CN107422316A - 一种基于多频点信号强度的无线目标定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于多频点信号强度的无线目标定位方法，本方法采集无线目标在所有可工作频点的信号强度，建立近似的信道频域传递函数，通过傅里叶反变换得到主径的信号强度并计算得到信号在传播路径的衰减，进而得到无线目标距检测节点的距离实现定位。针对现有信号强度定位方法仅利用单频点进行距离计算的不足，该方法有效克服了无线环境噪声及多径效应的影响，提供了一种基于信号强度定位方法的新思路。

Description

一种基于多频点信号强度的无线目标定位方法

技术领域

本发明涉及一种基于多频点信号强度的无线目标定位技术，属于无线通信和定位技术领域。

背景技术

利用无线技术实现定位已成为定位研究领域的发展趋势。每种无线技术都有各自的优缺点和适用局限性，需要根据具体的应用场景，考虑系统成本、定位精度、实时性要求、技术实现难度和算法复杂性等因素。目前研究较为集中的几种无线定位技术，室外定位包括使用GPS和GSM无线技术，室内定位主要利用各种无线传感器，包括红外、超声波、蓝牙、Wi-Fi、ZigBee和RFID等。

基于测距的无线目标定位方法目前最为广泛使用，包括基于信号强度、时间差、角度差等技术方法。基于时间差和角度差的定位方法需要高成本的硬件支持，使其使用受到了限制，基于信号强度的定位方法得到了各种无线平台的支持，低成本和计算便捷使其广受欢迎，但是这类方法的缺点也比较明显，其定位的精度受到无线环境噪声及多径效应的影响，存在比较大的定位误差。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种基于多频点信号强度的无线目标定位方法，本方法利用多频点的信号强度得到近似的信道冲击响应，能够有效的得到无线信号的主径功率，进而得到无线目标距检测节点的距离实现定位。针对现有信号强度定位方法仅利用单频点进行距离计算的不足，该方法有效克服了无线环境噪声及多径效应的影响，提供了一种基于信号强度定位方法的新思路。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于多频点信号强度的无线目标定位方法，包括以下步骤：

步骤1.设检测节点和待定位节点的工作频率范围为f₁,f₂,f₃,···,f_i,···f_n，n为检测节点和待定位节点可工作的频点数，待定位节点分别设定自己的工作频点为f₁,f₂,f₃,···,f_i,···f_n并以固定的发射功率P_init向检测节点各发送一个数据帧，检测节点分别接收待定位节点的数据帧，并提取每个数据帧的信号强度，获得信号强度向量R＝[Rssi₁,Rssi₂,Rssi₃,···,Rssi_i,···Rssi_n]，其中Rssi_i为待定位节点在频率f_i下工作时测得的信号强度；

步骤2、检测节点重复m次步骤一，采集待定位节点的信号强度向量R_i,i＝1.2.---m，并计算信号均值强度向量

步骤3、对做n点的傅里叶反变换，得到近似的信道时域冲击响应序列r(t)，以r(t)的最大值P_m作为传输信道的主径信号幅度；

步骤4、包括初始系数标定阶段和实际距离测量阶段，在初始系数标定阶段，假设检测节点和待定位节点之间的距离为d，以P_d为无线信号在频点传输距离d的信号功率理论衰减值，执行前三个步骤，得到主径信号幅度P_mi，则P_mi＝ε(P_init-P_d)，ε为信号强度的修正系数；在实际距离测量阶段，执行前三个步骤，得到主径信号幅度P_m′，得到无线信号在传输过程中的信号功率衰减值P_d′＝P_init-P_m′/ε，并根据无线信号在频点的衰减功率P_d′和传输距离的关系，计算得到检测节点和待定位节点之间的距离d′，实现对待定位节点的定位。

所述检测节点和待定位节点之间的距离d′的计算方法为c为光速。

有益效果：本发明专利提供一种基于多频点信号强度的无线目标定位方法，本方法采集无线目标在所有可工作频点的信号强度，建立近似的信道频域传递函数，通过傅里叶反变换得到主径的信号强度并计算得到信号在传播路径的衰减，进而得到无线目标距检测节点的距离实现定位。针对现有信号强度定位方法仅利用单频点进行距离计算的不足，该方法有效克服了无线环境噪声及多径效应的影响，可作为新一代的无线目标定位技术方法，相对于现有方法，其具有稳定可靠的优点，在无线环境复杂或者人员密集的定位场合，其优势更为明显。

