CN102890262B - 信源定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信源定位方法及装置，该方法包括步骤：获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值；针对每个接收天线，分别根据获得的各接收信号功率值，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值；根据确定出的各概率值，确定该信源的横向坐标。采用本发明技术方案，能够解决现有技术中计算复杂度较高，稳定性较差，误差较大以及系统成本较高的问题。

Description

信源定位方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种信源定位方法及装置。

背景技术

自由流系统是结合数据通讯技术、自动控制技术、计算机网络技术、信息发布技术等现代化科技的智能交通综合解决方案，该系统可以用于城市拥堵治理、车辆自由行驶的无障碍收费等。

自由流系统可以对车辆进行合法性认证以及收费处理，现有技术中，在车辆中设置标签，标签中存储该车辆的车牌号码信息，车辆途经自由流系统中的阅读器时，阅读器可以获得标签中的车牌号码信息，同时，自由流系统中的图像采集设备抓拍车辆的车牌图像，将抓拍得到的车牌图像与阅读器获得的车牌号码信息进行匹配，若匹配成功，则认为该车辆为合法车辆，进而对该车辆进行收费处理，若匹配不成功，则认为该车辆为不合法车辆。

但是在现有技术中，由于图像采集设备抓拍到的车牌图像的识别率比较低，因此匹配操作的工作量巨大，耗费了较多的处理资源，此外将车牌图像与车牌号码信息进行匹配时的匹配算法比较复杂。

针对上述问题，现有技术提出了一种基于定位的自由流系统收费方法。预先在车辆中设置标签，标签中存储该车辆的车型信息，车辆途经自由流系统中的阅读器时，阅读器获得标签中的车型信息，通过专用设备获得车辆在道路某一断面上的位置，同时，自由流系统对车辆上的标签的横向坐标进行定位，即确定车辆上的标签的横向位置，然后通过专用设备获得的位置与确定出的横向位置进行匹配，得到标签位置与车辆实际位置的匹配结果，然后再根据匹配结果以及车型信息进行合法性认证以及收费处理。其中，现有技术可以实现对车辆在道路某一断面上的精确横向定位，如采用激光光栅的方法等。

预先在道路的某一断面上部署多个接收天线，车辆上的标签可以看作信号源，即信源，各接收天线接收信源的信号，现有技术一般通过下述两种方式确定车辆上的标签的横向位置，具体的：

第一种方式，将各接收天线的接收信号强度指示(RSSI，ReceivedSignalStrengthIndication)进行插值运算，根据得到的函数解析式，计算出函数极值，将函数极值的横坐标作为标签的横向位置；

第二种方式，将各接收天线部署的很密集，以RSSI最高的接收天线的位置作为标签的横向位置。

由上可见，上述第一种方式需要进行插值运算，而且还需要计算函数解析式的极值，因此计算复杂度较高，并且RSSI受环境影响较大，因此稳定性较差，且误差较大；上述第二种方式需要增加接收天线的数量，这样无疑会增加系统成本。

发明内容

本发明实施例提供一种信源定位方法及装置，用以解决现有技术中计算复杂度较高，稳定性较差，误差较大以及系统成本较高的问题。

本发明实施例技术方案如下：

一种信源定位方法，该方法包括步骤：获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值；针对每个接收天线，分别根据获得的各接收信号功率值，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值；根据确定出的各概率值，确定该信源的横向坐标。

一种信源定位装置，包括：信号功率值获得单元，用于获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值；概率值确定单元，用于针对每个接收天线，分别根据信号功率值获得单元获得的各接收信号功率值，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值；坐标确定单元，用于根据概率值确定单元确定出的各概率值，确定该信源的横向坐标。

本发明有益效果如下：

本发明实施例技术方案中，首先获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值，然后针对每个接收天线，分别根据获得的各接收信号功率值，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值，再根据确定出的各概率值，确定该信源的横向坐标。由于信源的横向坐标越接近哪个接收天线的横向坐标，那么该接收天线接收信号时的接收信号功率就越大，因此可以由接收天线的接收信号功率值确定信源的横向坐标，本发明实施例技术方案不再基于各接收天线的RSSI来确定信源的横向坐标，因此无需进行插值运算，也无需计算函数解析式的极值，从而降低了计算复杂度，也提高了系统稳定性以及定位精度，此外，由于本发明实施例技术方案无需增加接收天线的数量，因此可以有效地节省系统成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中，信源定位方法流程示意图；

