CN102868463A - 一种网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法 - Google Patents

Abstract

一种网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法属于无线通信范畴。将网格化无线电监测到感兴趣信号的能量最大的传感器作为中心传感器，从它的所有邻近传感器中剔除监测信号能量小以及几何布局不合理的传感器，从而实现协同定位的最佳调度。包括确定所有传感器之间的相邻矩阵；确定所有传感器对同一信号的能量测量值；选择能量值最大的传感器作为中心传感器；剔除能量值小于门限值的邻近传感器；接着剔除与中心传感器形成角度大于角度门限值的邻近传感器和确定中心传感器以及保留下来的邻近传感器作为协同定位调度的传感器等步骤。本方法可应用于网格化无线电监测系统，能够消除协同定位的不确定性，大幅度提高协同定位有效性和定位精度。

Description

一种网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法

技术领域

本发明属于无线通信领域、涉及网格化无线电监测，尤其涉及网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，无线通信正逐渐变得普遍存在于现代社会的方方面面，无线电业务广泛应用于各个行业、部门。当前，无线电技术发展使得对频谱的需求快速增长，频谱使用需求增长与频谱资源紧缺之间的矛盾日渐突出。无线电技术发展导致无线电设备数量和用频激增，干扰不断增加，背景噪声也不断抬高，从而加剧了电磁环境的复杂化。

无线电辐射源数量的急剧增加、电磁环境的复杂恶化、有意无意干扰的不断增多、各类重要活动保障任务的增加都使城市无线电监测面临着严峻的挑战。目前，城市无线电监测主要采用大型监测站实现频谱监测和干扰排查，面临三个方面的困难：(1)现有无线电监测系统对局部空间频谱监测能力较为有限。由于信号密集以及城市环境下电磁背景噪声高，现有大型固定监测站无法实现对低辐射功率和高密度频谱使用的精细化监测，在距离监测站较远处也不能准确监测到，无法评估某一具体区域的频谱利用情况。(2)现有大型监测站测向精度难以满足干扰源定位的要求。城市电磁环境复杂，具有信号密集、背景噪声高等特点，因此现有大型监测站的测向定位的灵敏度受环境因素影响极大，测向精度有限，导致测向交会定位精度难以满足干扰源定位的要求。(3)现有大型监测站监测结果的可信度受到复杂环境的严重影响。城市环境复杂，高楼林立，且楼宇分布不均匀，无线电波的多径传播以及非视距传播现象非常严重，极大地降低了监测结果可信度、测向交会定位的精度与位置估计的可信度。

网格化无线电监测是实现城市环境中精细化无线电监测的一种重要途径，它利用多传感器组网实现对覆盖区域内无线电辐射源的精细化监测与定位。如果直接选择网格化无线电监测系统中所有的监测传感器用于协同定位，将会面临两个方面的困难，一方面是协同定位计算复杂度极大，难以实现。所有监测传感器的数据均用于定位时，使得定位解算的方程组随着监测传感器的规模增大而急剧扩大，计算复杂度高，难以实现。另一方面是协同定位存在极大不确定性。网格化无线电监测系统中有些传感器监测的信号弱，监测误差大，这些监测结果不仅不能提高定位精度，相反地，会使得协同定位精度急剧恶化，增大了协同定位的不确定性。因此，调度最佳的传感器进行协同定位，将直接决定了定位有效性与定位精度。

因此，在城市环境中采用网格化无线电监测时，有必要发展能够适应于网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法。

发明内容

本发明的一个目的是为网格化无线电监测选择合适传感器进行高精度定位提供一种多传感器协同定位调度方法，提高网格化无线电监测系统中的协同定位调度传感器的有效性和准确性等目的。

本发明的解决方案是：将网格化无线电监测系统中的监测到感兴趣信号的能量最大的传感器作为中心传感器，确定中心传感器的所有相邻传感器中信号能量值大于能量门限值的传感器作为备选传感器，剔除邻近传感器中与中心传感器形成角度大于角度门限值的传感器，最终将中心传感器以及保留下来的邻近传感器作为用于网格化监测协同定位调度的传感器。

