CN112731286B - 一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法，步骤包括：使用一组AP节点，利用其所搭载测向天线阵实现附近AP的到达方向测量；统计在虚拟全局坐标系内测得其它AP信号来向最多的节点作为坐标原点
Figure DDA0002868810820000011
进行已定位节点
Figure DDA0002868810820000012
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正；当
Figure DDA0002868810820000013
与
Figure DDA0002868810820000014
三角形两个顶点确定后，结合
Figure DDA0002868810820000015
测得的
Figure DDA0002868810820000016
信号来波方向βm,p与
Figure DDA0002868810820000017
测得的
Figure DDA0002868810820000018
信号来波方
Figure DDA0002868810820000019
计算得到节点
Figure DDA00028688108200000110
在虚拟全局坐标系下的位置；采用三角形共边定位方法对剩余其它AP进行逐个定位；当同时有两个已定位节点可测得干扰源
Figure DDA00028688108200000111
的信号来波方向时，执行面向干扰源的交叉定位算法，在AP测角连通集合所对应的虚拟全局坐标系内，可计算得到干扰源
Figure DDA00028688108200000112
在虚拟全局坐标系下的位置。

Description

一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法
技术领域
本发明涉及干扰源被动定位技术领域，尤其是涉及一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法。
背景技术
基于IEEE802.11标准的WiFi设备已在许多产品得到广泛应用，包括个人计算机、游戏机、MP3播放器、智能手机、平板电脑、打印机、笔记本电脑及其他可以无线上网的周边设备，它因为更宽的带宽、更强的射频信号、更低的功耗、更安全的接入，成为当今使用最广的一种无线网络传输技术，在各行各业得到广泛应用，起到重要的近距离互联网接入作用。但WiFi通信仍受一个问题的严重困扰，即WiFi通信的可靠性。无线电频率干扰的存在使得WiFi通信网络出现性能不佳、覆盖范围不稳定及经常掉线的情况。
现有多种解决WiFi受扰的手段，包括降低物理数据的传输速率、减少受扰AP传输功率、调整AP信道分配策略等，在特定情况下，上述方法都起到很好的效果，但所有方法都无法从根本上解决受扰问题。降低AP的数据传输速率使得数据包的滞空时间变得更长，意味着需要花费更多时间进行数据接收，使得丢包机率更大，这反而让它们对周期性干扰更敏感，大大降低了对接入用户的服务质量；降低了受扰AP传输功率也会降低信号的接收强度，变成了降低数据传输率，同时WiFi覆盖将出现漏洞，这些漏洞需要更多的AP进行填补，增加AP的数量将导致更多的干扰；调整AP信道分配策略在应对特定频率上出现持续干扰是一种有效的技术方法，但干扰通常具有间歇性和随机性，由于可变信道数量有限，该方法反而带来更多问题。
在进行WiFi通信系统研究时，预测WiFi系统性能的通用参数是信噪比SNR，但信噪比仅体现了WiFi信号强度与底噪的比值，随着干扰的出现，我们还需要考虑WiFi信号强度与干扰和噪声强度的比值，即信干噪声比SINR，更高的SINR体现了更高的数据传输速率和更强的频谱性能。为了取得更高的SINR，WiFi系统必须增加信号增益或减少干扰。在增加WiFi信号增益手段中，通常的WiFi系统只是通过增加功率或使用高增益定向天线来增加信号强度，在自适应天线阵列领域内的高新WiFi天线阵列可让系统在不增加AP数量的情况下，通过定向天线优势获得增益与信道，这种手段是将WiFi信号直接定向给一名接入用户，并监视该用户信号，确保以最高吞吐量传输，同时经常性的重新定向WiFi传输的信号路径，在不改变信道情况下使用干净的信号路径，这对于抵抗距离某接入用户较近的干扰、保障该用户服务质量效果很好。但该方法的使用需要较精确的定位出干扰源具体位置，以为WiFi天线阵列调整定位增益提供必要的空域信息。减少干扰这种方法对于支持WiFi接入用户直接取缔附近干扰源更加有效，特别对于移除微波炉、电冰箱、DVD、电焊机、电车、高压电力变压器等非制式可排查干扰，但这种手段也需要精确定位出干扰源具体位置，并报告给用户。
综上所述，面向WiFi通信系统进行抗干扰策略研究时，需要通过被动测量和处理的手段定位出干扰源的空域位置信息，即实现对干扰源的被动定位。实现了对干扰源的定位，可为后续波束成型(BF)抗干扰等方法提供必需的空域信息，还可为用户提供必要的干扰源位置重要信息，指导用户人工移除可取缔的干扰源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法，该方法为后续波束成形抗干扰方法提供必需的空域信息，实现在不增加AP数量、不改变信道情况的条件下提高WiFi通信的可靠性。
本发明是一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)、设网内其中任一个AP节点为
Figure GDA0003882962040000021
除该节点外的其他任意一个节点设为
Figure GDA0003882962040000022
其中j≠i，分别测量AP节点
Figure GDA0003882962040000023
到达其他任意一个节点
Figure GDA0003882962040000024
的到达角度βi,j，将得到的到达角度βi,j整理为矢量βi＝[βi,1,βi,2,...,βi,j,...,βi,M-1]T，当节点
Figure GDA00038829620400000334
无法测得节点
Figure GDA00038829620400000335
的到达方向时，设βi,j＝NaN，将所有节点相互测量得到的到达角度整理矩阵β＝[β1,β2,...,βi,...,βM]T；
(2)、确定坐标原点：定义虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000031
在
Figure GDA0003882962040000032
内，首先在β中进行统计，即统计哪个节点拥有从其他节点来向最多，并设该节点为
Figure GDA0003882962040000033
定义节点
Figure GDA0003882962040000034
为虚拟全局坐标系的坐标原点，以该节点
Figure GDA0003882962040000035
所在局部坐标系的e2轴为虚拟全局坐标系的
Figure GDA0003882962040000036
轴，即以节点
Figure GDA0003882962040000037
所在的局部坐标系为虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000038
在此令坐标原点位置为
Figure GDA0003882962040000039
(3)、确定AP初始定位点：步骤(2)中坐标原点确定后，在坐标原点对应的βm＝[βm,1,βm,2,...,βm,j,...,βm,M-1]T内搜索不为NaN的元素，当同时搜索到两个不为NaN的元素βm,p、βm,l时，表示坐标原点
Figure GDA00038829620400000310
可测得节点
Figure GDA00038829620400000311
与
Figure GDA00038829620400000312
的信号来波方向，约束
Figure GDA00038829620400000313
与
Figure GDA00038829620400000314
之间距离
Figure GDA00038829620400000315
结合βm,l可求解
Figure GDA00038829620400000316
在虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400000317
内的位置；
(4)、进行已定位节点
Figure GDA00038829620400000318
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正；
(5)初始三角形定形：将
Figure GDA00038829620400000319
与
Figure GDA00038829620400000320
作为三角形的两个顶点，当
Figure GDA00038829620400000321
与
Figure GDA00038829620400000322
两个顶点确定后，仍无法仅结合
Figure GDA00038829620400000323
测得的
Figure GDA00038829620400000324
信号来波方向βm,p来确定
Figure GDA00038829620400000325
位置，那么就要要求已定位节点
Figure GDA00038829620400000326
在虚拟全局坐标系下，同时可测量未知节点
Figure GDA00038829620400000327
的信号来波方向
Figure GDA00038829620400000328
当
Figure GDA00038829620400000329
可测得时，节点
Figure GDA00038829620400000330
三点构成初始三角形几何关系，我们定义这种三角形为测向封闭三角形Δm,l,p；至此，使用三角形交叉定位法计算得到节点
Figure GDA00038829620400000331
在虚拟全局坐标系下的位置，继而进行已定位节点
Figure GDA00038829620400000332
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正，其纠正过程与AP初始定位点
Figure GDA00038829620400000333
