[發明專利]基于區域劃分的無線傳感器網絡室內移動目標跟蹤方法

有效

• 申請號: 201810801044.2
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN109005510B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 李建坡;李亞茹;張秋實;孟凡奇;趙立權;王敬東;姜萬昌
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H04W4/021
• 分類號: H04W4/021;H04W4/029;H04W4/38;H04W64/00
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

本發明是一種基于區域劃分的無線傳感器網絡室內移動目標跟蹤方法，其特點是：包括基于多結構的損耗模型、基于三維空間劃分的定位方法和基于交空間質心的跟蹤方法。具有科學合理，適用性強，低時延，高精度，能夠適用于復雜環境等優點。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，涉及一種基于區域劃分的無線傳感器網絡室內移動目標跟蹤方法。

背景技術

室內移動目標的定位和跟蹤是無線傳感器網絡的重要應用之一，目前已被廣泛應用于商場、機場、醫院等場所。但是現有的無線定位跟蹤系統無法滿足低成本、高精度的應用需求,在室內對移動目標進行大范圍的定位時，由于地板、墻壁和障礙物等因素的影響，傳統的定位算法必定會有較大的誤差。因此，研究一種抗干擾性較強，能適應復雜環境的室內定位技術是必要的。由于室內環境的復雜多變性，使得室內無線定位技術有著不同于普通定位系統的鮮明特點，而且這些特點是戶外定位技術所不具備的。室內是人類活動最密集且密切相關的場所。然而，一些因素制約著室內無線定位技術的深入發展。在室內環境下，對于不同的建筑物而言，室內的布置、材料結構、建筑物尺度的不同導致了信號的路徑損耗大，建筑物的內在結構會引起信號的反射、繞射、折射和散射等，形成多徑現象，使得接收信號的幅度，相位和到達時間發生變化，造成信號的損失，使定位的難度加大。

現階段常見的用于定位和追蹤的系統有GPS和北斗衛星定位系統。由于在室內環境中衛星信號衰減太快，所以無法用衛星定位系統對室內移動目標進行定位。室內定位與跟蹤技術主要有兩個方向——廣域網和局域網。其中，廣域網的代表是北郵的TC-OFDM系統、澳大利亞的Locata系統和美國高通公司的方案，都是承載到廣域網上實現廣域覆蓋；局域室內定位跟蹤技術的代表是Wi-Fi、藍牙、ZigBee、RFID等方案，這些都是承載到局域網中實現局部區域的覆蓋。廣域室內定位跟蹤技術通常需要改造基站及手機芯片等設備模塊，成本巨大、時間周期較長。局域室內定位跟蹤技術成本較低、周期短，是目前商業化推廣運作較好的選擇方案。但是它依然存在一些問題，主要體現在：

(1)定位技術分為基于測距的定位算法和無需測距的定位算法。其中基于測距的定位技術需要通過測量節點間的距離實現，因此，節點之間的測距精度會直接影響最終的跟蹤結果。在復雜的定位跟蹤空間內，信號在傳播的過程中會受到墻壁、地板、障礙物的穿透、反射以及隨機噪聲的影響，最終導致定位精度的下降。

(2)在參考節點一定的情況下，定位空間范圍的大小以及劃分區域是否合理都直接影響著定位跟蹤精度。如何將三維跟蹤空間進行合理地劃分已成為提高定位精度需要解決的問題。

(3)在室內隨機噪聲的影響下，四邊定位方法中四個球有可能無法交于一點導致不能成功定位，導致定位成功率下降；也會有定位結果超出規定的范圍的情況影響著定位的精度以及跟蹤路徑的擬合程度。

發明內容

本發明的目的是，在現實定位環境對移動目標實現實時跟蹤的目的，針對現有的損耗模型不能夠準確地將接收信號強度(RSSI)轉換成距離、如何將三維空間進行劃分以及存在的無法定位或者定位坐標超出規定范圍等問題，提出一種科學合理，適用性強，低延時，高精度，能夠適用于復雜環境的基于區域劃分的無線傳感器網絡室內移動目標跟蹤方法。

本發明的目的是由以下技術方案來優化的：一種基于區域劃分的無線傳感器網絡室內移動目標跟蹤方法，其特征是，它包括基于多結構的損耗模型、基于三維空間劃分的定位和基于交空間質心的跟蹤，

1)所述的基于多結構的損耗模型：根據室內障礙物的情況，將室內環境進行劃分為小區域，在不同的實驗區域內建立不同的損耗模型：未知節點和參考節點在同一個房間內通信時，采用經典的對數路徑損耗模型；未知節點和參考節點不在同一房間內通信且不在同一樓層，信號會穿地板傳播，此時，其損耗模型表示為(1)式：