CN104569910B - 一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法，包括：建立信号能量强度与距离的关系；获取测量点的位置信息及测量信息；计算待测目标相对测量点的综合信号强度及方向；融合分析测量点获得的待测目标综合信号强度及方向，计算得出待测目标所在位置及活动范围。本发明无线定位所需测量点数量较少，可以通过对少量测量点目标信号角度与能量强度进行融合分析，定位目标所在位置及活动半径。另外，由于预先加载信号能量强度与距离的关系，且融合分析方法相对简单，因此可以快速定位目标。定位精确度和灵活性较高。

Description

一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法

技术领域

本发明公开了一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法，涉及无线定位技术领域。

背景技术

无线定位技术在应用中通常是通过多个测量点（一般是三个以上）对目标的信号能量进行测量，并通过极大似然法、最小二乘法、卡尔曼滤波等各种算法来计算目标的位置。但是在陌生环境下对目标进行追踪时，根本无法预设很多测量点，常见的无线定位方法并不适用。而且常见定位方法较为复杂，计算时间较长，不利于快速定位目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法，在测量点较少（三个以下）的情况下，对信号能量进行融合分析，通过相对简单的运算，快速定位目标的位置及活动半径。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法，具体步骤包括：

步骤一、建立信号能量强度与距离的关系；

步骤二、获取测量点的位置信息及测量信息；

步骤三、计算待测目标相对测量点的综合信号强度及方向；

步骤四、融合分析测量点获得的待测目标综合信号强度及方向，计算得出待测目标所在位置及活动范围。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤四中，信号融合分析具体包括以下三种：

401、单测量点定位：测量点位置确定后，根据步骤四所得待测目标综合信号方向延长预测信号线，再根据步骤一中信号能量强度与距离的关系得出第一预测点位置，待测目标的活动范围以预测点为圆心，以测量点到预测点距离的1/3为活动半径；

402、双测量点定位：确定两个测量点的位置，延长测量点的两条预测信号线，形成两条以测量点为原点的射线，根据步骤一中信号能量强度与距离的关系分别得出两个第一预测点位置，再进一步判断所述射线是否有交点，

1）存在交点，则以交点为待测目标的新预测点，待测目标的活动范围以交点为圆心，以交点到两个第一预测点的距离的平均值为活动半径；

2）不存在交点，则取两个第一预测点连线的中心为新预测点，待测目标的活动范围以新预测点为圆心，以两个第一预测点连线长度的一半为活动半径；

403、三测量点定位：确定三个测量点位置，延长三条预测信号线相交，判断是否有三个交点，

1）存在三个交点，则将三个交点构成一个三角形，将三角形的重心作为待测目标的新预测点，待测目标的活动范围以新预测点为圆心，以三角形等面积圆的半径作为活动半径；

2）交点少于三个，则根据步骤一中信号能量强度与距离的关系分别得出三个第一预测点位置，再两两比较三个第一预测点之间的距离，选取最长距离的中心作为待测目标的新预测点，待测目标的活动范围以新预测点为圆心，以最长距离的一半为活动半径。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤一中，信号能量强度与距离的关系通过距离强度实地测试获得， 方法具体为：记录测量点和待测目标之间距离为100m整数倍时的无线信号强度，得出随着距离变化无线信号能量强度的变化趋势线，该趋势线即为信号能量强度与距离的关系。

作为本发明的进一步优选方案，步骤二中，所述位置信息包括测量点所在经度、纬度，所述测量信息包括东、南、西、北四个方向所测目标无线信号能量强度。

作为本发明的进一步优选方案，步骤三中，所述综合信号强度取东、南、西、北四个方向信号强度的平均值，综合信号方向使用平行四边形法进行矢量合成得到。

作为本发明的进一步优选方案，步骤402中，不存在交点的情况包括预测信号线平行或者预测信号线不平行但射线无交点。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：无线定位所需测量点数量较少，可以通过对少量测量点目标信号角度与能量强度进行融合分析，定位目标所在位置及活动半径。另外，由于预先加载信号能量强度与距离的关系，且融合分析方法相对简单，因此可以快速定位目标。定位精确度和灵活性较高。

附图说明

图1是本发明中矢量合成示意图。

图2是本发明中单测量点融合定位示意图。

图3是本发明中双测量点融合定位（有交点）示意图。

图4是本发明中双测量点融合定位（无交点）示意图。

图5是本发明中三测量点融合定位（有三交点）示意图。

图6是本发明中三测量点融合定位（少于三交点）示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。本发明所公开的一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法包括以下步骤：

步骤1、建立信号能量强度与距离的关系。通过实地测试获得一组测量点与待测目标之间距离、信号强度的相关数据。将这些数据记录入库并进行曲线拟合，可得出随着距离变长无线信号能量强度的衰减趋势线，该趋势线即为信号能量强度与距离的关系。

