CN104020443B - 基于无线噪声的无线定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于无线噪声的无线定位方法，包括步骤：步骤1：对需要定位场所进行连续数据采集，每次采集n个以上场所内不同位置坐标处的数据作为一组，并记录每次数据对应的场所内位置坐标；步骤2：对采集的每组数据进行多种噪声特征提取；步骤3：根据提取噪声特征区分度进行排序；步骤4：根据排序结果分配加权值；步骤5：根据步骤3和步骤4建立数据索引数据库；步骤6：被定位设备采集噪声数据后，上传噪声数据，服务器通过步骤5建立的数据索引数据库给出被测设备位置信息。本发明还提供了相应的系统。本发明将场强、时间差信号和噪声信号都作为定位测量对象进行测量，极大提高了定位准确性和稳定性，解决了噪声过高无法定位的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线导航、无线定位领域，具体地，涉及基于无线噪声的无线定位方法及系统。
背景技术
目前无线定位多用场强或到达时间差无线信号作为测量内容进行定位，为了提高定位精度，一般是通过减小噪声干扰实现的。
例如，专利文献(申请号为200910184379.5，名称为无线传感器网络中运动目标定位的干扰噪声去噪方法)公开了一种无线传感器网络中运动目标定位的干扰噪声去噪方法涉，其根据无线传感器网络对运动目标定位精度的要求而选择对UPF算法中的一部分粒子应用UKF滤波算法以获得更好的重要性函数。对于精度要求高的场合应用UKF滤波算法的粒子数较多，而对于精度要求相对较底的场合应用UKF滤波算法的粒子数较少，为无线传感器网络在受到噪声干扰的环境下能够准确而快速的定位出运动目标的实际位置所采用的滤波器的设计提供前提基础。
现有技术存在稳定性差、易受噪声干扰等缺点，在信噪比达到一定值时甚至不能进行定位。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于无线噪声的无线定位方法及系统。本发明提供的基于无线噪声的无线定位方法，包括步骤：步骤1：对需要定位场所进行连续数据采集，每次采集n个以上场所内不同位置坐标处的数据作为一组，并记录每次数据对应的场所内位置坐标；步骤2：对采集的每组数据进行多种噪声特征提取；步骤3：根据提取噪声特征区分度进行排序；步骤4：根据排序结果分配加权值；步骤5：根据步骤3和步骤4建立数据索引数据库；步骤6：被定位设备采集噪声数据后，上传噪声数据，服务器通过步骤5建立的数据索引数据库给出被测设备位置信息。
根据本发明提供的一种基于无线噪声的无线定位方法，包括如下步骤：
步骤1：对需要定位的场所进行无线信号数据采集，将在场所内N个不同位置坐标处所采集的无线信号数据作为数据集合A，并记录每处无线信号数据与场所内位置坐标的对应关系，N≥2；
步骤2：对数据集合A中每一处位置坐标对应的无线信号数据进行多种噪声特征提取；
步骤3：根据所述多种噪声特征各自区分度的高低，对所述多种噪声特征进行排序，得到序列B；
步骤4：根据步骤3中得到的序列B，计算所述多种噪声特征对应的数值的加权值；
步骤5：建立数据索引数据库用于存储位置坐标、各种噪声特征的权重值、所述加权值之间的对应关系；
步骤6：将被定位设备所采集的无线信号数据提取出多种噪声特征，然后根据数据索引数据库中的各种噪声特征的权重值计算出被定位设备所采集无线信号数据中各种噪声特征对应的数值的加权值D，进一步地，将数据索引数据库中与加权值D相等或最接近的加权值所对应的位置坐标定义为被定位设备的位置。
优选地，在步骤1中，所述无线信号数据以连续的方式进行采集。
优选地，所述步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：对N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行p阶统计量计算，p＝1，2…n，n≥3，得到n种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值；
步骤2.2：对进行积分变换后的N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行q阶统计量计算，q＝1，2…m，m≥3，得到m种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值。
优选地，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：针对每种统计量，对该种统计量中的N个统计量数值按照大小进行排序，得到与该种统计量对应的统计量数值序列；
步骤3.2：对每种统计量数值序列，计算其中相邻统计量数值之间的差值的模，得到N-1个差值的模，然后计算出所述N-1个差值的模的均值；
其中，在m+n种统计量中，定义：所对应的均值越大，则该种统计量的区分度越高。
优选地，所述步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：计算出各个所述位置坐标对应的m+n种统计量的统计量数值的加权值。
优选地，根据如下任一种方式确定所述多种统计量的统计量数值的权值：
方式A：通过执行步骤a和步骤b确定所述多种统计量的统计量数值的权值；
