[發(fā)明專利]一種基于差分接收信號強度信息的無線成像被動定位方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210239886.6
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN102811103A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王潔;高慶華;王洪玉;吳立飛;孫立奎
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04W4/02;H04W64/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種基于差分接收信號強度信息的無線成像被動定位方法，該方法可在無需目標(biāo)攜帶無線設(shè)備的情況下實現(xiàn)對無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)運動目標(biāo)的被動定位跟蹤。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)與普適計算技術(shù)的發(fā)展，WLAN、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GSM網(wǎng)絡(luò)、3G通信網(wǎng)絡(luò)等無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋到我們生活的每個角落。由于電波的固有特性，當(dāng)有目標(biāo)對某條無線鏈路造成遮蔽時，該條鏈路的無線信號特征信息勢必會發(fā)生變化。基于此，當(dāng)有多條無線鏈路同時存在時，借助各無線鏈路的信號特征信息，可以實現(xiàn)對無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)目標(biāo)的定位跟蹤。

基于無線成像實現(xiàn)被動無線定位跟蹤的思路最早由Wilson和Patwari提出。“作者：J.?Wilson?and?N.?Patwari,?論文名：Radio?tomographic?imaging?with?wireless?networks,?期刊：IEEE?Transactions?on?Mobile?Computing,?年份：2010，第5期，第621頁至632頁”。他們提出一種借助于無線掃描節(jié)點在某一固定頻率和功率下進(jìn)行無線掃描，測量各條鏈路的接收信號強度，進(jìn)而基于當(dāng)前時刻條鏈路的接收信號強度與初始時刻條鏈路的接收信號強度的變化信息實現(xiàn)位置估計的方法。雖然接收信號強度較容易獲取，但是，接收信號強度為敏感信號，容易受到諸如溫度、濕度、天線方向、風(fēng)等外界環(huán)境因素的影響，使得基于接收信號強度信息的無線成像被動定位技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境下無法獲得較好的效果。

為了改善基于接收信號強度信息的無線成像被動定位技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境下的性能，Zhao提出一種信號預(yù)處理措施，“作者：Y.?Zhao?and?N.?Patwari,?論文名：Noise?reduction?for?variance-based?device-free?localization?and?tracking,?會議：Proc.?8th?IEEE?Communication?Society?Conference?on?Sensor,?Mesh?and?Ad?Hoc?Communication?And?Networking,?年份：2011，第179頁至187頁”，他們提出利用子空間分解的方法來消除由于風(fēng)的吹動等環(huán)境參數(shù)的影響，有效地提高了系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的性能。

但是，電波傳播環(huán)境是復(fù)雜的，初始時刻的電波傳播參數(shù)信息與當(dāng)前時刻的電波傳播參數(shù)信息相比有可能發(fā)生較大的變化，造成即使沒有目標(biāo)出現(xiàn)的情況下當(dāng)前時刻條鏈路的接收信號強度與初始時刻條鏈路的接收信號強度的變化信息依然十分顯著，從而造成后續(xù)位置估計算法發(fā)生誤判，造成較大的位置估計誤差。

與上述方法相比，基于差分接收信號強度信息的無線成像被動定位方法從本質(zhì)上克服了基于接收信號強度信息方法的不足。差分接收信號強度信息反映了當(dāng)前時刻鏈路變化的瞬態(tài)信息，反映了連續(xù)兩個時刻的接收信號強度信息的差異，由于是連續(xù)時刻的信息，所以電波參數(shù)及環(huán)境參數(shù)變化可以忽略不計，因此，差分接收信號強度信息克服了基于接收信號強度信息方法易受各種參數(shù)影響的不足。同時，該方法無需知道初始時刻的任何信息，使得基于差分接收信號強度信息的無線成像被動定位方法更加普適，可以快速部署使用。上述優(yōu)點決定了基于差分接收信號強度信息的無線成像被動定位方法在復(fù)雜時變環(huán)境下可以獲得比傳統(tǒng)的基于接收信號強度信息的無線成像被動定位方法更穩(wěn)健的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提高復(fù)雜時變環(huán)境下無線成像被動定位跟蹤技術(shù)的性能，通過將差分接收信號強度信息作為鏈路測量信息，在復(fù)雜時變環(huán)境下實現(xiàn)對目標(biāo)位置的被動估計。其特征為通過測量無線網(wǎng)絡(luò)中各無線節(jié)點對之間連續(xù)兩個時刻的接收信號強度信息，將兩個時刻的接收信號強度信息的差分信號作為特征信息，進(jìn)而基于差分接收信號強度信息實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)移動目標(biāo)的定位跟蹤。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

該系統(tǒng)主要由無線掃描節(jié)點、無線控制節(jié)點、通用PC機(jī)組成，在通用PC機(jī)上完成位置估計。

無線掃描節(jié)點負(fù)責(zé)實現(xiàn)各節(jié)點對之間的無線鏈路接收信號強度信息的測量；無線掃描節(jié)點：可通過無線通信的方式實現(xiàn)任意兩節(jié)點之間無線鏈路接收信號強度信息的測量，具有全向天線。