[發(fā)明專利]一種基于提取目標(biāo)直接反射徑方法的無源定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911360604.6
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN111142068B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳志剛;馬文飛;陳祿;李文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/02
• 分類號(hào): G01S5/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種基于提取目標(biāo)直接反射徑方法的無源定位方法，利用LabVIEW虛擬儀器軟件遠(yuǎn)程控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，且僅需要一對(duì)收發(fā)端，搭建室內(nèi)信道頻率響應(yīng)采集平臺(tái)，估計(jì)目標(biāo)直接反射徑的參數(shù)，即等效方位角和時(shí)延。本發(fā)明能夠大大降低實(shí)驗(yàn)的時(shí)間成本和設(shè)備成本，為無需耗時(shí)耗力訓(xùn)練過程的幾何無源定位奠定了基礎(chǔ)，定位實(shí)時(shí)性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于提取目標(biāo)直接反射徑方法 的無源定位方法。

背景技術(shù)

定位是一種基于位置的服務(wù)，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，可以將定位系統(tǒng)分為室 外定位和室內(nèi)定位。GPS是目前應(yīng)用最為廣泛、發(fā)展最成熟的室外定位技術(shù)，民 用GPS的定位精度在10m左右，完全能夠滿足人們的室外定位需求；而室內(nèi)定 位情況卻不容樂觀，目前還沒有一款成熟的產(chǎn)品應(yīng)用于室內(nèi)定位，但是室內(nèi)定位 有很廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，比如，智能家居領(lǐng)域的老年人室內(nèi)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)老人的 行為表現(xiàn)，判斷老人的身體健康狀況；在購(gòu)物中心和畫廊，通過比較無人環(huán)境下 和當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境下接收信號(hào)的相似度，進(jìn)行入侵檢測(cè)和追蹤；在地下停車場(chǎng)，針 對(duì)“停車難，找車難”問題，可以利用智能尋車系統(tǒng)，查詢空余車位數(shù)量及位置 導(dǎo)航等，由于GPS信號(hào)穿透墻體功率衰減嚴(yán)重，且室內(nèi)環(huán)境比室外環(huán)境更復(fù)雜，障礙物多，多徑效應(yīng)嚴(yán)重，因此GPS不適合應(yīng)用于室內(nèi)定位。所以室內(nèi)定位依 然是定位領(lǐng)域中的短板，需要更進(jìn)一步的研究。

目前已經(jīng)獲得一定應(yīng)用的室內(nèi)定位技術(shù)有紅外線傳感器、超聲波、藍(lán)牙、射 頻識(shí)別、超寬帶等，這些技術(shù)雖然可以解決室內(nèi)定位問題，且具有較高的定位精 度，但是輔助設(shè)備部署成本太高，無法廣泛部署，限制了它們的普及。上述定位 技術(shù)的局限性激發(fā)我們?nèi)パ芯恳环N廣泛部署、低成本、定位精度高且定位實(shí)時(shí)性 高的室內(nèi)定位方案。

以WiFi為代表的無線局域網(wǎng)(WLAN：Wireless Local Area Networks)技術(shù)是 目前世界上部署最廣泛的室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。隨著WiFi的廣泛普及，WiFi 定位技術(shù)已成長(zhǎng)為目前室內(nèi)定位的絕對(duì)主流。根據(jù)定位目標(biāo)是否攜帶設(shè)備主動(dòng)參 與到定位過程中，可以把基于WLAN的室內(nèi)定位方法分成有源定位和無源定位。 有源定位(device-based activelocalization)是指用戶需要攜帶智能手機(jī)、平板電腦 等設(shè)備主動(dòng)參與到定位過程中。而一些特殊場(chǎng)合，目標(biāo)不攜帶任何收發(fā)設(shè)備，或 者不情愿參與到定位過程，稱為無源定位(DfPL：Device-free Passive Localization)，比如，非法入侵者不會(huì)主動(dòng)與定位服務(wù)器通信，人質(zhì)、兒童、監(jiān) 獄里面的罪犯不會(huì)攜帶收發(fā)設(shè)備等，而基于設(shè)備的定位方法無法滿足這樣的定位 需求。與有源定位不同，無源定位系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射端(APs：Access Points)和信號(hào) 接收端(MPs：Monitoring Points)已提前部署完畢且固定，通過監(jiān)測(cè)和處理在MPs 接收信號(hào)的變化去檢測(cè)環(huán)境的變化，即考慮目標(biāo)對(duì)無線信號(hào)的影響，從而判斷環(huán) 境中是否有目標(biāo)出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位與軌跡追蹤。

國(guó)內(nèi)提出的室內(nèi)無源定位的概念與國(guó)外采用的定位方法不同。國(guó)外將無源定 位問題建模為機(jī)器學(xué)習(xí)問題，采用位置指紋匹配算法實(shí)現(xiàn)定位；而國(guó)內(nèi)通過建立 信號(hào)動(dòng)態(tài)模型，采用幾何方法和基于動(dòng)態(tài)聚類的概率算法實(shí)現(xiàn)定位。已有的室內(nèi) 無源定位方法分為兩種，基于模型的方法和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，基于模型的方 法是通過模型表征目標(biāo)位置與信號(hào)之間的關(guān)系，常用的模型有矩形模型、橢球模 型、馬鞍面模型、功率衰減模型等；基于機(jī)器學(xué)習(xí)的無源定位方法大都包含兩個(gè) 階段：一是離線訓(xùn)練階段，在參考點(diǎn)收集無線信號(hào)特征，構(gòu)建位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)， 訓(xùn)練出定位模型；二是在線測(cè)量階段，將待測(cè)指紋與指紋庫(kù)進(jìn)行匹配，將最相似 的指紋所對(duì)應(yīng)的位置作為目標(biāo)的最佳位置估計(jì)。這些方法雖然取得了不錯(cuò)的定位 性能，但是在實(shí)現(xiàn)定位的過程中，存在以下缺點(diǎn)：

(1)需要較多的收發(fā)端(AP-MP對(duì))以增加目標(biāo)對(duì)無線信號(hào)影響的區(qū)分度；

(2)現(xiàn)有的室內(nèi)信道頻率響應(yīng)采集平臺(tái)都采用裝有Intel 5300或者Atheros 9380無線網(wǎng)卡的Ubuntu系統(tǒng)的電腦做為接收端，當(dāng)增加接收端數(shù)量時(shí)，不僅加 大了數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度，而且大大增加了定位的成本；