-步骤a：按照区分度的高低，将所述多种统计量的统计量数值依次排序；
-步骤b：根据所述多种统计量的统计量数值之间的比例设定权重值。
方式B：将预设的权值作为所述多种统计量的统计量数值的权值。
根据本发明提供的一种基于无线噪声的无线定位系统，包括如下装置：
采集记录装置：用于对需要定位的场所进行无线信号数据采集，将在场所内N个不同位置坐标处所采集的无线信号数据作为数据集合A，并记录每处无线信号数据与场所内位置坐标的对应关系，N≥2；
噪声特征提取装置：用于对数据集合A中每一处位置坐标对应的无线信号数据进行多种噪声特征提取；
排序装置：用于根据所述多种噪声特征各自区分度的高低，对所述多种噪声特征进行排序，得到序列B；
第一计算装置：用于根据排序装置得到的序列B，计算所述多种噪声特征对应的数值的加权值；
数据库建立装置：用于建立数据索引数据库用于存储位置坐标、各种噪声特征的权重值、所述加权值之间的对应关系；
定位装置：用于将被定位设备所采集的无线信号数据提取出多种噪声特征，然后根据数据索引数据库中的各种噪声特征的权重值计算出被定位设备所采集无线信号数据中各种噪声特征对应的数值的加权值D，进一步地，将数据索引数据库中与加权值D相等或最接近的加权值所对应的位置坐标定义为被定位设备的位置。
优选地，在采集记录装置中，所述无线信号数据以连续的方式进行采集。
优选地，所述噪声特征提取装置包括如下装置：
时域统计装置：用于对N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行p阶统计量计算，p＝1，2…n，n≥3，得到n种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值；
积分域统计装置：用于对进行积分变换后的N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行q阶统计量计算，q＝1，2…m，m≥3，得到m种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值。
优选地，所述排序装置包括如下装置：
统计量数值排序装置：用于针对每种统计量，对该种统计量中的N个统计量数值按照大小进行排序，得到与该种统计量对应的统计量数值序列；
统计量数值计算装置：用于对每种统计量数值序列，计算其中相邻统计量数值之间的差值的模，得到N-1个差值的模，然后计算出所述N-1个差值的模的均值；
其中，在m+n种统计量中，定义：所对应的均值越大，则该种统计量的区分度越高。
优选地，所述第一计算装置包括如下装置：
第二计算装置：用于计算出各个所述位置坐标对应的m+n种统计量的统计量数值的加权值。
优选地，根据如下任一种方式确定所述多种统计量的统计量数值的权值：
方式A：通过执行步骤a和步骤b确定所述多种统计量的统计量数值的权值；
-步骤a：按照区分度的高低，将所述多种统计量的统计量数值依次排序；
-步骤b：根据所述多种统计量的统计量数值之间的比例设定权重值。
方式B：将预设的权值作为所述多种统计量的统计量数值的权值。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明将场强、时间差信号和噪声信号都作为定位测量对象进行测量，极大提高了定位准确性和稳定性，解决了噪声过高无法定位的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为基于无线噪声的无线定位方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
所述基于无线噪声的无线定位方法，包括如下步骤：
步骤1：对需要定位的场所进行无线信号数据采集，将在场所内N个不同位置坐标处所采集的无线信号数据作为数据集合A，并记录每处无线信号数据与场所内位置坐标的对应关系，N≥2；
步骤2：对数据集合A中每一处位置坐标对应的无线信号数据进行多种噪声特征提取；
步骤3：根据所述多种噪声特征各自区分度的高低，对所述多种噪声特征进行排序，
得到序列B；
步骤4：根据步骤3中得到的序列B，计算所述多种噪声特征对应的数值的加权值；
步骤5：建立数据索引数据库用于存储位置坐标、各种噪声特征的权重值、所述加权值之间的对应关系；
步骤6：将被定位设备所采集的无线信号数据提取出多种噪声特征，然后根据数据索引数据库中的各种噪声特征的权重值计算出被定位设备所采集无线信号数据中各种噪声特征对应的数值的加权值D，进一步地，将数据索引数据库中与加权值D相等或最接近的加权值所对应的位置坐标定义为被定位设备的位置。
优选地，所述基于无线噪声的无线定位方法，包括如下步骤：
步骤1：对需要定位的场所进行无线信号数据连续采集，将在场所内10不同位置坐标处所采集的无线信号数据作为数据集合A，并记录每处无线信号数据与场所内位置坐标的对应关系；
步骤2.1：对10个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行3阶统计量计算，得到1阶统计量、2阶统计量、3阶统计量这3种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括10个统计量数值；