图2为本发明实施例中，自由流系统中信源和接收天线之间的位置关系示意图；

图3为本发明实施例中，信源定位装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明实施例中，信源定位方法流程图，其具体处理流程如下：

步骤11，获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值；

本发明实施例提出的接收天线可以为定向天线，还可以为全向天线。

以接收天线的数量为5个为例，图2为自由流系统中信源和接收天线之间的位置关系示意图，各接收天线位于与道路垂直的一个断面上，信源与该断面的距离值为L，相邻两个接收天线之间的距离为b，接收天线1～5的横向坐标分别为X₁、X₂、X₃、X₄、X₅，若接收天线3的横向坐标为0，则X₁＝-2b、X₂＝-b、X₃＝-0、X₄＝b、X₅＝2b，各接收天线的高度值为h，通过专用设备获得车辆的横向坐标为k，车辆上的标签(即信源)的横向坐标为X₀。

本发明实施例中，获得各接收天线的接收信号功率值时，针对每个接收天线，先获得该接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值以及信号衰减值，然后根据获得的信号增益值与信号衰减值，确定该接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值。

接收天线的信号增益与信源和接收天线之间角度值有关，获得接收天线的信号增益值时，先获得该接收天线与信源之间的角度值，然后根据获得的角度值，在角度值和信号增益值之间的对应关系中，查找获得的角度值对应的信号增益值，将查找到的信号增益值，确定为该接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值。

其中，可以但不限于通过下述方式获得接收天线与信源之间的角度值：

${\mathrm{\α}}_i={\cos }^{-1}\left(\frac{\sqrt{L^2+h^2}}{l_i}\right)$

α_i为接收天线i与信源之间的角度值；l_i为接收天线i与信源之间的距离值。

由图2可知，接收天线i与信源之间的距离值l_i可以通过下述方式获得：

$l_i=\sqrt{L^2+h^2+{(X_i-k)}^2}$

获得接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值时，先获得信源发送信号时的信号频率值以及该接收天线与信源之间的距离值，然后根据获得的信号频率值和距离值，确定该接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值。

可以但不限于通过如下方式确定该接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值：

D_i＝32.5+20*log(f)+20*log(l_i)

其中，D_i为接收天线i接收信源发送的信号时的信号衰减值；f为信源发送信号时的信号频率值；l_i为接收天线i与信源之间的距离值。

在获得接收天线的信号增益值以及信号衰减值之后，可以通过如下方式确定该接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值：

P_i＝P₀(G_i-D_i)

其中，P_i为接收天线i接收信源发送的信号时的接收信号功率值；P₀为信源发送信号时的发送信号功率值；G_i为接收天线i接收信源发送的信号时的信号增益值；D_i为接收天线i接收信源发送的信号时的信号衰减值。

步骤12，针对每个接收天线，分别根据获得的各接收信号功率值，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值；

确定信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值时，先将获得的该接收天线的接收信号功率值进行归一化处理，然后将归一化处理后得到的值，确定为所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值。

其中，通过如下方式将确定出的该接收天线的接收信号功率值进行归一化处理：

$P_i^{\′}=\frac{P_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i}$

其中，P′_i为将接收天线i的接收信号功率值进行归一化处理后得到的值；P_i为接收天线i接收信源发送的信号时的接收信号功率值；n为接收天线的数量。

将接收信号功率值进行归一化处理可以达到两个效果，第一个效果是通过归一化处理可以去除P₀的影响；第二个效果是进行归一化处理后，可以得到信源的横向坐标为各接收天线的横向坐标时的概率值，将各接收天线的接收信号功率值看作一个样本整体，接收信号功率值可以表示信源出现在相应位置上的概况，在这样的条件下，信源的横向坐标为各接收天线的横向坐标的概率值的和为1，接收天线的接收信号功率值越大，就表示信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标的可能性越大。