步骤2、获取测量点的位置信息及测量信息，位置信息包括测量点所在经度、纬度，测量信息包括东、南、西、北四个方向所测目标无线信号能量强度。

步骤3、计算待测目标相对测量点的综合信号强度及方向。综合信号强度取四个方向信号强度的平均值，综合信号方向使用平行四边形法进行矢量合成得到：如图1所示，四个方向信号OE、OS、OW、ON首先合成为OX、OY，然后再合成为OZ，OZ即为综合信号方向。

步骤4、融合分析少量测量点获得的待测目标综合信号强度及方向，计算得出待测目标所在位置及活动范围。根据测量点的数量（少于3个）进行区分，信号融合分析具体步骤如下：

（1）单测量点定位，如图2所示。已知测量点位置，根据所得综合信号方向延长预测信号线，然后根据步骤1中信号能量强度与距离关系得出待测目标的第一预测点，待测目标的活动范围以第一预测点为圆心，以测量点到第一预测点距离的1/3为活动半径。

（2）双测量点定位。具体定位方法为已知两个测量点，延长两条预测信号线，形成两条以测量点为原点的射线，判断两射线是否有交点。

a）如果有交点，如图3所示，则两条预测信号线相交得到新的目标预测点（交点），目标的活动范围以交点为圆心，以交点到预测点1、预测点2的距离的平均值为活动半径；

b）如果无交点（包括预测信号线平行、信号线不平行但射线无交点两种情况），如图4所示，则取预测点1和预测点2连线的中心为新目标预测点，目标的活动范围以新目标预测点为圆心，以预测点1和预测点2连线长度的一半为活动半径。

（3）三测量点定位。具体定位方法为已知三个测量点，延长三条预测信号线，判断是否有三个交点。

a）如果有三个交点，如图5所示，则交点1、交点2、交点3构成一个三角形，将三角形的重心（三顶点坐标平均值）作为新的目标预测点，目标的活动范围以新目标预测点为圆心，以交点1、交点2、交点3所构成三角形的等面积圆的半径作为活动半径；

b）如果少于三个交点，如图6所示，则两两比较预测点1、预测点2、预测点3之间连线的距离，选取最长距离的中心作为新的目标预测点（图6中预测点1和预测点3形成的连线距离最长），目标的活动范围以新目标预测点为圆心，以最长距离的一半为活动半径。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤一、建立信号能量强度与距离的关系；

步骤二、获取测量点的位置信息及测量信息；

步骤三、计算待测目标相对测量点的综合信号强度及方向；

步骤四、融合分析测量点获得的待测目标综合信号强度及方向，计算得出待测目标所在位置及活动范围；

所述步骤四中，信号融合分析具体包括以下三种：

401、单测量点定位：测量点位置确定后，根据步骤四所得待测目标综合信号方向延长预测信号线，再根据步骤一中信号能量强度与距离的关系得出第一预测点位置，待测目标的活动范围以预测点为圆心，以测量点到预测点距离的1/3为活动半径；

402、双测量点定位：确定两个测量点的位置，延长测量点的两条预测信号线，形成两条以测量点为原点的射线，根据步骤一中信号能量强度与距离的关系分别得出两个第一预测点位置，再进一步判断所述射线是否有交点，

1）存在交点，则以交点为待测目标的新预测点，待测目标的活动范围以交点为圆心，以交点到两个第一预测点的距离的平均值为活动半径；

2）不存在交点，则取两个第一预测点连线的中心为新预测点，待测目标的活动范围以新预测点为圆心，以两个第一预测点连线长度的一半为活动半径；

403、三测量点定位：确定三个测量点位置，延长三条预测信号线相交，判断是否有三个交点，

1）存在三个交点，则将三个交点构成一个三角形，将三角形的重心作为待测目标的新预测点，待测目标的活动范围以新预测点为圆心，以三角形等面积圆的半径作为活动半径；

2）交点少于三个，则根据步骤一中信号能量强度与距离的关系分别得出三个第一预测点位置，再两两比较三个第一预测点之间的距离，选取最长距离的中心作为待测目标的新预测点，待测目标的活动范围以新预测点为圆心，以最长距离的一半为活动半径。

2.如权利要求1所述的一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法，其特征在于，所述步骤一中，信号能量强度与距离的关系通过距离强度实地测试获得， 方法具体为：记录测量点和待测目标之间距离为100m整数倍时的无线信号强度，得出随着距离变化无线信号能量强度的变化趋势线，该趋势线即为信号能量强度与距离的关系。

3.如权利要求1所述的一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法，其特征在于：步骤二中，所述位置信息包括测量点所在经度、纬度，所述测量信息包括东、南、西、北四个方向所测目标无线信号能量强度。

4.如权利要求1所述的一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法，其特征在于：步骤三中，所述综合信号强度取东、南、西、北四个方向信号强度的平均值，综合信号方向使用平行四边形法进行矢量合成得到。

5.如权利要求1所述的一种基于少量测量点信号融合分析的快速无线定位方法，其特征在于：步骤402中，不存在交点的情况包括预测信号线平行或者预测信号线不平行但射线无交点。