步骤2.2：对进行频域变换后的这10个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行3阶统计量计算，得到频域变换后的1阶统计量、2阶统计量和3阶统计量这3种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括10个统计量数值。在变化例中，还可以使用S变化、小波变化等方式替换频域变换。
步骤3.1：针对每种统计量，对该种统计量中的10个统计量数值按照大小进行排序，得到与该种统计量对应的统计量数值序列；
步骤3.2：对每种统计量数值序列，计算其中相邻统计量数值之间的差值的模，得到9个差值的模，然后计算出所述9个差值的模的均值；
其中，在这6种统计量中，定义：所对应的均值越大，则该种统计量的区分度越高。
步骤4.1：计算出各个所述位置坐标对应的6种统计量的统计量数值的加权值，例如加权和；其中，根据如下步骤确定m+n种统计量的统计量数值的权值：
步骤a：按照区分度的高低，将m+n种统计量的统计量数值依次排序；
步骤b：根据m+n种统计量的统计量数值之间的比例设定权重值。
而在一个变换例中，还可以将预设的权值作为所述多种统计量的统计量数值的权值。
进一步地，所述步骤1由接收器或者被定位设备执行，然后将无线信号数据发送给服务器，由服务器执行步骤2、3、4、5、6；还可以，所述步骤1、2、3、4、5、6均由被定位设备执行完成。
本发明在室内实施能够显著提高定位精度，进一步地，本发明同样适用于室外环境，例如公园、广场、建筑群旅游景点等面积一定的区域。
另一方面，本发明还提供了与上述方法相对应的系统，所述基于无线噪声的无线定位系统，包括如下装置：
采集记录装置：用于对需要定位的场所进行无线信号数据采集，将在场所内N个不同位置坐标处所采集的无线信号数据作为数据集合A，并记录每处无线信号数据与场所内位置坐标的对应关系，N≥2；
噪声特征提取装置：用于对数据集合A中每一处位置坐标对应的无线信号数据进行多种噪声特征提取；
排序装置：用于根据所述多种噪声特征各自区分度的高低，对所述多种噪声特征进行排序，得到序列B；
第一计算装置：用于根据排序装置得到的序列B，计算所述多种噪声特征对应的数值的加权值；
数据库建立装置：用于建立数据索引数据库用于存储位置坐标、各种噪声特征的权重值、所述加权值之间的对应关系；
定位装置：用于将被定位设备所采集的无线信号数据提取出多种噪声特征，然后根据数据索引数据库中的各种噪声特征的权重值计算出被定位设备所采集无线信号数据中各种噪声特征对应的数值的加权值D，进一步地，将数据索引数据库中与加权值D相等或最接近的加权值所对应的位置坐标定义为被定位设备的位置。
优选地，在采集记录装置中，所述无线信号数据以连续的方式进行采集。
优选地，所述噪声特征提取装置包括如下装置：
时域统计装置：用于对N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行p阶统计量计算，p＝1，2…n，n≥3，得到n种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值；
积分域统计装置：用于对进行积分变换后的N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行q阶统计量计算，q＝1，2…m，m≥3，得到m种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值。
优选地，所述排序装置包括如下装置：
统计量数值排序装置：用于针对每种统计量，对该种统计量中的N个统计量数值按照大小进行排序，得到与该种统计量对应的统计量数值序列；
统计量数值计算装置：用于对每种统计量数值序列，计算其中相邻统计量数值之间的差值的模，得到N-1个差值的模，然后计算出所述N-1个差值的模的均值；
其中，在m+n种统计量中，定义：所对应的均值越大，则该种统计量的区分度越高。
优选地，所述第一计算装置包括如下装置：
第二计算装置：用于计算出各个所述位置坐标对应的m+n种统计量的统计量数值的加权值。
优选地，根据如下任一种方式确定所述多种统计量的统计量数值的权值：
方式A：通过执行步骤a和步骤b确定所述多种统计量的统计量数值的权值；
-步骤a：按照区分度的高低，将所述多种统计量的统计量数值依次排序；
-步骤b：根据所述多种统计量的统计量数值之间的比例设定权重值。
方式B：将预设的权值作为所述多种统计量的统计量数值的权值。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种基于无线噪声的无线定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：对需要定位的场所进行无线信号数据采集，将在场所内N个不同位置坐标处所采集的无线信号数据作为数据集合A，并记录每处无线信号数据与场所内位置坐标的对应关系，N≥2；
步骤2：对数据集合A中每一处位置坐标对应的无线信号数据进行多种噪声特征提取；
步骤3：根据所述多种噪声特征各自区分度的高低，对所述多种噪声特征进行排序，得到序列B；
步骤4：根据步骤3中得到的序列B，计算所述多种噪声特征对应的数值的加权值；
步骤5：建立数据索引数据库用于存储位置坐标、各种噪声特征的权重值、所述加权值之间的对应关系；
步骤6：将被定位设备所采集的无线信号数据提取出多种噪声特征，然后根据数据索引数据库中的各种噪声特征的权重值计算出被定位设备所采集无线信号数据中各种噪声特征对应的数值的加权值D，进一步地，将数据索引数据库中与加权值D相等或最接近的加权值所对应的位置坐标定义为被定位设备的位置；