步骤13，根据确定出的各概率值，确定该信源的横向坐标。

根据接收天线的方向图和波在自由空间的衰减特性可知，信源越接近哪个接收天线，那么这个天线接收到的信号就越强，反之越弱，当信源的纵向坐标一定时，若确定出信源的横向坐标为各接收天线的横向坐标时的概率值，则由概率知识可知，对信源的横向坐标的最佳估计是信源横向坐标的期望值，因此可以由信源横向坐标的期望值来估计信源的横向坐标。

本发明实施例中，可以但不限于通过如下方式确定信源的横向坐标：

$X_0=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i{P}_i^{\′}$

其中，X₀为信源的横向坐标；X_i为接收天线i的横向坐标；P′_i为信源的横向坐标为接收天线i的横向坐标时的概率值；n为接收天线的数量。

经过大量实验证明，本发明实施例对信源的横向坐标进行定位时的定位精度可以达到50cm以内，定位精度非常高。

本发明实施例提出的信源定位方法不仅适用于自由流系统中对信源的横向坐标进行定位，也适用于其他需要对信源的横向坐标进行定位的系统。

由上述处理过程可知，本发明实施例技术方案中，首先获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值，然后针对每个接收天线，分别根据获得的各接收信号功率值，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值，再根据确定出的各概率值，确定该信源的横向坐标。由于信源的横向坐标越接近哪个接收天线的横向坐标，那么该接收天线接收信号时的接收信号功率就越大，因此可以由接收天线的接收信号功率值确定信源的横向坐标，本发明实施例技术方案不再基于各接收天线的RSSI来确定信源的横向坐标，因此无需进行插值运算，也无需计算函数解析式的极值，从而降低了计算复杂度，也提高了系统稳定性以及定位精度，此外，由于本发明实施例技术方案无需增加接收天线的数量，因此可以有效地节省系统成本。

下面给出更为详细的实施方式。

设接收天线的数量为5个，分别为R1、R2、R3、R4、R5，各接收天线的高度值h＝6米(m)，相邻两个接收天线之间的距离b＝0.95m，车辆的横向坐标k＝0.1、0.4、-0.1或-0.4，L＝7m或9m。

信源与各个接收天线之间的距离值如表1所示：

表1：

接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值如表2所示：

表2：

接收天线与信源之间角度值如表3所示：

表3：

接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值如表4所示：

表4：

接收天线的信号增益值与信号衰减值之差如表5所示：

表5：

信源的横向坐标为接收天线的横向坐标时的概率值如表6所示：

表6：

确定出的信源的横向坐标以及误差如表7所示：

表7：

由上可见，采用本发明实施例提出的信源定位方法定位信源的横向坐标时，误差小于15cm，精度非常高。

相应的，本发明实施例还提供一种信源定位装置，其结构如图3所示，包括：

信号功率值获得单元31，用于获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值；

概率值确定单元32，用于针对每个接收天线，分别根据信号功率值获得单元31获得的各接收信号功率值，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值；

坐标确定单元33，用于根据概率值确定单元32确定出的各概率值，确定该信源的横向坐标。

较佳地，信号功率值获得单元31具体包括：

增益值获得子单元，用于针对每个接收天线，分别获得该接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值；

衰减值获得子单元，用于针对每个接收天线，分别获得该接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值；

信号功率值获得子单元，用于针对每个接收天线，分别根据增益值获得子单元获得的信号增益值以及衰减值获得子单元获得的信号衰减值，确定该接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值。

更佳地，增益值获得子单元具体包括：

角度值获得模块，用于针对每个接收天线，分别获得该接收天线与信源之间的角度值；

增益值查找模块，用于针对每个接收天线，分别根据角度值获得模块获得的角度值，在角度值和信号增益值之间的对应关系中，查找获得的角度值对应的信号增益值；

增益值确定模块，用于针对每个接收天线，分别将增益值查找模块查找到的信号增益值，确定为该接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值。

更佳地，衰减值获得子单元具体包括：

频率值获得模块，用于针对每个接收天线，分别获得信源发送信号时的信号频率值；

距离值获得模块，用于针对每个接收天线，分别获得该接收天线与信源之间的距离值；

衰减值确定模块，用于针对每个接收天线，分别根据频率值获得模块获得的信号频率值和距离值获得模块获得的距离值，确定该接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值。