本发明的网格化无线电监测的多传感器定位协同调度方法包括如下步骤：

步骤a，根据传感器之间是否相邻，确定传感器之间的相邻矩阵，若相邻，矩阵对应元素为1，否则为0；

步骤b，所有传感器对同一感兴趣的信号进行测量，确定每一个传感器测量的信号能量值；

步骤c，依据信号能量的所有测量值的最大值对应的传感器，确定为网格化定位的中心传感器；

步骤d，查询相邻矩阵和信号能量值，选择中心传感器的相邻传感器的能量测量值大于门限值的传感器；

步骤e，任意选择两个邻近传感器，计算它们与中心传感器形成的几何角度，剔除该角度大于角度门限值的邻近传感器；

步骤f，选择中心传感器以及保留下来的邻近传感器，确定为网格化监测协同定位调度的传感器。

所述根据传感器之间是否相邻，确定N个传感器之间的相邻矩阵C_N×N，维度为N×N，它的元素依据如下准确确定：在N个传感器中，若任意两个传感器存在相邻关系，则相邻矩阵C_N×N对应的元素为1，否则对应的元素为0。

所述所有传感器对同一感兴趣的信号s(t)进行测量，确定每一个传感器测量的信号能量值E_i(i＝1，2，…，N)：

E_i＝∫|s_i(t)|²dt

其中，s_i(t)表示第i个传感器接收到的信号。

所述依据信号能量的所有测量值E_i(i＝1，2，…，N)的最大值E_max

$E_{\max }=\underset{i=\mathrm{1,2},...,N}{\max }{E}_i$

对应的传感器，确定为网格化定位的中心传感器O。

所述查询相邻矩阵C_N×N和信号能量值E_i(i＝1，2，…，N)，选择中心传感器O的相邻传感器的能量测量值大于门限值E_threshold的传感器，这里能量门限值E_threshold一般根据实际测试经验获得，通常取50％～70％E_max。

所述任意选择两个邻近传感器m和传感器n，计算它们与中心传感器O形成的几何角度∠mOn

$\∠\mathrm{mOn}=\arccos \frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{Om}}}^2+{\stackrel{\‾}{\mathrm{On}}}^2-{\stackrel{\‾}{\mathrm{mn}}}^2}{2\stackrel{\‾}{\mathrm{Om}}\·\stackrel{\‾}{\mathrm{On}}}$

这里，

和

分别表示中心传感器O，传感器m和传感器n之间的几何距离。剔除该角度∠mOn大于角度门限值Angle_threshold的邻近传感器，这里，角度门限值Angle_threshold一般为了保证中心传感器与相邻传感器之间具有较好的几何布局要求，通常取135°～150°。中心传感器与相邻传感器之间的角度过大，表明它们接近分布在同一直线上，此时定位效果会急剧恶化。

所述选择中心传感器O以及保留下来的邻近传感器，即可以确定为网格化无线电监测协同定位调度的传感器。

本发明的积极效果在于，通过网格化无线电监测多传感器协同定位调度方法确定用于网格化定位的最佳传感器，具有两个重要的优势：一是能够急剧地降低参与定位的传感器数量。实际中可以将参与定位的传感器数量降低一个数量级，进而简化协同定位的难度，二是能够消除协同定位的不确定性。实际中若将监测信号弱和监测性能差的传感器应用到协同定位中，不仅不会提高定位精度，还会带来定位精度的急剧恶化，通过调度方法选择最佳性能的传感器，能够有效地消除协同定位的不确定性，大幅度提高定位有效性和定位精度。

附图说明

图1示出本发明的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法的设计流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1示出发明的网格化无线电监测种的多传感器协同定位调度方法的设计流程图。流程开始于步骤101。

在步骤102，根据传感器之间是否相邻，确定N个传感器之间的相邻矩阵C_N×N，它的维度为N×N，它的元素依据如下准确确定：在N个传感器中，若任意两个传感器存在相邻关系，则相邻矩阵C_N×N对应的元素为1，否则对应的元素为0。

在步骤103，从所有监测传感器中确定监测信号能量最大的传感器。步骤103包括步骤1031和步骤1032。在步骤1031，所有传感器对同一感兴趣的信号s(t)进行测量，确定每一个传感器测量的信号能量值E_i(i＝1，2，…，N)：

E_i＝∫|s_i(t)|²dt

其中，s_i(t)表示第i个传感器接收到的信号。

在步骤1032，依据信号能量的所有测量值E_i(i＝1，2，…，N)的最大值E_max

$E_{\max }=\underset{i=\mathrm{1,2},...,N}{\max }{E}_i$

对应的传感器，确定为网格化定位的中心传感器O。

在步骤104，从中心传感器的邻近传感器中剔除监测能量较小的传感器以及几何布局不合理的传感器。步骤104包括步骤1041和步骤1042。在步骤1041，查询相邻矩阵C_N×N和信号能量值E_i(i＝1，2，…，N)，选择中心传感器O的相邻传感器的能量测量值大于门限值E_threshold的传感器，这里能量门限值E_threshold一般根据实际测试经验获得，通常取50％～70％E_max。