相同；
(6)、三角形共边定位拓展：虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000041
下将已定位AP节点位置整理为矩阵
Figure GDA0003882962040000042
接着以此为基础，采用三角形共边定位方法对剩余其它AP节点进行逐个定位；
(7)、假设目前已完成对节点
Figure GDA0003882962040000043
的定位，设已定位节点的位置矩阵为
Figure GDA0003882962040000044
将
Figure GDA0003882962040000045
的位置信息放置在已定位节点位置矩阵
Figure GDA0003882962040000046
中，将已定位节点代号存储在矢量d中，不断扩展
Figure GDA0003882962040000047
中节点位置矢量数量以及d中节点代号，直到完成所有M个被定位节点的遍历，一个遍历周期后将未实现定位的所有节点代号存储在矢量u中，针对u中所有节点执行上述的第二次遍历定位，此次遍历中，将第一次遍历中由于未成功构建测向封闭三角形、或所构建测向封闭三角形病态的规避节点进行再次定位，共执行上述遍历过程L次，直到矩阵
Figure GDA0003882962040000048
以及矢量d不再扩展结束；
(8)、将所有被定位节点
Figure GDA0003882962040000049
测量得到的干扰源
Figure GDA00038829620400000410
来向信息
Figure GDA00038829620400000411
整理为干扰源测向矢量
Figure GDA00038829620400000412
i∈d，其中P为d的长度，即已定位AP节点数量；当节点
Figure GDA00038829620400000413
无法测得干扰源
Figure GDA00038829620400000414
的到达方向时，
Figure GDA00038829620400000415
(9)、利用公式
Figure GDA00038829620400000416
将
Figure GDA00038829620400000428
旋转校正到虚拟全局坐标系，
Figure GDA00038829620400000417
为节点
Figure GDA00038829620400000418
在虚拟全局坐标系下测得的干扰源
Figure GDA00038829620400000419
的到达方向，令
Figure GDA00038829620400000420
i∈d；
(10)、在干扰源
Figure GDA00038829620400000421
对应的
Figure GDA00038829620400000422
内搜索不为NaN的元素，当同时搜索到两个不为NaN的元素
Figure GDA00038829620400000423
时，表示已定位节点
Figure GDA00038829620400000424
和
Figure GDA00038829620400000425
可同时测得干扰源
Figure GDA00038829620400000426
的信号来波方向，执行面向干扰源的交叉定位算法，在AP测角连通集合所对应的虚拟全局坐标系内，可计算得到干扰源
Figure GDA00038829620400000427
在虚拟全局坐标系下的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用WiFi系统所搭载的天线阵，实现系统内AP与AP之间、AP对干扰源的空域测向，在各AP的本地局部坐标系内测得ISM频段内目标干扰信号的到达角度方向AOA信息，利用此信息实现干扰源的精确定位，为后续波束成形抗干扰方法提供必需的空域信息，实现在不增加AP数量、不改变信道情况的条件下提高WiFi通信的可靠性。
作为优先，步骤(3)中所述的
Figure GDA0003882962040000051
在虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000052
内的位置用公式表示为：
Figure GDA0003882962040000053
其中D表示
Figure GDA0003882962040000054
与
Figure GDA0003882962040000055
之间的距离，D的取值可先随意假设，D的大小决定了未来所定位得到的AP网络虚拟构型的相对大小，在一个AP测角连通集合内，仅可定义一次D的取值，否则同一AP测角连通集合内的两个D的取值定义将互相冲突；在不同的AP测角连通集合内可定义各自不同D。βm,l表示坐标原点
Figure GDA0003882962040000056
测得节点
Figure GDA0003882962040000057
的信号来波方向。
作为优先，其中步骤(4)中对已定位节点
Figure GDA0003882962040000058
在虚拟全局坐标系下的角度旋转步骤如下：
(4a)、节点
Figure GDA0003882962040000059
被定位后，可利用
Figure GDA00038829620400000510
与
Figure GDA00038829620400000511
之间的位置关系，计算得到虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400000512
内
Figure GDA00038829620400000513
信号达到
Figure GDA00038829620400000514
的来波方向
Figure GDA00038829620400000526
的计算值
Figure GDA00038829620400000527
为：
Figure GDA00038829620400000516
(4b)、在
Figure GDA00038829620400000517
所在的局部坐标系下，
Figure GDA00038829620400000518
测量得到的节点
Figure GDA00038829620400000519
信号来波方向为βl,m，结合
Figure GDA00038829620400000520
可估计得到：
Figure GDA00038829620400000521
其中Δαl,m为
Figure GDA00038829620400000522
相对于
Figure GDA00038829620400000523
在全局坐标系
Figure GDA00038829620400000524
内的旋转夹角差值
Figure GDA00038829620400000525
的估计值；
(4c)、利用
Figure GDA0003882962040000061
实现
Figure GDA0003882962040000062
的局部坐标系向虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000063
的旋转纠正，使得
Figure GDA0003882962040000064
的局部坐标系与原点
Figure GDA0003882962040000065
的局部坐标系具有相同的坐标指向，旋转方法为：令
Figure GDA0003882962040000066
纠正得到
Figure GDA0003882962040000067
j≠l为节点
Figure GDA00038829620400000624
在虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000068
下测量得到的其他节点的信号到达角度，当l＝m时，
Figure GDA0003882962040000069
即原点
Figure GDA00038829620400000610
不需要做角度旋转纠正，虚拟全局坐标系本身就是
Figure GDA00038829620400000611
所在的局部坐标系。
作为优先，其中步骤(5)中所述的三角形交叉定位法的方法为：利用三个顶点的相互信号来波方向测量值，锁定三点之间的几何位置关系，当三角形的两个顶点以及它们之间的边长确定后，可利用这两点测量得到的第三点的两个来向进行夹角定位，得到第三点的位置信息，该方法的先决条件要求三角形的三个顶点AP之间能够两两相互测得信号来波方向；其中，节点
Figure GDA00038829620400000612
在虚拟全局坐标系下的位置用公式表示为：
Figure GDA00038829620400000613
令
Figure GDA00038829620400000614
为
Figure GDA00038829620400000615
在虚拟全局坐标系的估计值。
Figure GDA00038829620400000616
的定位实现了虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400000617
从1维向2维的扩展。
作为优先，其中步骤(6)中所述的三角形共边定位方法的步骤如下：
(6a)、针对每个待定位AP节点
Figure GDA00038829620400000618
在已定位节点矩阵
Figure GDA00038829620400000619
中构建测向封闭三角形组合关系，即在
Figure GDA00038829620400000620
中至少搜索得到两个已定位节点，要求这两个节点与
Figure GDA00038829620400000621
之间满足信号来向角度的两两可测关系；当搜索失败时，跳过该节点
Figure GDA00038829620400000622
更换新的待定位节点寻找测向封闭三角形组合关系，直到找到满足关系的新待定位节点；测向封闭三角形组合确定后可利用上述三角形测向交叉定位方法解析
Figure GDA00038829620400000623
的位置信息；
(6b)、当搜索成功时，假设该待定位节点与搜索到的已定位节点分别为
Figure GDA0003882962040000071
此时
Figure GDA0003882962040000072
所构成测向封闭三角形Δv,m,l，与已定位矩阵
Figure GDA0003882962040000073