较佳地，概率值确定单元32具体包括：

归一化处理子单元，用于针对每个接收天线，分别将信号功率值获得单元31获得的该接收天线的接收信号功率值进行归一化处理；

概率值确定子单元，用于针对每个接收天线，分别将归一化处理子单元进行归一化处理后得到的值，确定为所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种信源定位方法，其特征在于，包括：

获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值；

针对每个接收天线，分别根据获得的各接收信号功率值，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值；

根据确定出的各概率值，确定该信源的横向坐标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值，具体包括：

针对每个接收天线，分别执行：

获得该接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值以及信号衰减值；

根据获得的信号增益值与信号衰减值，确定该接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，获得该接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值，具体包括：

获得该接收天线与信源之间的角度值；

根据获得的角度值，在角度值和信号增益值之间的对应关系中，查找获得的角度值对应的信号增益值；

将查找到的信号增益值，确定为该接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，获得该接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值，具体包括：

获得信源发送信号时的信号频率值以及该接收天线与信源之间的距离值；

根据获得的信号频率值和距离值，确定该接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过如下方式确定该接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值：

D_i＝32.5+20*log(f)+20*log(l_i)

其中，D_i为接收天线i接收信源发送的信号时的信号衰减值；

f为信源发送信号时的信号频率值；

l_i为接收天线i与信源之间的距离值。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过如下方式确定该接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值：

P_i＝P₀(G_i-D_i)

其中，P_i为接收天线i接收信源发送的信号时的接收信号功率值；

P₀为信源发送信号时的发送信号功率值；

G_i为接收天线i接收信源发送的信号时的信号增益值；

D_i为接收天线i接收信源发送的信号时的信号衰减值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值，具体包括：

将获得的该接收天线的接收信号功率值进行归一化处理；

将归一化处理后得到的值，确定为所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过如下方式将确定出的该接收天线的接收信号功率值进行归一化处理：

$P_i^{\′}=\frac{P_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_i}$

其中，P′_i为将接收天线i的接收信号功率值进行归一化处理后得到的值；

P_i为接收天线i接收信源发送的信号时的接收信号功率值；

n为接收天线的数量。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下方式确定该信源的横向坐标：

$X_0=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_i{P}_i^{\′}$

其中，X₀为信源的横向坐标；

X_i为接收天线i的横向坐标；

P′_i为信源的横向坐标为接收天线i的横向坐标时的概率值；

n为接收天线的数量。

10.一种信源定位装置，其特征在于，包括：

信号功率值获得单元，用于获得各接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值；

概率值确定单元，用于针对每个接收天线，分别根据信号功率值获得单元获得的各接收信号功率值，确定所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值；

坐标确定单元，用于根据概率值确定单元确定出的各概率值，确定该信源的横向坐标。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，信号功率值获得单元具体包括：

增益值获得子单元，用于针对每个接收天线，分别获得该接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值；

衰减值获得子单元，用于针对每个接收天线，分别获得该接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值；

信号功率值获得子单元，用于针对每个接收天线，分别根据增益值获得子单元获得的信号增益值以及衰减值获得子单元获得的信号衰减值，确定该接收天线接收信源发送的信号时的接收信号功率值。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，增益值获得子单元具体包括：

角度值获得模块，用于针对每个接收天线，分别获得该接收天线与信源之间的角度值；

增益值查找模块，用于针对每个接收天线，分别根据角度值获得模块获得的角度值，在角度值和信号增益值之间的对应关系中，查找获得的角度值对应的信号增益值；

增益值确定模块，用于针对每个接收天线，分别将增益值查找模块查找到的信号增益值，确定为该接收天线接收信源发送的信号时的信号增益值。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，衰减值获得子单元具体包括：

频率值获得模块，用于针对每个接收天线，分别获得信源发送信号时的信号频率值；

距离值获得模块，用于针对每个接收天线，分别获得该接收天线与信源之间的距离值；

衰减值确定模块，用于针对每个接收天线，分别根据频率值获得模块获得的信号频率值和距离值获得模块获得的距离值，确定该接收天线接收信源发送的信号时的信号衰减值。

14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，概率值确定单元具体包括：

归一化处理子单元，用于针对每个接收天线，分别将信号功率值获得单元获得的该接收天线的接收信号功率值进行归一化处理；

概率值确定子单元，用于针对每个接收天线，分别将归一化处理子单元进行归一化处理后得到的值，确定为所述信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值。