[發明專利]應用于基于信號強度室內定位的多徑干擾消除方法

無效

• 申請號: 201210587610.7
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103207381A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 劉云淮;趙禹;齊力;胡傳平;倪明選
• 申請（專利權）人: 公安部第三研究所
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 劉粉寶

技術領域

本發明涉及一種室內測距技術，具體涉及一種應用于室內定位技術的消除多徑干擾的方法。

背景技術

隨著目標定位技術的發展，目標的定位已經由古老的根據經驗和地圖定位發展到了目前先進的GPS衛星定位技術。在實際應用中，已經可以達到全球的定位誤差小于10m從而在軍事，民用，航天等很多領域發揮著重要的作用。但是，GPS在室內的定位中具有明顯的缺陷。由于建筑的外殼層干擾了GPS衛星信號的傳輸，所以在室內環境中會收不到GPS信號，或者GPS定位的誤差會很大。室內定位技術是為了解決這一問題而提出來的。目前的室內定位方法主要包括信號強度定位方法，到達角度定位方法和到達時間定位方法。

到達角度定位方法是根據信號到達的角度進行定位的。首先在室內的屋頂上面設置3個智能天線。當一個定位目標進入定位區域，3個智能天線開始測量定位目標所發出信號的到達角度。經過角度的整合，室內定位系統將會獲知目標在感知區域里面的位置以達到定位的目的。基于到達角度的定位方法有3個不足。首先，可以感知無線電到達角度的天線是非常昂貴的。這并不有利于大規模室內定位系統的鋪設和普及。其次，基于角度的室內定位系統仍然克服不了多徑效應的影響。經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行傳輸。而在接收端，不能夠識別哪一條路徑就是直線到達的路徑。所以，定位的準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，不適合在室內環境中安裝。

接著是基于到達時間的定位方法。該方法利用信號的傳輸時間進行測量距離。并根據測量出來的距離進行定位。這種方法在水下的聲納系統中的具有廣泛的應用。這是由于水下的特殊環境和聲音獨特的性質決定的。在水下環境中聲音很稀少隨意很容易辨別出目標聲音。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的定位。但是，在室內環境中聲音比較嘈雜，很難分別出目標聲音。所以，有的工作在室內環境中利用電磁波的到達時間來進行測距。眾所周知，電磁波的傳播速度為3×10e8m/s。在室內短暫的傳輸距離中，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，基于到達時間的定位方法的硬件開銷比較大，難以形成大規模的普及。

還有一種比較傳統的方法，就是利用信號的強度測量電磁波的傳輸距離。并根據這些傳輸距離尋找到目標的位置。電磁波在傳播過程中會經歷能量的衰減。衰減將會以一定的規律進行。室內定位系統就是根據衰減后的信號能量去反向判斷信號走過的距離。接著根據這些距離來反推出目標的位置。但是，這種信號強度的方法在室內環境中，誤差非常大。這主要也是因為多徑效應的影響。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。依據信號能量進行測距的能量定位方法將會非常不準確。這導致，很少有室內定位系統使用該方法。不過，能量定位方法具有獨到的優點，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。目前鋪設的wifi系統已經足以滿足其硬件要求。

發明內容

本發明針對現有基于電磁強度來進行室內定位方法中由于存在多徑干擾，而無法準確定位的問題，而提供一種消除多徑干擾的方法。本方法可以克服室內環境中，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行室內定位的精確度。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

應用于基于信號強度室內定位的多徑干擾消除方法，該方法包括如下步驟：

（1）利用三個已知自己位置的錨節點，基于信號強度進行室內定位的定位系統的信號接收端根據不同的頻率所對應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）在定位系統中，根據步驟（1）建立的模型，在一個錨節點上面，利用不同的頻率所對應的信號強度來構建相應的關系方程組；

（3）定位系統的信號接收端根據針對建立的方程組建立相應的求解非線性方程組模型；

（4）定位系統的信號接收端檢測出相應信號的發射強度、發生增益以及接受增益三者之間的乘積值；

（5）定位系統的信號接收端估計出中反射路徑的數量；

（6）定位系統的信號接收端針對求解非線性方程組模型中的未知量設定相應的初始值和范圍，并對相應的求解非線性方程組進行迭代運算；

（7）當求解非線性方程組的一階導數等于0，二階導數大于0的時候，該求解非線性方程組對應的直射路徑值為最終的直射路徑值。