中某三点构建的三角形存在共边，该共边为
Figure GDA0003882962040000074
与
Figure GDA0003882962040000075
连线
Figure GDA0003882962040000076
共边
Figure GDA0003882962040000077
的存在约束了测向封闭三角形Δv,m,l的大小。
需要注意的是，利用已定位节点
Figure GDA0003882962040000078
以及
Figure GDA0003882962040000079
对
Figure GDA00038829620400000710
进行位置计算时，要求
Figure GDA00038829620400000711
Figure GDA00038829620400000712
三点构成的几何夹角
Figure GDA00038829620400000741
均不能过小，因为此时
Figure GDA00038829620400000713
近乎位于
Figure GDA00038829620400000714
与
Figure GDA00038829620400000715
的连线直线上，较小的角度测量误差Δβm,v、Δβl,v将引起巨大的
Figure GDA00038829620400000716
位置解析误差，这是一种病态的几何结构，当遇到这种情况时，需要停止对节点
Figure GDA00038829620400000717
的定位，继续更换待定位节点。要实现这种病态几何结构的规避，需要计算
Figure GDA00038829620400000718
所构成三角形的三个内角，具体计算方法可用公式表示为：
Figure GDA00038829620400000719
采用上述公式可同样计算出
Figure GDA00038829620400000720
判断计算得到的夹角
Figure GDA00038829620400000721
中是否有任一一个小于夹角判断门限ξ，若存在则放弃此次对
Figure GDA00038829620400000722
的定位。在后续仿真中，令ξ＝15°；
(6c)、在虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400000723
下，当测向封闭三角形Δv,m,l、三角形内已定位节点位置
Figure GDA00038829620400000724
与
Figure GDA00038829620400000725
与
Figure GDA00038829620400000726
测量得到的
Figure GDA00038829620400000727
信号来波方向
Figure GDA00038829620400000728
与
Figure GDA00038829620400000729
确定后，便可利用步骤(4)所示方法计算得到
Figure GDA00038829620400000730
实现
Figure GDA00038829620400000731
估计后，计算得到节点
Figure GDA00038829620400000732
在虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400000733
下的旋转校正角度
Figure GDA00038829620400000734
并实现虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400000735
下
Figure GDA00038829620400000736
测量到达角度的校正
Figure GDA00038829620400000737
(6d)、完成
Figure GDA00038829620400000738
后，将其位置信息放置在已定位节点位置矩阵
Figure GDA00038829620400000739
中，将已定位节点代号存储在矢量d中，不断扩展
Figure GDA00038829620400000740
中节点位置矢量数量以及d中节点代号，直到完成所有M 个被定位节点的遍历，一个遍历周期后将未实现定位的所有节点代号存储在矢量u中；针对u中所有节点执行上述的第二次遍历定位，此次遍历中，将第一次遍历中由于未成功构建测向封闭三角形、或所构建测向封闭三角形病态的规避节点进行再次定位，因为第一次遍历后已定位节点位置矩阵
Figure GDA0003882962040000081
的不断扩展，部分节点将在第二次遍历中得到成功定位，共执行上述遍历过程L次，直到
Figure GDA0003882962040000082
矩阵以及d矢量不再扩展结束，后续仿真中，令L＝5。
附图说明
图1是本发明基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法流程图；
图2是本发明中WiFi干扰源被动定位系统模型图；
图3是本发明中网内AP到达角度可测性示意图；
图4是本发明中三角形单边定位几何关系示意图；
图5是本发明中三角形3角定位几何关系示意图；
图6是本发明中初始三角形定位结果及旋转校正示意图；
图7是本发明中非单一集合AP构型初始定位结果图；
图8是本发明中原点校正及构型大小校正后的AP构型定位结果图；
图9是本发明中角度旋转校正后的AP定位构型图；
图10是本发明中干扰源三角交叉定位示意图；
图11是本发明中原点校正、构型大小校正、角度旋转校正后的AP构型与干扰源真实位置关系图；
图12是本发明中原点校正、构型大小校正、角度旋转校正后的AP构型与干扰源被定位位置关系图；
图13是本发明中在不同定位测向角度误差下定位误差示意图。
具体实施方式
以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。
实施例1：
为了减少无线电频率干扰、提高WiFi通信的可靠性，本发明经过研究与创新，提出一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法，参见图1，本发明可实现对干扰源的精确定位，为后续波束成形抗干扰方法提供必需的空域信息，实现在不增加AP数量、不改变信道情况的条件下提高WiFi通信的可靠性，包括有如下步骤：
(1)、将网内AP节点
Figure GDA0003882962040000091
测量得到的其它节点的到达角度βi,j整理为矢量βi＝[βi,1,βi,2,...,βi,j,...,βi,M-1]T，其中j≠i，当节点
Figure GDA0003882962040000092
无法测得节点
Figure GDA0003882962040000093
的到达方向时，βi,j＝NaN，将所有节点相互测量得到的到达角度整理矩阵β＝[β1,β2,...,βi,...,βM]T；
(2)、确定坐标原点：定义虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000094
在
Figure GDA0003882962040000095
内，首先在β中统计得到可测得其它AP信号来向最多的节点
Figure GDA0003882962040000096
定义节点
Figure GDA0003882962040000097
为虚拟全局坐标系的坐标原点，以该节点
Figure GDA0003882962040000098
所在局部坐标系的e2轴为虚拟全局坐标系的
Figure GDA0003882962040000099
轴，即以节点
Figure GDA00038829620400000910
所在的局部坐标系为虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400000911
在此令坐标原点位置为
Figure GDA00038829620400000912
(3)、确定AP初始定位点：坐标原点确定后，在坐标原点对应的βm＝[βm,1,βm,2,...,βm,j,...,βm,M-1]T内搜索不为NaN的元素，当同时搜索到两个不为NaN的元素βm,p、βm,l时，表示坐标原点
Figure GDA00038829620400000913
可测得节点
Figure GDA00038829620400000914
与
Figure GDA00038829620400000915
的信号来波方向，约束
Figure GDA00038829620400000916
与
Figure GDA00038829620400000917
之间距离
Figure GDA00038829620400000918
结合βm,l可求解
Figure GDA00038829620400000919
在虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400000920
内的位置；
(4)、进行已定位节点
Figure GDA00038829620400000921
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正；
(5)、初始三角形定形：设
Figure GDA00038829620400000922
与
Figure GDA00038829620400000923
为三角形的两个顶点，当
Figure GDA00038829620400000924
与
Figure GDA00038829620400000925
两个顶点确定后，仍无法仅结合
Figure GDA00038829620400000926
测得的
Figure GDA00038829620400000927
信号来波方向βm,p来确定
Figure GDA00038829620400000928
位置，因为在此约束下仅能判断
Figure GDA00038829620400000929
位于
Figure GDA00038829620400000930
指向
Figure GDA00038829620400000931
的射线上，但它们之间距离
Figure GDA00038829620400000932
无法判断；为解决此问题，要求已定位节点
Figure GDA0003882962040000101
在虚拟全局坐标系下，同时可测量未知节点