所述步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：对N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行p阶统计量计算，p＝1，2…n，n≥3，得到n种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值；
步骤2.2：对进行积分变换后的N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行q阶统计量计算，q＝1，2…m，m≥3，得到m种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值。
2.根据权利要求1所述的基于无线噪声的无线定位方法，其特征在于，在步骤1中，所述无线信号数据以连续的方式进行采集。
3.根据权利要求1所述的基于无线噪声的无线定位方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：针对每种统计量，对该种统计量中的N个统计量数值按照大小进行排序，得到与该种统计量对应的统计量数值序列；
步骤3.2：对每种统计量数值序列，计算其中相邻统计量数值之间的差值的模，得到N-1个差值的模，然后计算出所述N-1个差值的模的均值；
其中，在m+n种统计量中，定义：所对应的均值越大，则该种统计量的区分度越高。
4.根据权利要求3所述的基于无线噪声的无线定位方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：计算出各个所述位置坐标对应的m+n种统计量的统计量数值的加权值。
5.根据权利要求1所述的基于无线噪声的无线定位方法，其特征在于，根据如下任一种方式确定多种统计量的统计量数值的权值：
方式A：通过执行步骤a和步骤b确定所述多种统计量的统计量数值的权值；
-步骤a：按照区分度的高低，将所述多种统计量的统计量数值依次排序；
-步骤b：根据所述多种统计量的统计量数值之间的比例设定权重值；
方式B：将预设的权值作为所述多种统计量的统计量数值的权值。
6.一种基于无线噪声的无线定位系统，其特征在于，包括如下装置：
采集记录装置：用于对需要定位的场所进行无线信号数据采集，将在场所内N个不同位置坐标处所采集的无线信号数据作为数据集合A，并记录每处无线信号数据与场所内位置坐标的对应关系，N≥2；
噪声特征提取装置：用于对数据集合A中每一处位置坐标对应的无线信号数据进行多种噪声特征提取；
排序装置：用于根据所述多种噪声特征各自区分度的高低，对所述多种噪声特征进行排序，得到序列B；
第一计算装置：用于根据排序装置得到的序列B，计算所述多种噪声特征对应的数值的加权值；
数据库建立装置：用于建立数据索引数据库用于存储位置坐标、各种噪声特征的权重值、所述加权值之间的对应关系；
定位装置：用于将被定位设备所采集的无线信号数据提取出多种噪声特征，然后根据数据索引数据库中的各种噪声特征的权重值计算出被定位设备所采集无线信号数据中各种噪声特征对应的数值的加权值D，进一步地，将数据索引数据库中与加权值D相等或最接近的加权值所对应的位置坐标定义为被定位设备的位置；
所述噪声特征提取装置包括如下装置：
时域统计装置：用于对N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行p阶统计量计算，p＝1，2…n，n≥3，得到n种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值；
积分域统计装置：用于对进行积分变换后的N个位置坐标中的每处无线信号数据分别进行q阶统计量计算，q＝1，2…m，m≥3，得到m种统计量作为噪声特征，其中，每种统计量包括N个统计量数值。
7.根据权利要求6所述的基于无线噪声的无线定位系统，其特征在于，在采集记录装置中，所述无线信号数据以连续的方式进行采集。
8.根据权利要求6所述的基于无线噪声的无线定位系统，其特征在于，所述排序装置包括如下装置：
统计量数值排序装置：用于针对每种统计量，对该种统计量中的N个统计量数值按照大小进行排序，得到与该种统计量对应的统计量数值序列；
统计量数值计算装置：用于对每种统计量数值序列，计算其中相邻统计量数值之间的差值的模，得到N-1个差值的模，然后计算出所述N-1个差值的模的均值；
其中，在m+n种统计量中，定义：所对应的均值越大，则该种统计量的区分度越高。
9.根据权利要求8所述的基于无线噪声的无线定位系统，其特征在于，所述第一计算装置包括如下装置：
第二计算装置：用于计算出各个所述位置坐标对应的m+n种统计量的统计量数值的加权值。
10.根据权利要求6所述的基于无线噪声的无线定位系统，其特征在于，根据如下任一种方式确定多种统计量的统计量数值的权值：
方式A：通过执行步骤a和步骤b确定所述多种统计量的统计量数值的权值；
-步骤a：按照区分度的高低，将所述多种统计量的统计量数值依次排序；
-步骤b：根据所述多种统计量的统计量数值之间的比例设定权重值；
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