在步骤1042，任意选择两个邻近传感器m和传感器n，计算它们与中心传感器O形成的几何角度∠mOn

$\∠\mathrm{mOn}=\arccos \frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{Om}}}^2+{\stackrel{\‾}{\mathrm{On}}}^2-{\stackrel{\‾}{\mathrm{mn}}}^2}{2\stackrel{\‾}{\mathrm{Om}}\·\stackrel{\‾}{\mathrm{On}}}$

这里，和

分别表示中心传感器O，传感器m和传感器n之间的几何距离。剔除该角度∠mOn大于角度门限值Angle_threshold的邻近传感器，这里，角度门限值Angle_threshold一般为了保证中心传感器与相邻传感器之间具有较好的几何布局要求，通常取135°～150°。中心传感器与相邻传感器之间的角度过大，表明它们接近分布在同一直线上，此时定位效果会急剧恶化。

在步骤105，选择中心传感器O以及保留下来的邻近传感器，即可以确定为网格化无线电监测协同定位调度的传感器。

根据本发明的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法的流程结束于步骤106。

虽然已经参考附图对本发明的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法以举例方式进行了描述，但是本发明不限于这些细节，并且本申请含盖权力要求范围之内的各种变形和改变。

工业应用性

可以将本发明提出的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法应用于网格化无线电监测系统，满足高效高精度的网格化无线电监测定位的要求。

Claims (7)

1.一种网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法，包括如下步骤：

步骤a，根据传感器之间是否相邻，确定传感器之间的相邻矩阵，若相邻，矩阵对应元素为1，否则为0；

步骤b，所有传感器对同一感兴趣的信号进行测量，确定每一个传感器测量的信号能量值；

步骤c，依据信号能量的所有测量值的最大值对应的传感器，确定为网格化定位的中心传感器；

步骤d，查询相邻矩阵和信号能量值，选择中心传感器的相邻传感器的能量测量值大于门限值的传感器；

步骤e，任意选择两个邻近传感器，计算它们与中心传感器形成的几何角度，剔除该角度大于角度门限值的邻近传感器；

步骤f，选择中心传感器以及保留下来的邻近传感器，确定为网格化监测协同定位调度的传感器。

2.根据权利要求1所述设计的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法，其特征在于所述根据传感器之间是否相邻，确定N个传感器之间的相邻矩阵C_N×N，维度为N×N，它的元素依据如下准确确定：在N个传感器中，若任意两个传感器存在相邻关系，则相邻矩阵C_N×N对应的元素为1，否则对应的元素为0。

3.根据权利要求1所述设计的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法，其特征在于所有传感器对同一感兴趣的信号s(t)进行测量，确定每一个传感器测量的信号能量值E₁(i＝1，2，…，N)：

E₁＝∫|s₁(t)|²dt

其中，s_i(t)表示第i个传感器接收到的信号。

4.根据权利要求1所述设计的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法，其特征在于所述依据信号能量的所有测量值E_i(i＝1，2，…，N)的最大值E_max

$E_{\max }=\underset{i=\mathrm{1,2},...,N}{\max }{E}_i$

对应的传感器，确定为网格化定位的中心传感器O。

5.根据权利要求1所述设计的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法，其特征在于所述查询相邻矩阵C_N×N和信号能量值E_i(i＝1，2，…，N)，选择中心传感器O的相邻传感器的能量测量值大于门限值E_threshold的传感器，这里能量门限值E_threshold一般根据实际测试经验获得，通常取50％～70％E_max。

6.根据权利要求1所述设计的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法，其特征在于所述任意选择两个邻近传感器m和传感器n，计算它们与中心传感器O形成的几何角度∠mOn

$\∠\mathrm{mOn}=\arccos \frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{Om}}}^2+{\stackrel{\‾}{\mathrm{On}}}^2-{\stackrel{\‾}{\mathrm{mn}}}^2}{2\stackrel{\‾}{\mathrm{Om}}\·\stackrel{\‾}{\mathrm{On}}}$

这里，

和

分别表示中心传感器O，传感器m和传感器n之间的几何距离。剔除该角度∠mOn大于角度门限值Angle_threshold的邻近传感器，这里，角度门限值Angle_threshold一般为了保证中心传感器与相邻传感器之间具有较好的几何布局要求，通常取135°～150°。中心传感器与相邻传感器之间的角度过大，表明它们接近分布在同一直线上，此时定位效果会急剧恶化。

7.根据权利要求1所述设计的网格化无线电监测的多传感器协同定位调度方法，其特征在于所述选择中心传感器O以及保留下来的邻近传感器，即可以确定为网格化无线电监测协同定位调度的传感器。

Images