附图说明

图1为本发明方法步骤图；

图2为本发明具体实施例中信号强度向量的分布图；

图3为本发明具体实施例中信道时域冲击响应序列r(t)的分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为基于多频点信号强度的无线目标定位方法的步骤图，

步骤1、假设检测节点和待定位节点的工作频率范围为f₁,f₂,f₃,···,f_i,···f_n，n为检测节点和待定位节点可工作的频点数。待定位节点分别设定自己的工作频点为f₁,f₂,f₃,···,f_i,···f_n并以固定的发射功率P_init向检测节点各发送一个数据帧，检测节点分别接收待定位节点的数据帧，并提取每个数据帧的信号强度，获得信号强度向量R＝[Rssi₁,Rssi₂,Rssi₃,···,Rssi_i,···Rssi_n]，其中Rssi_i为待定位节点在频率f_i下工作时测得的信号强度；

步骤2、检测节点重复m次步骤一，采集待定位节点的信号强度向量R_i(i＝1...m)，并计算

步骤3、对做n点的ifft，得到近似的信道时域冲击响应序列r(t)，以r(t)的最大值P_m作为传输信道的主径信号幅度。

步骤4、包括两个阶段：初始系数标定阶段和实际距离测量阶段。在初始系数标定阶段，假设检测节点和待定位节点之间的距离为d，以P_d为无线信号在频点传输距离d的信号功率理论衰减值。执行前三个步骤，得到主径信号幅度P_mi，则P_mi＝ε(P_init-P_d)，ε为信号强度的修正系数；在实际距离测量阶段，执行前三个步骤，得到主径信号幅度P_m′，得到无线信号在传输过程中的信号功率衰减值P_d′＝P_init-P_m′/ε，并根据无线信号在频点的衰减功率P_d′和传输距离的关系，计算得到检测节点和待定位节点之间的距离d′，实现对待定位节点的定位。

图2为信号强度向量的分布图。检测节点和待定位节点的通信距离为10米，频率范围选取2420MHz～2460MHz，频率间隔为2MHz。

图3为信道时域冲击响应序列r(t)的分布图。如图所示，r(t₆₂)的信号幅度值对应于传输信道的主径信号幅度。

以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于多频点信号强度的无线目标定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1.设检测节点和待定位节点的工作频率范围为f₁,f₂,f₃,···,f_i,···f_n，n为检测节点和待定位节点可工作的频点数，待定位节点分别设定自己的工作频点为f₁,f₂,f₃,···,f_i,···f_n并以固定的发射功率P_init向检测节点各发送一个数据帧，检测节点分别接收待定位节点的数据帧，并提取每个数据帧的信号强度，获得信号强度向量R＝[Rssi₁,Rssi₂,Rssi₃,···,Rssi_i,···Rssi_n]，其中Rssi_i为待定位节点在频率f_i下工作时测得的信号强度；

步骤2、检测节点重复m次步骤一，采集待定位节点的信号强度向量R_i,i＝1.2.---m，并计算信号均值强度向量

步骤3、对做n点的傅里叶反变换，得到近似的信道时域冲击响应序列r(t)，以r(t)的最大值P_m作为传输信道的主径信号幅度；

步骤4、包括初始系数标定阶段和实际距离测量阶段，在初始系数标定阶段，假设检测节点和待定位节点之间的距离为d，以P_d为无线信号在频点传输距离d的信号功率理论衰减值，执行前三个步骤，得到主径信号幅度P_mi，则P_mi＝ε(P_init-P_d)，ε为信号强度的修正系数；在实际距离测量阶段，执行前三个步骤，得到主径信号幅度P_m′，得到无线信号在传输过程中的信号功率衰减值P_d′＝P_init-P_m′/ε，并根据无线信号在频点的衰减功率P_d′和传输距离的关系，计算得到检测节点和待定位节点之间的距离d′，实现对待定位节点的定位。

2.根据权利要求1所述的基于多频点信号强度的无线目标定位方法，其特征在于，所述检测节点和待定位节点之间的距离d′的计算方法为c为光速。