(gòu)建相應(yīng)的關(guān)系方程組，該方程組如下:
權(quán)利要求
1.應(yīng)用于基于信號強度室內(nèi)定位的多徑干擾消除方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: (1)利用三個已知自己位置的錨節(jié)點，基于信號強度進(jìn)行室內(nèi)定位的定位系統(tǒng)的信號接收端根據(jù)不同的頻率所對應(yīng)的信號強度來建立不同波長下的直射路徑和多條反射路徑的向量疊加模型； (2)在定位系統(tǒng)中，根據(jù)步驟(I)建立的模型，在一個錨節(jié)點上面，利用不同的頻率所對應(yīng)的信號強度來構(gòu)建相應(yīng)的關(guān)系方程組； (3)定位系統(tǒng)的信號接收端根據(jù)針對建立的方程組建立相應(yīng)的求解非線性方程組模型； (4)定位系統(tǒng)的信號接收端檢測出相應(yīng)信號的發(fā)射強度、發(fā)生增益以及接受增益三者之間的乘積值； (5)定位系統(tǒng)的信號接收端估計出中反射路徑的數(shù)量； (6)定位系統(tǒng)的信號接收端針對求解非線性方程組模型中的未知量設(shè)定相應(yīng)的初始值和范圍，并對相應(yīng)的求解非線性方程組進(jìn)行迭代運算； (7)當(dāng)求解非線性方程組的一階導(dǎo)數(shù)等于O，二階導(dǎo)數(shù)大于O的時候，該求解非線性方程組對應(yīng)的直射路徑值為最終的直射路徑值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于基于信號強度室內(nèi)定位的多徑干擾消除方法，其特征在于，所述步驟(5)中確定的反射路徑的數(shù)量小于5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于基于信號強度室內(nèi)定位的多徑干擾消除方法，其特征在于，所述步驟(6)中設(shè)定直射路徑dl的求解范圍在dl-lm到dl+lm之間，反射路徑di求解范圍在dl〈di〈2dl，反射系數(shù)的求解范圍在小于0.3。
全文摘要
本發(fā)明公開了應(yīng)用于基于信號強度室內(nèi)定位的多徑干擾消除方法，該方法通過定位系統(tǒng)中的疊加系統(tǒng)建立了相應(yīng)的模型，并由此建立一個求解方程組來求解室內(nèi)定位中真實發(fā)射端到接收端的距離。本方法可以克服室內(nèi)環(huán)境中，反射路徑的信號對直射路徑信號所造成的疊加帶來的干擾，大大提高基于電磁強度來進(jìn)行室內(nèi)定位的精確度。
文檔編號G01S5/02GK103207381SQ201210587610
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者劉云淮, 趙禹, 齊力, 胡傳平, 倪明選 申請人:公安部第三研究所