Figure GDA0003882962040000102
的信号来波方向
Figure GDA0003882962040000103
当
Figure GDA0003882962040000104
可测得时，节点
Figure GDA0003882962040000105
三点构成初始三角形几何关系，我们定义这种三角形为测向封闭三角形Δm,l,p；至此，使用三角形交叉定位法可计算得到节点
Figure GDA0003882962040000106
在虚拟全局坐标系下的位置。继而进行已定位节点
Figure GDA0003882962040000107
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正，其纠正过程与AP初始定位点
Figure GDA0003882962040000108
相同；
(6)、三角形共边定位拓展：虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000109
下将已定位AP节点位置整理为矩阵
Figure GDA00038829620400001010
接着以此为基础，采用三角形共边定位方法对剩余其它AP进行逐个定位；
(7)、假设目前完成
Figure GDA00038829620400001011
节点的定位，将其位置信息放置在已定位节点位置矩阵
Figure GDA00038829620400001012
中，将已定位节点代号存储在矢量d中，不断扩展
Figure GDA00038829620400001013
中节点位置矢量数量以及d中节点代号，直到完成所有M个被定位节点的遍历，一个遍历周期后将未实现定位的所有节点代号存储在矢量u中；针对u中所有节点执行上述的第二次遍历定位，此次遍历中，将第一次遍历中由于未成功构建测向封闭三角形、或所构建测向封闭三角形病态的规避节点进行再次定位，因为第一次遍历后已定位节点位置矩阵
Figure GDA00038829620400001014
的不断扩展，部分节点将在第二次遍历中得到成功定位；共执行上述遍历过程L次，直到
Figure GDA00038829620400001015
矩阵以及d矢量不再扩展结束；后续仿真中，令L＝5。
(8)、将所有被定位节点
Figure GDA00038829620400001016
测量得到的干扰源
Figure GDA00038829620400001017
信号来向信息
Figure GDA00038829620400001018
整理为干扰源测向矢量
Figure GDA00038829620400001019
i∈d，其中P为d的长度，即已定位AP节点数量；当节点
Figure GDA00038829620400001020
无法测得干扰源
Figure GDA00038829620400001021
的到达方向时，
Figure GDA00038829620400001022
(9)、利用公式
Figure GDA00038829620400001023
将
Figure GDA00038829620400001024
旋转校正到虚拟全局坐标系，
Figure GDA00038829620400001025
为节点
Figure GDA00038829620400001026
在虚拟全局坐标系下测得的干扰源
Figure GDA00038829620400001027
的到达方向，令
Figure GDA00038829620400001028
i∈d。
(10)、在干扰源
Figure GDA0003882962040000111
对应的
Figure GDA0003882962040000112
内搜索不为NaN的元素，当同时搜索到两个不为NaN的元素
Figure GDA0003882962040000113
时，表示已定位节点
Figure GDA0003882962040000114
和
Figure GDA0003882962040000115
可同时测得干扰源
Figure GDA0003882962040000116
的信号来波方向；若
Figure GDA0003882962040000117
Figure GDA0003882962040000118
和
Figure GDA0003882962040000119
三者构成的三角形不存在夹角病态问题、
Figure GDA00038829620400001110
和
Figure GDA00038829620400001111
存在于共同一个AP测角连通集合内，执行面向干扰源的交叉定位算法，在AP测角连通集合所对应的虚拟全局坐标系内，可计算得到干扰源
Figure GDA00038829620400001112
在虚拟全局坐标系下的位置。
本发明使用一组AP节点，利用其所搭载测向天线阵实现附近AP的到达方向测量，利用AP之间的到达角度测量结果实现全局坐标系下网内AP节点的被动相对定位；继而利用AP节点实现干扰源信号到达方向测量，结合定位得到的AP相对位置实现干扰源目标的全局坐标系相对被动定位。实现了对干扰源的精确定位，可为后续波束成形抗干扰方法提供必需的空域信息，实现在不增加AP数量、不改变信道情况的条件下提高WiFi 通信的可靠性；实现了对干扰源的定位，对于WiFi接入用户可直接减少或取缔干扰。
实施例2：
基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法同实施例1，步骤(3)中所述的约束
Figure GDA00038829620400001113
与
Figure GDA00038829620400001114
之间距离
Figure GDA00038829620400001115
结合βm,l可求解
Figure GDA00038829620400001116
在虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400001117
内的位置，参见图4，
Figure GDA00038829620400001118
在虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400001119
内的位置用公式可表示为：
Figure GDA00038829620400001120
其中D表示
Figure GDA00038829620400001121
与
Figure GDA00038829620400001122
之间的距离，D的取值可先随意假设，D的大小决定了未来所定位得到的AP网络虚拟构型的相对大小，在一个AP测角连通集合内，仅可定义一次D的取值，否则同一AP测角连通集合内的两个D的取值定义将互相冲突；在不同的AP测角连通集合内可定义各自不同的D。βm,l表示坐标原点
Figure GDA00038829620400001123
测得节点
Figure GDA00038829620400001124
的信号来波方向。
Figure GDA00038829620400001125
表示
Figure GDA0003882962040000121
在虚拟全局坐标系的估计值。
Figure GDA0003882962040000122
的定位实现了虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000123
从0维向1维的扩展。
实施例3：
基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法同实施例1-2，步骤(4)中对已定位节点
Figure GDA0003882962040000124
在虚拟全局坐标系下的角度旋转步骤如下：
(4a)、节点
Figure GDA0003882962040000125
被定位后，可利用
Figure GDA0003882962040000126
与
Figure GDA0003882962040000127
之间的位置关系，计算得到虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000128
内
Figure GDA0003882962040000129
信号达到
Figure GDA00038829620400001210
的来波方向
Figure GDA00038829620400001211
的计算值
Figure GDA00038829620400001212
为：
Figure GDA00038829620400001213
(4b)、在
Figure GDA00038829620400001214
所在的局部坐标系下，
Figure GDA00038829620400001215
测量得到的节点
Figure GDA00038829620400001216
信号来波方向为βl,m，结合
Figure GDA00038829620400001217
可估计得到：
Figure GDA00038829620400001218
其中，Δαl,m为
Figure GDA00038829620400001219
相对于
Figure GDA00038829620400001220
在全局坐标系
Figure GDA00038829620400001221
内的旋转夹角差值
Figure GDA00038829620400001222
的估计值。
(4c)、利用
Figure GDA00038829620400001223
实现
Figure GDA00038829620400001224
的局部坐标系向虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400001225
的旋转纠正，使得
Figure GDA00038829620400001226
的局部坐标系与原点
Figure GDA00038829620400001227
的局部坐标系具有相同的坐标指向，旋转方法为：
Figure GDA00038829620400001228
纠正得到的
Figure GDA0003882962040000131
j≠l为节点
Figure GDA0003882962040000132
在虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000133
