CN111031470A - 一种基于位置权重的定位频点选择方法 - Google Patents

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朱佳璐
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Abstract

本发明公开了一种基于位置权重的定位频点选择方法，包括下列步骤：在定位区域内放置N个感知节点，每个感知节点在场景中对频段内的频谱进行感知，得到相应多个相应频点的能量值，将这N个感知节点所获得的数据都传输到一个融合中心，以一定的权重进行融合处理；根据虚警率设置判决门限：虚警率是指用户未占用该频段通信且频段内无干扰的情况下，感知结果为该频段不可用的概率，根据实际情况进行设置，虚警率越高，判决门限越低，虚警率越低，判决门限越高；将最终融合之后得到的能量向量Y与进行比较，得出相应频点是否被占用的信息，选择未被占用的频点作为定位信号的发射频率，避免同频干扰；利用选择好的频点开始定位，获得目标的位置。

Description

一种基于位置权重的定位频点选择方法
技术领域
本发明属于被动式定位的研究领域，利用一种基于位置权重的频谱感知方法进行空闲频点的选择，并通过射频层析成像进行定位。
背景技术
伴随着物联网、移动通信、普适计算和情境感知等技术的发展，人们越来越渴望在任意时间、任意地点和以任意方式对环境中的各种目标进行信息的获取与处理，感知环境变化并得到丰富多样的背景服务。室内定位技术是一个感知环境非常重要的组成部分，必将在生产生活的各个方面得到广泛的应用，对国民经济发展产生较大的促进作用。
无源超高频(UHF)RFID标签因其体积小、成本低、部署简单、无需供电、较长的通信距离、较快的读写速度等优点。已逐步被应用到物流、仓储管理、机器人、写字楼、停车场等环境中。此外，UHF RFID定位技术的典型应用场景是室内环境。相对于室外环境，室内环境往往存在家具、设备，人员的活动，加上墙壁、天花板等反射面的影响，会引起无线电波的反射、绕射、折射和散射，形成复杂的信道传播环境。因此，尽量降低多径和信号干扰对定位误差的影响，具有重要的意义和较高的实用价值。在定位过程中，使用相同的频率的信号会对定位信号有干扰，进而影响定位的精度。本发明拟将频谱感知技术与被动式RFID定位相结合有效地解决这个问题。
认知无线电是一种智能频谱共享的技术，它能感知到周围的环境特征，获取信息，实时调整传输参数以适应环境的变化。认知无线电的提出是为了提高频谱的利用率，解决日益匮乏的频谱资源问题。频谱感知是认知无线电的核心技术,是保证高效分配频谱资源的先决条件。频谱感知是在不干扰授权用户的前提下,实时监测可用频段并进行相关分析,从而发现频谱空穴，加以利用。本发明将频谱感知的思想应用于被动式RFID定位频点选择，利用一种基于位置权重的合作频谱感知方法有效减少了同频干扰的影响。
发明内容
本发明提出一种基于位置权重的定位频点选择方法，针对室内环境多径复杂且存在同频干扰问题，采用的基于位置权重的合作频谱感知技术寻找频谱空洞，对当前定位的频段的占用情况来做出判断，利用干扰最小的频率点进行定位。技术方案如下：
一种基于位置权重的定位频点选择方法，包括下列步骤：
(1)在定位区域内放置N个感知节点，每个感知节点在场景中对频段内的频谱进行感知，得到相应多个相应频点的能量值，将这N个感知节点所获得的数据Yi都传输到一个融合中心，以一定的权重进行融合处理，形成一组能量向量Y，权重系数αi与感知节点的位置以及干扰分布有关；
(2)根据虚警率Pf设置判决门限λ：虚警率Pf是指用户未占用该频段通信且频段内无干扰的情况下，感知结果为该频段不可用的概率，根据实际情况进行设置，虚警率Pf越高，判决门限λ越低，虚警率Pf越低，判决门限λ越高；
(3)将最终融合之后得到的能量向量Y与λ进行比较，得出相应频点是否被占用的信息，选择未被占用的频点作为定位信号的发射频率，避免同频干扰；
(4)利用选择好的频点开始定位，获得目标的位置。
