CN105979585A - 一种小型移动主用户的定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法，包括：得到目标次用户的坐标值，并利用加权质心算法得到主用户的初步位置信息；将初步位置信息输入粒子滤波算法模型中得到主用户的当前位置信息；判断是否启动调整机制；如果是，则返回；如果否，输出当前位置信息以作为主用户本轮的定位结果。由于粒子滤波算法对于移动物体的定位具有很强的适应性及鲁棒性，因此，提高了计算结果的准确性。与现有技术相比，本方法不依赖于主用户的信号发射能量的大小，也不依赖主用户是否有信号，因此，能够克服主用户的固有属性带来的定位困难的问题。此外，本发明还公开一种上述方法对应的装置，效果如上所述。

Description

一种小型移动主用户的定位方法及装置

技术领域

本发明涉及认知无线电技术领域，特别是涉及一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法及装置。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的无线终端设备占用的无线频谱资源，再加之现在的固态频谱分配原则，使得频谱资源无法得到充分的利用。目前而言，对于频谱资源稀缺问题最有效的解决办法就是认知无线电。认知无线电技术应对频谱资源利用率低的中心思想为：当占用频谱资源的主用户不使用频谱资源时，在对主用户不产生有害干扰的情况下，可将这些搁置的未被使用的频谱资源分配给需要频谱资源的次用户，以便解决频谱利用率低，实现动态性的频谱资源管理。

认知无线电技术中，由于移动的主用户，尤其是小型移动的主用户的发射能量、传输范围、移动性等因素限制，为移动的主用户的定位带来的困难。例如，在发射能量方面而言，小型移动的主用户的信号发射能量极小，仅仅只有10mW-50mW，使得现有的主用户定位技术难以准确感知到小型移动的主用户的信号能量；另外，在小型移动的主用户开关模式的时空特性方面上而言，小型移动的主用户的信号时空特性极强。在任意时刻可随意关闭或打开开关，致使主用户信号时有时无。而现有的主用户定位技术对主用户信号有着极强地依赖性，在信号时有时无的情况下无法进行定位。

由此可见，如何克服主用户的固有属性带来的定位困难的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法及装置，用于解决克服主用户的固 有属性带来的定位困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法，包括：