下测量得到的其他节点的信号到达角度。当l＝m时，
Figure GDA0003882962040000134
即原点
Figure GDA0003882962040000135
不需要做角度旋转纠正，虚拟全局坐标系本身就是
Figure GDA0003882962040000136
所在的局部坐标系。
实施例4：
基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法同实施例1-3，步骤(5)中所述的三角形交叉定位法的具体方法如下：
利用三个顶点的相互信号来波方向测量值，锁定三点之间的几何位置关系，当三角形的两个顶点以及它们之间的边长确定后，可利用这两点测量得到的第三点的两个来向进行夹角定位，得到第三点的位置信息。该方法的先决条件要求三角形的三个顶点之间能够两两相互测得信号来波方向。
参见图5，
Figure GDA0003882962040000137
为坐标原点，
Figure GDA0003882962040000138
为AP初始定位点，当
Figure GDA0003882962040000139
与
Figure GDA00038829620400001310
三角形两个顶点确定后，结合
Figure GDA00038829620400001311
测得的未知结点
Figure GDA00038829620400001312
信号来波方向βm,p与
Figure GDA00038829620400001313
测量的未知节点
Figure GDA00038829620400001314
的信号来波方向
Figure GDA00038829620400001315
可计算节点
Figure GDA00038829620400001316
在虚拟全局坐标系下的位置，计算公式如下所示：
Figure GDA00038829620400001317
令
Figure GDA00038829620400001318
为
Figure GDA00038829620400001319
在虚拟全局坐标系的估计值。
Figure GDA00038829620400001320
的定位实现了虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400001321
从1维向2维的扩展。
实施例5：
基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法同实施例1-4，步骤(6)中所述的三角形共边定位方法原理如下：
(6a)、针对每个待定位AP节点
Figure GDA00038829620400001322
在已定位节点矩阵
Figure GDA00038829620400001323
中构建测向封闭三角形组合关系，即在
Figure GDA00038829620400001324
中至少搜索得到两个已定位节点，要求这两个节点与
Figure GDA00038829620400001325
之间满足信号来向角度的两两可测关系；当搜索失败时，跳过该节点
Figure GDA0003882962040000141
更换新的待定位节点寻找测向封闭三角形组合关系，直到找到满足关系的新待定位节点；测向封闭三角形组合确定后可利用上述三角形测向交叉定位方法解析
Figure GDA0003882962040000142
的位置信息；
(6b)、当搜索成功时，假设该待定位节点与搜索到的已定位节点分别为
Figure GDA0003882962040000143
此时
Figure GDA0003882962040000144
所构成测向封闭三角形Δv,m,l，与已定位矩阵
Figure GDA0003882962040000145
中某三点构建的三角形存在共边，该共边为
Figure GDA0003882962040000146
与
Figure GDA0003882962040000147
连线
Figure GDA0003882962040000148
共边
Figure GDA0003882962040000149
的存在约束了测向封闭三角形Δv,m,l的大小；
需要注意的是，利用已定位节点
Figure GDA00038829620400001410
以及
Figure GDA00038829620400001411
对
Figure GDA00038829620400001412
进行位置计算时，要求
Figure GDA00038829620400001413
Figure GDA00038829620400001414
三点构成的几何夹角
Figure GDA00038829620400001415
均不能过小，因为此时
Figure GDA00038829620400001416
近乎位于
Figure GDA00038829620400001417
与
Figure GDA00038829620400001418
的连线直线上，较小的角度测量误差Δβm,v、Δβl,v将引起巨大的
Figure GDA00038829620400001419
位置解析误差，这是一种病态的几何结构，当遇到这种情况时，需要停止对节点
Figure GDA00038829620400001420
的定位，继续更换待定位节点。要实现这种病态几何结构的规避，需要计算
Figure GDA00038829620400001421
所构成三角形的三个内角，具体计算方法为：
Figure GDA00038829620400001422
采用上述公式可同样计算出
Figure GDA00038829620400001423
判断计算得到的夹角
Figure GDA00038829620400001424
Figure GDA00038829620400001425
中是否有任一一个小于夹角判断门限ξ，若存在则放弃此次对
Figure GDA00038829620400001426
的定位。在后续仿真中，令ξ＝15°；
(6c)、在虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400001427
下，当测向封闭三角形Δv,m,l、三角形内已定位节点位置
Figure GDA00038829620400001428
与
Figure GDA00038829620400001429
与
Figure GDA00038829620400001430
测量得到的
Figure GDA00038829620400001431
信号来波方向
Figure GDA00038829620400001432
与
Figure GDA00038829620400001433
确定后，便可利用三角形交叉定位法计算得到
Figure GDA00038829620400001434
实现
Figure GDA00038829620400001435
估计后，计算节点
Figure GDA00038829620400001436
在虚拟全局坐标系
Figure GDA00038829620400001437
下的旋转校正角度
Figure GDA0003882962040000151
并实现虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000152
下
Figure GDA0003882962040000153
测量到达角度的校正
Figure GDA0003882962040000154
计算节点
Figure GDA0003882962040000155
在虚拟全局坐标系
Figure GDA0003882962040000156
下的旋转校正角度
Figure GDA0003882962040000157
的计算方法与上述对已定位节点
Figure GDA0003882962040000158
在虚拟全局坐标系下的角度旋转步骤相同，可参照上述描述；
(6d)、完成
Figure GDA0003882962040000159
后，将其位置信息放置在已定位节点位置矩阵
Figure GDA00038829620400001510
中，将已定位节点代号存储在矢量d中，不断扩展
Figure GDA00038829620400001511
中节点位置矢量数量以及d中节点代号，直到完成所有M 个被定位节点的遍历，一个遍历周期后将未实现定位的所有节点代号存储在矢量u中；针对u中所有节点执行上述的第二次遍历定位，此次遍历中，将第一次遍历中由于未成功构建测向封闭三角形、或所构建测向封闭三角形病态的规避节点进行再次定位，因为第一次遍历后已定位节点位置矩阵
Figure GDA00038829620400001512
的不断扩展，部分节点将在第二次遍历中得到成功定位，共执行上述遍历过程L次，直到
Figure GDA00038829620400001513
矩阵以及d矢量不再扩展结束。后续仿真中，令L＝5。
本发明提出了一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法，可实现对干扰源的精确定位，为后续波束成形抗干扰方法提供必需的空域信息，实现在不增加AP数量、不改变信道情况的条件下提高WiFi通信的可靠性。其方案是：使用一组AP节点，利用其所搭载测向天线阵实现附近AP的到达方向测量，利用AP之间的到达角度测量结果实现全局坐标系下网内AP节点的被动相对定位；继而利用AP节点实现干扰源信号到达方向测量，结合定位得到的AP相对位置实现干扰源目标的全局坐标系相对被动定位。
下面结合仿真数据及结果，对本发明的技术效果再作验证性说明。
实施例6：
基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法同实施1-5，仿真条件和内容如下：
一、仿真参数设置：
在2-D平面内布设M个AP结点，M的数值由同一AC接入的AP实际数量决定，M 个AP节点共同构成一个WiFi网络构型；M个AP节点在(x∈[-150,150]m， y∈[-150,150]m)的2-D空间内随机分布，要求任意两个AP之间的距离不小于15米，共随机生成N个不同的WiFi网络构型，每个构型均由M个AP结点组成。本发明设置 M＝20，其中一个网络构型如图2所示。在实际应用情况下，AP节点要求所接收到的网内某其它AP的信号强度不能过低，AP节点
