[發明專利]無線層析成像方法及結合水平距離衰減的橢圓權重模型

有效

• 申請號: 202110007809.7
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112818514B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 朱春華;石震;李培;郭歆瑩;楊靜;楊衛東;秦瑤;李雪;紀勤文
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06T17/10;G06T17/20;G06F111/04
• 代理公司: 鄭州芝麻知識產權代理事務所(普通合伙) 41173
• 代理人: 李瓊

本發明提供一種無線層析成像方法及結合水平距離衰減的橢圓權重模型，無線層析成像方法包括如下步驟：根據檢測區域內傳感器節點的數量和位置進行建模，得到無線層析成像的線性方程；將正則約束項加入到無線層析成像的線性方程中，得到目標函數；對目標函數求導并將其導數設為零，得到無線層析成像線性方程的Tikhonov正則化解；在無線層析成像方法的自適應橢圓權重模型的基礎上引入自適應水平距離衰減因子，通過對像素在鏈路上的投影到其起始節點和終節點的距離做歸一化處理，使得像素權重成為歸一化后距離的函數，保證目標位置信息與測量信息的一致性。

技術領域

本發明涉及無線層析成像技術領域，具體涉及一種無線層析成像方法及結合水平距離衰減的橢圓權重模型。

背景技術

無線層析成像技術能夠基于靜態無線傳感器之間的接收信號強度(RSS,ReceivedSignal Strength)測量值對傳感器探測區域中的無線傳播環境變化進行成像。因此，可以檢測室內和室外環境中人體活動引起的RSS變化實現目標定位和跟蹤，且具有低功率和低成本的特點。

在RTI系統中，橢圓權重模型建模的準確性是影響系統定位性能的關鍵因素之一。經典的橢圓權重模型由Wilson和Patwari首次提出，但是該模型存在一定的局限性，如橢圓內的像素權重相同，不能分辨橢圓覆蓋區域內實際測量環境中每個像素反映的信號傳輸衰減的變化。

2014年，Hamilton提出了逆面積橢圓模型，在該模型中，信號傳播路徑越短，視距(LOS,Line of Sight)路徑附近的像素權重越大，反之亦然。為了體現模型特性，每個像素權重建模為包含收發節點和該像素的最小橢圓面積的倒數。由于該模型可以區分每個像素在橢圓內的貢獻，因此能夠獲得較其它模型更高的定位精度。然而，模型的計算復雜度太高導致無法實時定位。

在適用于短距離小覆蓋的恒定離心率橢圓權重模型中，不同長度鏈路對應不同的橢圓短軸參數，可以用較少的像素重建圖像，較大程度上降低了噪聲干擾。然而，如何確定橢圓內的權重卻沒有被考慮。

基于幾何的橢圓模型采用視距和非視距兩種加權方式，將一個橢圓分割成多個不同的區域，并結合正交匹配追蹤(OMP,Orthogonal Matching Pursuit)算法消除圖像重建中的額外亮點。與經典權重模型相比，單目標的定位精度提高23.8％。但是，在視距路徑和非視距路徑通信中，代表障礙的模型參數需要通過實驗來確定。當監測環境變化后，模型參數需要重新校正。

自適應橢圓權重模型同時考慮橢圓覆蓋范圍的調整與像素權重的選擇，在垂直于兩節點之間視距路徑方向上，距離視距路徑越遠，權重越小；而且在鏈路較短時增大橢圓短軸參數得到更豐富的像素點衰減信息。室內仿真表明，自適應橢圓模型可以減弱噪聲偽跡，提高定位性能。除此以外，還有相關以菲涅耳衍射理論為建模基礎提出的橢圓模型，如馬鞍模型和衍射模型。但這些模型給出的不再是單純的權值，而是具體的RSS變化量，已無法直接用到現有無線層析成像方法中。

發明內容

本發明的目的是提供一種無線層析成像方法及結合水平距離衰減的橢圓權重模型，以解決現有技術中無線層析成像方法的目標位置信息與測量信息的一致性差的問題。

為實現上述目的，本發明的采用如下技術方案：

一種無線層析成像方法，包括如下步驟：

步驟一：根據檢測區域內傳感器節點的數量和位置進行建模，得到無線層析成像的線性方程；

步驟二：將正則約束項加入到無線層析成像的線性方程中，得到目標函數；

步驟三：對目標函數求導并將其導數設為零，得到無線層析成像線性方程的Tikhonov正則化解；

在無線層析成像的線性方程中，設其陰影權重矩陣中第i行第j列的元素為W_ij，該元素為第i條鏈路中第j個像素點的權重值，則

當時