S10：获取当前时刻主用户对应的全部次用户的位置信息；

S11：根据所述位置信息确定各所述次用户能够接收到的信号强度值；

S12：选取所述信号强度值大于预设信号强度值的次用户作为参与定位的目标次用户；

S13：得到所述目标次用户的坐标值，并利用加权质心算法得到所述主用户的初步位置信息；

S14：将所述初步位置信息输入粒子滤波算法模型中得到所述主用户的当前位置信息；

S15：判断是否启动调整机制；如果是，则返回步骤S10；如果否，进入步骤S16；

S16：输出所述当前位置信息以作为所述主用户本轮的定位结果；

S17：判断是否接收到主用户停止运动的信息；如果是，则结束，如果否，进入步骤S18；

S18：触发所述粒子滤波算法模型输出下一轮所述主用户的当前位置信息；返回步骤S15。

优选地，所述S15具体包括：判断得到的定位误差是否大于预设误差；

如果是，则启动所述调整机制，如果否，则不启动所述调整机制。

优选地，所述定位误差为所述主用户的实际位置信息与所述定位结果的差值；

其中，所述实际位置信息通过多个小型移动主用户的转移方程式得到。

优选地，所述位置信息具体为横坐标值、纵坐标值和距离值。

一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位装置，包括：

获取单元，用于获取当前时刻主用户对应的全部次用户的位置信息；

与所述获取单元连接的确定单元，用于根据所述位置信息确定各所述次用户能够接收到的信号强度值；

与所述确定单元连接的选取单元，用于选取所述信号强度值大于预设信号强度值的次用户作为参与定位的目标次用户；

与所述选取单元连接的第一计算单元，用于得到所述目标次用户的坐标值，并利用加权质心算法加权质心算法得到所述主用户的初步位置信息；

与所述第一计算单元连接的第二计算单元，用于将所述初步位置信息输入粒子滤波算法模型中得到所述主用户的当前位置信息；

与所述第二计算单元连接的第一判断单元，用于判断是否启动调整机制；如果是，启动所述获取单元；

与所述第一判断单元连接的输出单元，用于输出所述当前位置信息以作为所述主用户本轮的定位结果；

与所述输出单元连接的第二判断单元，用于判断是否接收到主用户停止运动的信息；如果是，启动触发单元；

所述触发单元还与所述第一判断单元连接，用于触发所述粒子滤波算法模型输出下一轮所述主用户的当前位置信息，并触发所述第一判断单元。

优选地，所述第一判断单元具体用于判断得到的定位误差是否大于预设误差；

如果是，启动所述获取单元，如果否，启动所述输出单元。

优选地，所述定位误差为所述主用户的实际位置信息与所述定位结果的差值；

其中，所述实际位置信息通过多个小型移动主用户的转移方程式得到。

优选地，所述位置信息具体为横坐标值、纵坐标值和距离值。

本发明所提供的基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小 型移动主用户的定位方法及装置，获取主用户范围内全部次用户的位置信息，然后筛选出次用户中接收到的信号强度值大于预设信号强度值的目标次用户，再根据加权质心算法计算出主用户的初步位置信息。最后，通过粒子滤波算法模型得到主用户的当前位置信息。由于粒子滤波算法对于移动物体的定位具有很强的适应性及鲁棒性，因此，提高了计算结果的准确性。与现有技术相比，本方法不依赖于主用户的信号发射能量的大小，也不依赖主用户是否有信号，因此，能够克服主用户的固有属性带来的定位困难的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法的流程图；

图2为本发明提供的一种普通质心算法原理示意图；

图3为本发明提供的一种加权质心定位算法原理示意图；

图4为本发明提供的一种采用于加权质心定位算法与普通质心定位算法得到的定位误差的对比图；

图5为本发明提供的一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法及装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明提供的一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法的流程图。如图1所示，基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法包括：

S10：获取当前时刻主用户对应的全部次用户的位置信息。

当需要对主用户进行定位时，首先获取这些主用户所在区域内的全部次用户的位置信息。次用户是固定的，不移动，因此其位置信息也就不会变动。

S11：根据位置信息确定各次用户能够接收到的信号强度值。

由于主用户和次用户的位置关系决定了不同位置的次用户能够接收到的信号强度值是不同的，因此，当获取到每个次用户的位置信息后需要确定出每个次用户对应的信号强度值。可以理解的是，距离主用户越近，则信号强度值越大，距离主用户越远，则信号强度值越小。

S12：选取信号强度值大于预设信号强度值的次用户作为参与定位的目标次用户。

如果将全部次用户都作为参与定位的目标次用户，则计算过程繁琐，因此，本步骤中，只是选取其中一部分满足要求的次用户，即目标次用户参与定位过程。选取的条件是信号强度值大于预设信号强度值的次用户。可以理解地是，预设信号强度值可以根据实际情况设定，在不同的应用场景是可以不同的。

S13：得到目标次用户的坐标值，并利用加权质心算法得到主用户的初步位置信息。

在步骤S12中得到了目标次用户，然后再对应步骤S10中的位置信息，就得到了目标次用户的坐标值。

为了让本领域技术人员更加理解本发明提供的技术方案，以下对 如何使用加权质心算法原理做详细说明。图2为本发明提供的一种普通质心算法原理示意图。如图2所示，普通质心定位算法首先确定一个包含主用户的多边形的区域，再计算这个多边形的质心，将这个质心坐标作为主用户的估计位置，即初步位置信息。图中，经过选取之后，目标次用户分别为：次用户A、次用户B、次用户C、次用户D，主用户为E。由次用户A、次用户B、次用户C、次用户D组成的多边形，坐标值分别为：A(x₁,y₁)，B(x₂,y₂)，C(x₃,y₃)，D(x₄,y₄)。

则质心坐标可以表示为：

当目标次用户的数量为n时，则n个次用户构成的多边形区域对应的质心可以表示为：E(x,y)＝E((x₁+...+x_n)/n,(y₁+...+y_n)/n)。

利用普通质心定位算法得到的质心的位置信息与实际质心的位置有偏离，这是由于当目标次用户分布不均匀时，使用质心定位算法估计出的主用户位置会与实际位置误差很大。因此，本发明中采用加权质心定位算法。加权质心定位算法是在上述质心定位算法的基础上进行改进，具体描述如下。图3为本发明提供的一种加权质心定位算法原理示意图。

其中多边形ABCD的四个顶点分别代表四个目标次用户所在位置，其对应坐标分别为A(x₁,y₁)，B(x₂,y₂)，C(x₃,y₃)，D(x₄,y₄)；实心圆E代表主用户真实位置；虚线圆代表质心定位算法估计出的主用户位置。由此可见质心定位算法的估计值与实际值相差很大。

为此需对普通质心定位算法进行改进，采用加权质心定位算法弥补普通质心定位算法的不足。引入目标次用户与主用户之间的距离来作为权重因子，目标次用户距离主用户越近则权重越大，反之权重越小。用权重来体现不同目标次用户在定位过程中的不同程度的重要性。图4为本发明提供的一种采用于加权质心定位算法与普通质心定位算法得到的定位误差的对比图。