Figure GDA0003882962040000161
接收到附近节点
Figure GDA0003882962040000162
所发射信号强度大小受它们之间距离
Figure GDA0003882962040000163
与
Figure GDA0003882962040000164
之间的传输遮挡衰落、节点
Figure GDA0003882962040000165
信号发射强度等因素决定。假设当
Figure GDA0003882962040000166
时，节点
Figure GDA0003882962040000167
所接收到节点
Figure GDA0003882962040000168
的信号强度满足
Figure GDA0003882962040000169
针对
Figure GDA00038829620400001610
的信号到达角度测量要求，且假设
Figure GDA00038829620400001611
与
Figure GDA00038829620400001612
之间具备到达角度互测能力，即若
Figure GDA00038829620400001616
节点可测得
Figure GDA00038829620400001613
节点的信号到达角度，
Figure GDA00038829620400001614
节点也可测得
Figure GDA00038829620400001615
节点的信号到达角度。
在上述仿真参数约束下，AP构型内节点之间的角度可测关系如图3所示，图中红色连线表示端点两个AP之间具有到达角度可测性；图3(a)所示构型中，所有AP的到达角度可测关系构成唯一集合(定义为AP测角连通集合)，图3(b)所示构型中，所有 AP的到达角度可测关系构成非唯一的测角连通集合，即网内至少有两组AP集合可独立构成角度可测关系，两个测角连通集合之间由于距离过远，不满足任意两AP之间的角度可测性。
二、仿真内容与结果
以图3(b)所示的具有两个AP测角连通集合的网络构型为例，给出AP定位效果示意，令两个AP测角连通集合的原点在全局坐标系内分别为[200,200]Tm与[-100,-100]Tm，构型相对大小约束值分别为D＝200m与D＝100m，两个原点局部坐标系相对全局坐标系的旋转角度分别为10°与15°，当Δβi,j的均方差σβ＝1°时，AP构型初始定位结果如图7 所示。
图7中，圆形标记表示网内AP的真实位置，红色实线表示网内两AP之间具备到达角度互测能力。蓝色星型标记表示网内AP被定位位置，蓝色虚线表示AP被定位位置的角度互测关系。
为体现定位性能，将图7中两个AP测角连通集合的原点均纠正为集合内角度测量能力最强的节点
Figure GDA0003882962040000171
在全局坐标系下的真实位置，并将构型相对大小约束值D转换为
Figure GDA0003882962040000172
与 AP初始定位点
Figure GDA0003882962040000173
在全局坐标系下的真实距离，则图7可纠正变换为图8。
如图8所示，纠正后的AP构型与真实构型非常相似，但定位得到的AP构型中存在一个未被定位的AP节点，该节点由于无法构成共边三角形而定位失败；定位出AP构型与真实构型之间存在旋转角度差异。将图8所示构型，以原点
Figure GDA0003882962040000174
为中心，面向全局坐标系作角度旋转，两个测角连通集合的旋转角度分别为10°与15°，得到旋转后的定位构型如图9所示。定位后AP构型得到正确旋转后，与真实AP构型之间契合度非常高，表示 AP节点定位良好。
以图3(b)所示的具有两个AP测角连通集合的网络构型为例，给出干扰源被动定位效果示意，针对每种AP构型，在x∈[-150,150]m,y∈[-150,150]m的2-D空间内随机生成K＝100个干扰源，图9所示经过原点校正、构型大小校正及角度旋转校正后的AP 构型，加入所有干扰源后如图11所示。图11显示了经过原点校正、构型大小校正及角度旋转校正后的AP构型与干扰源真实位置的关系。
采用基于网内AP相对定位的干扰源被动定位技术，对K＝100个干扰源进行逐个被动定位，当Δβi,j均方差σβ＝1°、
Figure GDA0003882962040000175
均方差
Figure GDA0003882962040000176
是，干扰源定位结果如图12所示。图12中干扰源位置与AP构型已经过原点校正、构型大小校正及角度旋转，经过校正后干扰源被定位位置与其真实位置契合度很高，说明本发明所提出的基于AP天线阵测向的 WiFi干扰源被动定位技术可实现对干扰源的精确定位。
实施例7：
基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法同实施1-5，仿真条件和内容如下：
一、仿真参数设置：
在2-D平面内随机生成N＝200个不同的WiFi网络构型，每个网络构型下AP节点数量M＝20，每个构型下随机生成干扰源数量K＝300，AP节点与干扰源在 x∈[-150,150]m,y∈[-150,150]m的2-D平面内随机生成；当AP节点之间的距离
Figure GDA0003882962040000181
时，节点
Figure GDA0003882962040000182
与节点
Figure GDA0003882962040000183
满足信号到达角度测量要求；当AP节点
Figure GDA0003882962040000184
与干扰源
Figure GDA0003882962040000185
之间的距离
Figure GDA0003882962040000186
节点
Figure GDA0003882962040000187
与干扰源
Figure GDA0003882962040000188
满足信号到达角度测量要求；将AP测角连通集合的原点均设置为集合内角度测量能力最强的节点在全局坐标系下的真实位置，并将构型相对大小约束值D设置为原点节点与AP初始定位结点在全局坐标系下的真实位置，计算定位误差。
二、仿真内容与结果：
定位性能通过如下所示的均方误差来表示：
Figure GDA0003882962040000189
其中
Figure GDA00038829620400001810
表示对干扰源*的估计值，Ks为每个构型内成功被定位的干扰源数量，
Figure GDA00038829620400001811
已通过原点校正、构型大小校正、角度旋转校正到全局坐标系下。
假定AP之间的到达角度测量方法与AP面向干扰源的到达角度测量方法相同，可设定AP之间的到达角度测量均方差与AP面向干扰源的到达角度测量均方差相同，即令
Figure GDA00038829620400001812
干扰源定位误差随天线阵测向误差变化曲线如图13所示，图中天线阵测向误差的均方差取值范围为σβ＝0°:0.5°:5°。图13表明在天线阵测向存在误差的情况下，本发明所提出的基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法仍可实现对干扰源的精确定位。
综上所述，本发明公开的一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法，实现了对WiFi通信网络中干扰源的精确定位，为后续波束成形抗干扰方法提供必需的空域信息，实现在不增加AP数量、不改变信道情况的条件下提高WiFi通信的可靠性。其方案包括：使用一组AP节点，利用其所搭载测向天线阵实现附近AP的到达方向测量；统计在虚拟全局坐标系内测得其它AP信号来向最多的节点作为坐标原点
Figure GDA0003882962040000191
约束坐标原点
Figure GDA0003882962040000192
与初始定位点
Figure GDA0003882962040000193
之间的距离，结合
Figure GDA0003882962040000194
测得的
Figure GDA0003882962040000195
信号来波方向求解AP初始定位点
Figure GDA0003882962040000196
在全局坐标系下的位置；进行已定位节点
Figure GDA0003882962040000197
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正；当
Figure GDA0003882962040000198
与
Figure GDA0003882962040000199
三角形两个顶点确定后，结合
Figure GDA00038829620400001910
测得的
Figure GDA00038829620400001911
信号来波方向βm,p与
Figure GDA00038829620400001912
测得的
Figure GDA00038829620400001913
信号来波方
Figure GDA00038829620400001914
使用三角形交叉定位法计算得到节点
Figure GDA00038829620400001915
在虚拟全局坐标系下的位置；进行已定位节点
Figure GDA00038829620400001916
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正；采用三角形共边定位方法对剩余其它 AP进行逐个定位；统计所有被定位AP节点测量得到的干扰源
Figure GDA00038829620400001917
信号来向信息并将其旋转校正到虚拟全局坐标系，当同时有两个已定位节点可测得干扰源
Figure GDA00038829620400001918
的信号来波方向时，执行面向干扰源的交叉定位算法，在AP测角连通集合所对应的虚拟全局坐标系内，可计算得到干扰源
Figure GDA00038829620400001919
在虚拟全局坐标系下的位置。本发明应用于电子信息领域。
本发明公开了一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法，实现了对WiFi通信网络中干扰源的精确定位，为后续波束成形抗干扰方法提供必需的空域信息，实现在不增加AP数量、不改变信道情况的条件下提高WiFi通信的可靠性。其方案是：使用一组AP节点，利用其所搭载测向天线阵实现附近AP的到达方向测量；统计在虚拟全局坐标系内测得其它AP信号来向最多的节点作为坐标原点