本发明公开了一种基于位置权重的定位频点选择方法。针对在室内定位过程中，相同的频率信号会对定位信号有干扰，进而影响定位的精度的问题，本文采用了基于位置加权的合作频谱感知技术，通过多个节点对定位环境周边的频点占用信息进行统计和处理，降低了同频干扰的风险，减低了定位的误差。MATLAB仿真实验证实了在进行定位之前先进行频点选择的方法可以对定位效果有所提升。
附图说明
图1本发明算法流程图。
图2本发明定位场景中感知节点分布图。
图3本发明利用位置加权的能量感知方法判断频点占用情况图。
图4本发明采用UHFRFID系统进行被动式定位效果提升对比图。
具体实施方式
下面首先对技术方案进行概括说明，技术方案如下：
1，在定位区域内放置N个感知节点，每个感知节点在场景中对920.5-924.5MHZ的频段，以920.625MHZ开始，以0.25MHZ为间隔对频谱进行感知，得到相应16个相应频点的能量值。将这N个感知节点所获得的数据Yi都传输到一个融合中心，以一定的权重进行融合处理，形成一组能量向量Y。权重系数αi与感知节点的位置以及干扰分布有关。
Y＝α1Y1+α2Y2+...+αNYN
2，根据虚警率Pf设置判决门限λ。虚警率Pf是指用户未占用该频段通信且频段内无干扰的情况下，感知结果为该频段不可用的概率。可以根据实际情况进行设置。虚警率Pf越高，判决门限λ越低。虚警率Pf越低，判决门限λ越高。
3，将最终融合之后得到的能量向量Y与λ进行比较，得出相应频点是否被占用的信息，选择未被占用的频点作为定位信号的发射频率，避免同频干扰。
4，利用选择好的频点开始定位，获得目标的位置。
本发明具体实施步骤如下：
1，图2为本发明所提方法的定位场景中感知节点分布图，实验区域是一个10m×10m的正方形，4个阅读器的位置坐标分别为(5,0)，(10,5)，(5,10)，(0,5)。32个UHF RFID标签均匀分布在9m×9m的四条边上。根据此定位场景，本实验中设置4个感知节点分别位于(0，0)(0，10)(10，0)(10，10)。
2，基于频域的能量法检测算法，首先对感知节点接收到的信号进行采样，然后利用快速傅立叶变换(FFT)将采样信号转换成频域，然后对频域信号模值平方，经过求和就可以得到能量值。每个感知节点接收到的信号通过计算以能量的形式进行表示，然后再将各个节点所计算出的能量值基于位置信息进行加权融合，得出最终的一组数据。这里由于感知节点的对称性以及干扰分布的不固定性，每个感知节点的所计算出的能量值被赋予的权重系数都为0.25。
Y＝0.25Y1+0.25Y2+0.25Y3+0.25Y4
3，虚警率Pf设置为0.01，从而得出相应的判决门限λ。在进行定位之前4个感知节点对该频段进行能量感知，最终数据加权融合得到的能量向量Y与判决门限λ进行比较，H0表示频点可用，H1表示频点不可用。
Figure BDA0002273569610000041
经过判决，如图3所示，已被占用的频点有6个，分别是920.625MHZ、921.375MHZ、921.875MHZ、922.125、923.625和924.375MHZ。
选择余下的10个没有被占用的频点进行定位。图4为存在干扰的定位效果图和进行频谱感知避开干扰的定位效果图的对比，从中我们明显可以看出，经过选择后的定位频点，有效的规避了同频干扰，定位效果较好。这说明本发明可以有效减小存在同频干扰情况下的UHF RFID室内被动式定位的误差。

Claims (1)

1.一种基于位置权重的定位频点选择方法，包括下列步骤：
(1)在定位区域内放置N个感知节点，每个感知节点在场景中对频段内的频谱进行感知，得到相应多个相应频点的能量值，将这N个感知节点所获得的数据Yi都传输到一个融合中心，以一定的权重进行融合处理，形成一组能量向量Y，权重系数αi与感知节点的位置以及干扰分布有关；
(2)根据虚警率Pf设置判决门限λ：虚警率Pf是指用户未占用该频段通信且频段内无干扰的情况下，感知结果为该频段不可用的概率，根据实际情况进行设置，虚警率Pf越高，判决门限λ越低，虚警率Pf越低，判决门限λ越高；
(3)将最终融合之后得到的能量向量Y与λ进行比较，得出相应频点是否被占用的信息，选择未被占用的频点作为定位信号的发射频率，避免同频干扰；
(4)利用选择好的频点开始定位，获得目标的位置。
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