每个目标次用户的权值为该目标次用户与主用户之间距离的平方的倒数，如下式表示：

$w_i=1/d_i^2.$

其中，d_i代表第i个目标次用户与主用户之间的距离；w_i代表对应的权值。由此，图3中，E点的计算值就是：

$\begin{array}{c}E(x,y)=E\left(\right(x_1\·w_1+x_2\·w_2+x_3\·w_3+x_4\·w_4)/(w_1+w_2+w_3+w_4),\\ (y_1\·w_1+y_2\·w_2+y_3\·w_3+y_4\·w_4)/(w_1+w_2+w_3+w_4))\end{array}.$

一般的，当参与定位的目标次用户个数达到n个时，则加权质心定位算法估计得到的位置为：

$(x_{ext},y_{ext})=(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_i\·w_i/\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i,\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{y}_i\·w_i/\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i).$

其中代表加权质心定位算法估计得到的主用户位置；(x_i,y_i)代表第i个目标次用户的位置坐标；w_i代表第i个目标次用户的权值。

S14：将初步位置信息输入粒子滤波算法模型中得到主用户的当前位置信息。

由于在上述实施例中，虽然得到了主用户的初步位置信息，但是该由于主用户是移动的，因此为了得到更准确的定位结果，在步骤中将初步位置信息输入至粒子滤波算法模型中从而得到主用户的当前位置信息。粒子滤波算法对于移动物体的定位具有很强的适应性及鲁棒性，但是由于粒子滤波算法为本领域技术人员所熟知，因此，本发明在具体实施例中不再赘述。

S15：判断是否启动调整机制。

由于上述步骤中得到的结果可能并不满足要求，因此，在本步骤中，需要判断是否启动调整机制。如果是，则返回步骤S10；如果否，进入步骤S16。如果返回步骤S10，就是重新确定该时刻下，目标次用户。作为一种优选地实施方式，S15具体包括：判断得到的定位误差是否大于预设误差；如果是，则启动调整机制，如果否，则不启动调整机制。

作为一种优选地实施方式，在上述实施例的基础上，定位误差为主用户的实际位置信息与定位结果的差值；

其中，实际位置信息通过多个小型移动主用户的转移方程式得 到。

本发明中定位误差为步骤S16通过粒子滤波算法后得到的定位结果与主用户实际位置的差值。换句话说，步骤S16得到的定位结果是对主用户位置的一个估计值或计算值，而主用户实际位置，即真值，是无法得到的，但是在具体实施中，主用户实际位置可以用一个近似值来代替。近似值可以通过多个小型移动主用户的转移方程式得到(为本领域技术人员所熟知的技术，这里不再赘述)。由上可知，定位误差就可以得到。

在具体实施中，可以设定一个预设误差，这个预设误差可以来衡量得到的定位结果是否可以作为本轮输出结果。步骤中，判断得到的定位误差是否大于预设误差，如果定位误差大于预设误差，说明定位结果与真值偏离较大，即需要启动调整机制；如果定位误差小于或等于预设误差，说明定位结果与真值偏离较小，即不需要启动调整机制，可以进入下一轮的计算过程。

S16：输出当前位置信息以作为主用户本轮的定位结果。

如果不需要启动调整机制，那么就以步骤S14中得到的当前位置信息作为主用户本轮的定位结果。在具体实施中，粒子滤波算法能够输出多轮结果，从而得到主用户的动态位置信息。

S17：判断是否接收到主用户停止运动的信息。如果是，则结束，如果否，进入步骤S18。

S18：触发粒子滤波算法模型输出下一轮主用户的当前位置信息；返回步骤S15。

粒子滤波算法每输出一次结果，则都需要判断是否要继续输出下一轮的结果，而判断的依据就是是否接受到主用户停止运动的信息，一旦主用户停止运动，则就不需要输出结果，只要主用户还在运动，则就需要相应输出每一轮的结果。而每输出一个结果，则都需要判断是否要启动调整机制。

本实施例提供的基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小 型移动主用户的定位方法，获取主用户范围内全部次用户的位置信息，然后筛选出次用户中接收到的信号强度值大于预设信号强度值的目标次用户，再根据加权质心算法计算出主用户的初步位置信息。最后，通过粒子滤波算法模型得到主用户的当前位置信息。由于粒子滤波算法对于移动物体的定位具有很强的适应性及鲁棒性，因此，提高了计算结果的准确性。与现有技术相比，本方法不依赖于主用户的信号发射能量的大小，也不依赖主用户是否有信号，因此，能够克服主用户的固有属性带来的定位困难的问题。