Figure GDA00038829620400001920
约束坐标原点
Figure GDA00038829620400001921
与初始定位点
Figure GDA00038829620400001922
之间的距离，结合
Figure GDA00038829620400001923
测得的
Figure GDA00038829620400001924
信号来波方向求解AP初始定位点
Figure GDA00038829620400001925
在全局坐标系下的位置；进行已定位节点
Figure GDA00038829620400001926
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正；当
Figure GDA00038829620400001927
与
Figure GDA00038829620400001928
三角形两个顶点确定后，结合
Figure GDA00038829620400001929
测得的
Figure GDA00038829620400001930
信号来波方向βm,p与
Figure GDA00038829620400001931
测得的
Figure GDA00038829620400001932
信号来波方
Figure GDA00038829620400001933
使用三角形交叉定位法计算得到节点
Figure GDA00038829620400001934
在虚拟全局坐标系下的位置；进行已定位节点
Figure GDA00038829620400001935
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正；采用三角形共边定位方法对剩余其它AP进行逐个定位；统计所有被定位AP节点测量得到的干扰源
Figure GDA00038829620400001936
信号来向信息并将其旋转校正到虚拟全局坐标系，当同时有两个已定位节点可测得干扰源
Figure GDA0003882962040000201
的信号来波方向时，执行面向干扰源的交叉定位算法，在AP测角连通集合所对应的虚拟全局坐标系内，可计算得到干扰源
Figure GDA0003882962040000202
在虚拟全局坐标系下的位置。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种将WiFi系统抗干扰问题转化为电子侦察领域中的干扰源被动定位的新的技术方案：本发明使用一组AP节点，利用其所搭载测向天线阵实现附近AP的到达方向测量，利用AP之间的到达角度测量结果实现全局坐标系下网内AP节点的被动相对定位；继而利用AP节点实现干扰源信号到达方向测量，结合定位得到的AP相对位置实现干扰源目标的全局坐标系相对被动定位。实现了对干扰源的定位，可为后续波束成形抗干扰方法提供必需的空域信息，实现在不增加AP数量、不改变信道情况的条件下提高WiFi通信的可靠性；实现了对干扰源的定位，对于WiFi接入用户可直接减少或取缔干扰。
无需增加AP数量或改变信道情况：本发明提出的基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法可为WiFi天线阵列调整定位增益提供必要的空域信息，在自适应天线阵列领域内的高新WiFi天线阵列可让系统在不增加AP数量的情况下，通过定向天线优势获得增益与信道，即将WiFi信号直接定向给一名接入用户，并监视该用户信号，确保以最高吞吐量传输，同时经常性的重新定向WiFi传输的信号路径，在不改变信道情况下使用干净的信号路径，这对于抵抗距离某接入用户较近的干扰、保障该用户服务质量效果显著。

Claims (1)

1.一种基于AP天线阵测向的WiFi干扰源被动定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、设网内其中任一个AP节点为
Figure FDA0003882962030000011
除该节点外的其他任意一个节点设为
Figure FDA0003882962030000012
其中j≠i，分别测量AP节点
Figure FDA0003882962030000013
到达其他任意一个节点
Figure FDA0003882962030000014
的到达角度βi,j，将得到的到达角度βi,j整理为矢量βi＝[βi,1,βi,2,...,βi,j,...,βi,M-1]T，当节点
Figure FDA0003882962030000015
无法测得节点
Figure FDA0003882962030000016
的到达方向时，设βi,j＝NaN，将所有节点相互测量得到的到达角度整理矩阵β＝[β1,β2,...,βi,...,βM]T；
(2)、确定坐标原点：定义虚拟全局坐标系
Figure FDA0003882962030000017
在
Figure FDA0003882962030000018
内，首先在β中进行统计，即统计哪个节点拥有从其他节点来向最多，并设该节点为
Figure FDA0003882962030000019
定义节点
Figure FDA00038829620300000110
为虚拟全局坐标系的坐标原点，以该节点
Figure FDA00038829620300000111
所在局部坐标系的e2轴为虚拟全局坐标系的
Figure FDA00038829620300000112
轴，即以节点
Figure FDA00038829620300000113
所在的局部坐标系为虚拟全局坐标系
Figure FDA00038829620300000114
在此令坐标原点位置为
Figure FDA00038829620300000115
(3)、确定AP初始定位点：步骤(2)中坐标原点确定后，在坐标原点对应的βm＝[βm,1,βm,2,...,βm,j,...,βm,M-1]T内搜索不为NaN的元素，当同时搜索到两个不为NaN的元素βm,p、βm,l时，表示坐标原点
Figure FDA00038829620300000116
可测得节点
Figure FDA00038829620300000117
与
Figure FDA00038829620300000118
的信号来波方向，约束
Figure FDA00038829620300000119
与
Figure FDA00038829620300000120
之间距离
Figure FDA00038829620300000121
结合βm,l可求解
Figure FDA00038829620300000122
在虚拟全局坐标系
Figure FDA00038829620300000123
内的位置；所述的
Figure FDA00038829620300000124
在虚拟全局坐标系
Figure FDA00038829620300000125
内的位置用公式表示为：
Figure FDA00038829620300000126
其中D表示
Figure FDA00038829620300000127
与
Figure FDA00038829620300000128
之间的距离，D的取值可先随意假设，D的大小决定了未来所定位得到的AP网络虚拟构型的相对大小，在一个AP测角连通集合内，仅可定义一次D的取值，否则同一AP测角连通集合内的两个D的取值定义将互相冲突；在不同的AP测角连通集合内可定义各自不同D，βm,l表示坐标原点
Figure FDA00038829620300000129
测得节点
Figure FDA00038829620300000130
的信号来波方向；
(4)、进行已定位节点
Figure FDA00038829620300000131
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正，其具体过程为：
(4a)、节点
Figure FDA00038829620300000132
被定位后，可利用
Figure FDA00038829620300000133
与
Figure FDA00038829620300000134
之间的位置关系，计算得到虚拟全局坐标系
Figure FDA00038829620300000135
内
Figure FDA00038829620300000136
信号达到
Figure FDA00038829620300000137
的来波方向
Figure FDA00038829620300000138
Figure FDA00038829620300000139
的计算值
Figure FDA00038829620300000140
为：
Figure FDA0003882962030000021
(4b)、在
Figure FDA0003882962030000022
所在的局部坐标系下，
Figure FDA0003882962030000023
测量得到的节点
Figure FDA0003882962030000024
信号来波方向为βl,m，结合
Figure FDA0003882962030000025
可估计得到：
Figure FDA0003882962030000026
其中Δαl,m为
Figure FDA0003882962030000027
相对于
Figure FDA0003882962030000028
在全局坐标系
Figure FDA0003882962030000029
内的旋转夹角差值
Figure FDA00038829620300000210
的估计值；
(4c)、利用
Figure FDA00038829620300000211
实现
Figure FDA00038829620300000212
的局部坐标系向虚拟全局坐标系
Figure FDA00038829620300000213
的旋转纠正，使得
Figure FDA00038829620300000214
的局部坐标系与原点
Figure FDA00038829620300000215
的局部坐标系具有相同的坐标指向，旋转方法为：
Figure FDA00038829620300000216
得到的
Figure FDA00038829620300000217
j≠l为节点
