[發明專利]一種基于概率指紋計算的無線測距方法

在審

• 申請號: 201410704432.0
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104502888A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 柳凌峰
• 申請（專利權）人: 杭州優體科技有限公司
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00
• 代理公司: 杭州華鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 33217
• 代理人: 胡根良

技術領域

本發明涉及一種基于概率指紋計算的無線測距方法。

背景技術

運用無線信號強度信息(RSSI)進行距離與位置估測是目前廣泛應用于個人消費，工業應用，行業應用等領域的低成本，高可靠性的定位方案，在這其中，基于三角定位技術的定位系統具有易實施，低維護，計算簡單的優勢，三角定位實施的關鍵，在于定位系統需要獲得一個可靠穩定的定位設備與無線信號源的距離估測，然而，由于通信協議本身的設計缺陷，如低功耗藍牙4.0，和無線設備的設計差異，RSSI與距離之間的對應關系往往存在一定的隨機性，這導致在定位過程中，會出現預設的RSSI與距離的映射函數不能反映RSSI的隨機變化，產生距離估測的跳動，同時，當無線設備放置于不同的環境時，其RSSI與距離的映射關系很難完全用確定函數表達。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于概率指紋計算的無線測距方法，解決現有三角定位中的距離與方向的估測存在的缺陷。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種基于概率指紋計算的無線測距方法，依次包括以下步驟：

1)通過信號源安裝位置、建筑結構、人流量、接收設備類型來確定通信場景；

2)根據步驟1)中的信號源為原點，接收設備為終點，選擇需要測量的位置，按照測距與定位的維度，接收裝置的位置通過D、Theta、Phi確定，其中D代表信號源與接收裝置的直線距離，Theta與Phi代表接收設備在兩個法向平面相對于某一方向的旋轉角度；

3)根據步驟2)給定D、Theta、Phi的位置上，測量RSSI一組或多組數據，獲得映射函數RSSI＝F(D,Ang)，其中，Ang為定位維度。

優選的，步驟2)中對直線距離的計算采用最大似然率的算法，包括以下步驟：

a)針對特定通信場景與信號源的可靠覆蓋范圍，在信號源外部劃分N個扇區，每個區域按照與信號源的距離進行等距劃分，劃分扇區數量應當根據設備在通信場景下各個方向的信號輻射差異度實際決定，距離間隔根據所在扇區的信號實際的衰減速率確定；

b)在步驟a)中的每一個扇區中，沿中心線在每一個劃分間隔上測量多組RSSI值，獲得RSSI＝F(D,Ang)映射數據組，得到RSSI距離指紋數據庫；

c)根據步驟b)得到的RSSI距離指紋數據庫計算每個扇區不同距離上信號的概率分布密度，分布密度的概率區間根據實際的信號分布進行設定，概率分布密度通過PDF_Ang,D(RSSI)表示；

d)通過移動終端檢測來自信號源的藍牙信號RSSI值，取至少三組檢測信號S_0、S_1、S_2；

e)根據步驟c)計算的PDF_Ang,D(RSSI)來計算每一個測量位置上的概率密度函數乘積值M_Ang,D(RSSI)：

M_Ang,D(RSSI)＝PDF_Ang,D(RSSI)(S_0)*PDF_Ang,D(RSSI)(S_1)*PDF_Ang,D(RSSI)(S_2)；

f)通過步驟e)計算得到所有已勘測位置的M_Ang,D(RSSI)，在每一個扇區中進行大小比對；

g)將步驟f)中M_Ang,D(RSSI)對比后的最大值所對應的位置，作為基于Ang扇區中的的距離估測；

h)將M_Ang,D(RSSI)的最大值與固定參數N的差值作為距離篩選區域，獲得多個距離估測；

i)當步驟e)計算的多組數據概率密度函數乘積值相等時，可計算平均距離與平均角度作為測距的估測結果；

j)將步驟h)中的距離估測或步驟i)中估測結果分別進行濾波處理。

通過上述步驟可以合理地處理信號在傳播過程中產生的隨機衰落特征，并將其作為測距特征值的有效部分進行分析，提高系統的抗干擾能力。

優選的，步驟j)中的濾波處理通過D_n＝D_n-1*W+D_n*(1-W)計算，其中，W為前一次距離估測的權重，能適應不同狀態下的距離估測。

優選的，步驟j)中的濾波處理通過比較當前距離估測與上次距離估測的差距，也可以根據行走速度等比例變化，能適應靜止或慢速移動下的距離估測。