作为一种优选地实施方式，在上述实施例的基础上，位置信息具体为横坐标值、纵坐标值和距离值。

图5为本发明提供的一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位装置的结构图。如图5所示，基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位装置，包括：

获取单元10，用于获取当前时刻主用户对应的全部次用户的位置信息；

与获取单元10连接的确定单元11，用于根据位置信息确定各次用户能够接收到的信号强度值；

与确定单元11连接的选取单元12，用于选取信号强度值大于预设信号强度值的次用户作为参与定位的目标次用户；

与选取单元12连接的第一计算单元13，用于得到目标次用户的坐标值，并利用加权质心算法得到主用户的初步位置信息；

与第一计算单元13连接的第二计算单元14，用于将初步位置信息输入粒子滤波算法模型中得到主用户的当前位置信息；

与第二计算单元14连接的第一判断单元15，用于判断是否启动调整机制；如果是，启动获取单元10；

与第一判断单元15连接的输出单元16，用于输出当前位置信息以作为主用户本轮的定位结果；

与输出单元16连接的第二判断单元17，用于判断是否接收到主用户停止运动的信息；如果是，启动触发单元18；

触发单元18还与第一判断单元15连接，用于触发粒子滤波算法模型输出下一轮主用户的当前位置信息，并触发第一判断单元15。

作为一种优选地实施方式，第一判断单元15具体用于判断得到的定位误差是否大于预设误差；

如果是，启动获取单元10，如果否，启动输出单元16。

作为一种优选地实施方式，定位误差为主用户的实际位置信息与定位结果的差值；

其中，实际位置信息通过多个小型移动主用户的转移方程式得到。

作为一种优选地实施方式，位置信息具体为横坐标值、纵坐标值和距离值。

由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例，这里不再赘述。

以上对本发明所提供的基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法及装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者 的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (8)

1.一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位方法，其特征在于，包括：

S10：获取当前时刻主用户对应的全部次用户的位置信息；

S11：根据所述位置信息确定各所述次用户能够接收到的信号强度值；

S12：选取所述信号强度值大于预设信号强度值的次用户作为参与定位的目标次用户；

S13：得到所述目标次用户的坐标值，并利用加权质心算法得到所述主用户的初步位置信息；

S14：将所述初步位置信息输入粒子滤波算法模型中得到所述主用户的当前位置信息；

S15：判断是否启动调整机制；如果是，则返回步骤S10；如果否，进入步骤S16；

S16：输出所述当前位置信息以作为所述主用户本轮的定位结果；

S17：判断是否接收到主用户停止运动的信息；如果是，则结束，如果否，进入步骤S18；

S18：触发所述粒子滤波算法模型输出下一轮所述主用户的当前位置信息；返回步骤S15。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述S15具体包括：判断得到的定位误差是否大于预设误差；

如果是，则启动所述调整机制，如果否，则不启动所述调整机制。

3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述定位误差为所述主用户的实际位置信息与所述定位结果的差值；

其中，所述实际位置信息通过多个小型移动主用户的转移方程式得到。

4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述位置信息具体为横坐标值、纵坐标值和距离值。

5.一种基于粒子滤波算法与加权质心算法相结合的小型移动主用户的定位装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取当前时刻主用户对应的全部次用户的位置信息；

与所述获取单元连接的确定单元，用于根据所述位置信息确定各所述次用户能够接收到的信号强度值；

与所述确定单元连接的选取单元，用于选取所述信号强度值大于预设信号强度值的次用户作为参与定位的目标次用户；

与所述选取单元连接的第一计算单元，用于得到所述目标次用户的坐标值，并利用加权质心算法加权质心算法得到所述主用户的初步位置信息；

与所述第一计算单元连接的第二计算单元，用于将所述初步位置信息输入粒子滤波算法模型中得到所述主用户的当前位置信息；

与所述第二计算单元连接的第一判断单元，用于判断是否启动调整机制；如果是，启动所述获取单元；

与所述第一判断单元连接的输出单元，用于输出所述当前位置信息以作为所述主用户本轮的定位结果；

与所述输出单元连接的第二判断单元，用于判断是否接收到主用户停止运动的信息；如果是，启动触发单元；

所述触发单元还与所述第一判断单元连接，用于触发所述粒子滤波算法模型输出下一轮所述主用户的当前位置信息，并触发所述第一判断单元。

6.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述第一判断单元具体用于判断得到的定位误差是否大于预设误差；

如果是，启动所述获取单元，如果否，启动所述输出单元。

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，所述定位误差为所述主用户的实际位置信息与所述定位结果的差值；

其中，所述实际位置信息通过多个小型移动主用户的转移方程式得到。

8.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述位置信息具体为横坐标值、纵坐标值和距离值。