Figure FDA00038829620300000218
在虚拟全局坐标系
Figure FDA00038829620300000219
下测量得到的其他节点的信号到达角度，当l＝m时，
Figure FDA00038829620300000220
即原点
Figure FDA00038829620300000221
不需要做角度旋转纠正，虚拟全局坐标系本身就是
Figure FDA00038829620300000222
所在的局部坐标系；
(5)、初始三角形定形：将
Figure FDA00038829620300000223
与
Figure FDA00038829620300000224
作为三角形的两个顶点，当
Figure FDA00038829620300000225
与
Figure FDA00038829620300000226
两个顶点确定后，仍无法仅结合
Figure FDA00038829620300000227
测得的
Figure FDA00038829620300000228
信号来波方向βm,p来确定
Figure FDA00038829620300000229
位置，那么就要要求已定位节点
Figure FDA00038829620300000230
在虚拟全局坐标系下，同时可测量未知节点
Figure FDA00038829620300000231
的信号来波方向
Figure FDA00038829620300000232
当
Figure FDA00038829620300000233
可测得时，节点
Figure FDA00038829620300000234
Figure FDA00038829620300000235
三点构成初始三角形几何关系，定义这种三角形为测向封闭三角形Δm,l,p；至此，使用三角形交叉定位法计算得到节点
Figure FDA00038829620300000236
在虚拟全局坐标系下的位置，继而进行已定位节点
Figure FDA00038829620300000237
在虚拟全局坐标系下的角度旋转纠正，其纠正过程与AP初始定位点
Figure FDA00038829620300000238
相同；所述的三角形交叉定位法的具体方法为：利用三个顶点的相互信号来波方向测量值，锁定三点之间的几何位置关系，当三角形的两个顶点以及它们之间的边长确定后，可利用这两点测量得到的第三点的两个来向进行夹角定位，得到第三点的位置信息；节点
Figure FDA00038829620300000239
在虚拟全局坐标系下的位置用公式表示为：
Figure FDA0003882962030000031
令
Figure FDA0003882962030000032
为
Figure FDA0003882962030000033
在虚拟全局坐标系的估计值；
(6)、三角形共边定位拓展：虚拟全局坐标系
Figure FDA0003882962030000034
下将已定位AP节点位置整理为矩阵
Figure FDA0003882962030000035
接着以此为基础，采用三角形共边定位方法对剩余其它AP节点进行逐个定位；所述的三角形共边定位方法对剩余其它AP节点进行逐个定位的过程为：
(6a)、针对每个待定位AP节点
Figure FDA0003882962030000036
在已定位节点矩阵
Figure FDA0003882962030000037
中构建测向封闭三角形组合关系，即在
Figure FDA0003882962030000038
中至少搜索得到两个已定位节点，要求这两个节点与
Figure FDA0003882962030000039
之间满足信号来向角度的两两可测关系；当搜索失败时，跳过该节点
Figure FDA00038829620300000310
更换新的待定位节点寻找测向封闭三角形组合关系，直到找到满足关系的新待定位节点；测向封闭三角形组合确定后可利用上述三角形测向交叉定位方法解析
Figure FDA00038829620300000311
的位置信息；
(6b)、当搜索成功时，假设该待定位节点与搜索到的已定位节点分别为
Figure FDA00038829620300000312
此时
Figure FDA00038829620300000313
所构成测向封闭三角形Δv,m,l，与已定位矩阵
Figure FDA00038829620300000314
中某三点构建的三角形存在共边，该共边为
Figure FDA00038829620300000315
与
Figure FDA00038829620300000316
连线
Figure FDA00038829620300000317
共边
Figure FDA00038829620300000318
的存在约束了测向封闭三角形Δv,m,l的大小；
(6c)、在虚拟全局坐标系
Figure FDA00038829620300000319
下，当测向封闭三角形Δv,m,l、三角形内已定位节点位置
Figure FDA00038829620300000320
与
Figure FDA00038829620300000321
与
Figure FDA00038829620300000322
测量得到的
Figure FDA00038829620300000323
信号来波方向
Figure FDA00038829620300000324
与
Figure FDA00038829620300000325
确定后，便可计算得到
Figure FDA00038829620300000326
实现
Figure FDA00038829620300000327
估计后，计算节点
Figure FDA00038829620300000328
在虚拟全局坐标系
Figure FDA00038829620300000329
下的旋转校正角度
Figure FDA00038829620300000330
并实现虚拟全局坐标系
Figure FDA00038829620300000331
下
Figure FDA00038829620300000332
测量到达角度的校正
Figure FDA00038829620300000333
(6d)、完成
Figure FDA00038829620300000334
后，将其位置信息放置在已定位节点位置矩阵
Figure FDA00038829620300000335
中，将已定位节点代号存储在矢量d中，不断扩展
Figure FDA00038829620300000336
中节点位置矢量数量以及d中节点代号，直到完成所有M个被定位节点的遍历，一个遍历周期后将未实现定位的所有节点代号存储在矢量u中；针对u中所有节点执行上述的第二次遍历定位，此次遍历中，将第一次遍历中由于未成功构建测向封闭三角形、或所构建测向封闭三角形病态的规避节点进行再次定位，因为第一次遍历后已定位节点位置矩阵
Figure FDA00038829620300000337
的不断扩展，部分节点将在第二次遍历中得到成功定位，共执行上述遍历过程L次，直到
Figure FDA0003882962030000041
矩阵以及d矢量不再扩展结束；
(7)、假设目前已完成对节点
Figure FDA0003882962030000042
的定位，设已定位节点的位置矩阵为
Figure FDA0003882962030000043
将
Figure FDA0003882962030000044
的位置信息放置在已定位节点位置矩阵
Figure FDA0003882962030000045
中，将已定位节点代号存储在矢量d中，不断扩展
Figure FDA0003882962030000046
中节点位置矢量数量以及d中节点代号，直到完成所有M个被定位节点的遍历，一个遍历周期后将未实现定位的所有节点代号存储在矢量u中，针对u中所有节点执行上述的第二次遍历定位，此次遍历中，将第一次遍历中由于未成功构建测向封闭三角形、或所构建测向封闭三角形病态的规避节点进行再次定位，共执行上述遍历过程L次，直到矩阵
Figure FDA0003882962030000047
以及矢量d不再扩展结束；
(8)、将所有被定位节点
Figure FDA0003882962030000048
测量得到的干扰源
Figure FDA0003882962030000049
来向信息
Figure FDA00038829620300000410
整理为干扰源测向矢量
Figure FDA00038829620300000411
其中P为d的长度，即已定位AP节点数量；当节点
Figure FDA00038829620300000412
无法测得干扰源
Figure FDA00038829620300000413
的到达方向时，
Figure FDA00038829620300000414
(9)、利用公式
Figure FDA00038829620300000415
将
Figure FDA00038829620300000416
旋转校正到虚拟全局坐标系，
Figure FDA00038829620300000417
为节点
Figure FDA00038829620300000418
在虚拟全局坐标系下测得的干扰源
Figure FDA00038829620300000419
的到达方向，令
Figure FDA00038829620300000420
(10)、在干扰源
Figure FDA00038829620300000421
对应的
Figure FDA00038829620300000422
内搜索不为NaN的元素，当同时搜索到两个不为NaN的元素
Figure FDA00038829620300000423
时，表示已定位节点
Figure FDA00038829620300000424
和
Figure FDA00038829620300000425
可同时测得干扰源
Figure FDA00038829620300000426
的信号来波方向，执行面向干扰源的交叉定位算法，在AP测角连通集合所对应的虚拟全局坐标系内，可计算得到干扰源
Figure FDA00038829620300000427
在虚拟全局坐标系下的位置。
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