具有頻譜認知能力的被動無線定位方法
2023-12-11 17:03:27
具有頻譜認知能力的被動無線定位方法
【專利摘要】本發明具有頻譜感知能力的被動無線定位方法屬於無線通信及無線網絡技術應用領域，涉及一種具有頻譜感知能力的被動無線定位方法。該方法具有頻譜特性感知能力，系統實時感知工作環境的頻譜特性，對各無線信道進行性能評估，選擇性能最好的信道進行定位和無線鏈路掃描，提高無線定位系統的位置估計精度；該方法利用多條無線鏈路測量信息估計出目標位置。該方法採用的系統由N個無線掃描節點，頻譜感知節點，無線控制節點，通用PC機和目標構成。該方法適用於頻譜特性變化較劇烈的環境，可在無需目標攜帶無線設備的情況下實現對無線網絡覆蓋區域內運動目標的被動定位跟蹤。
【專利說明】具有頻譜認知能力的被動無線定位方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於無線通信及無線網絡技術應用領域，研究一種具有頻譜感知能力的被動無線定位方法。
【背景技術】
[0002]為了滿足人們不斷增長的對「位置」信息的渴求，專家學者提出了多種定位跟蹤技術，如超聲波、攝像頭、藍牙、壓力、紅外、無線網絡等均可被用來實現定位。近年來，隨著無線技術的發展和普及，無線定位跟蹤技術以其低成本、高性能、便於工程實施等優點得到越來越多研究者的青睞，已成為當前主流的定位跟蹤方法。目前主流的無線定位跟蹤方法要求目標攜帶無線設備實現與各參考節點之間的無線測量，同時，目標參與執行位置估計算法。但是，在很多應用場合，如緊急救援、戰場監測等，目標是不配合的，無法要求目標攜帶無線設備來實現對其自身的定位。
[0003]被動無線定位跟蹤的思路最早由Wilson和Patwari提出，作者:J.Wilson andN.Patwari,在論文「Radio tomographic imaging with wireless networks，，，IEEETransactions on Mobile Computing, 2010, N0.5, P621-P632。他們提出一種藉助於無線掃描節點在某一固定無線信道下進行無線掃描從而實現位置估計的方法，但是，該方法只有在頻譜特性較穩定的條件下才能實現位置估計。然而，真實無線網絡的頻譜特性是複雜的、動態時變的，信道的特性是不穩定的，如果僅採用單一信道，定位性能勢必降低，該系統很難在頻譜特性較複雜的條件下實現定位。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是克服現有技術的缺陷，發明一種具有頻譜特性感知能力的被動無線定位方法，藉助具有無線信道的信號統計特性的變化感知無線信道特性，選擇性能較好的無線信道進行無線掃描，從而實現對無線網絡覆蓋範圍內移動目標的定位跟蹤。具有頻譜特性感知能力的被動無線定位方法從本質上有效抑制了頻域幹擾對被動無線定位系統的影響。提高被動無線定位技術在複雜頻譜環境下的性能，使被動無線定位跟蹤系統具有頻譜自適應性，有效抑制頻域幹擾對定位系統的影響。
[0005]本發明的技術方案是一種具有頻譜認知能力的被動無線定位方法，其特徵在於，被動無線定位方法具有頻譜特性感知能力，系統實時感知工作環境的頻譜特性，對各無線信道進行性能評估，選擇性能最好的信道進行定位和無線鏈路掃描，從而提高無線定位系統的位置估計精度；頻譜評估算法基於各無線信道的波動特徵評估各個無線信道，位置估計算法基於極大似然估計原理，利用多條無線鏈路測量信息估計出目標位置，被動無線定位方法具體步驟如下:
[0006]a)由目標(4)向外圍成一個矩形區域，在矩形區域的四邊均勻放置N個無線掃描節點，並將頻譜感知節點1、無線控制節點2、通用PC機3放置在網絡覆蓋區域附近；
[0007]b)無線掃描節點採用寬帶全向天線，無線掃描節點之間通過多個無線信道進行無線通信，實現對無線信道鏈路接收信號強度的測量；
[0008]c)無線控制節點採用寬帶全向天線，具有與通用PC機及頻譜感知節點進行數據傳輸的USB接口或者串行通信接口 ；無線控制節點控制各無線掃描節點工作信道，採集各掃描節點對之間的無線信道鏈路接收信號強度測量信息，同時，將採集的信息發送給通用PC機；
[0009]d)通用PC機具有與無線控制節點進行數據傳輸的USB接口或者串行通信接口，在通用PC機上運行的位置估計算法，根據鏈路信號強度信息實現對目標位置的估計；
[0010]e)頻譜感知節點I具有寬帶頻譜掃描能力，寬帶全向天線具有多信道並行監測能力；在頻譜感知節點上運行頻譜評估算法，該算法以測量得到的各無線信道的信號強度信息為輸入，計算各無線信道的噪聲波動，從而選擇出波動最小的無線信道；假設對某信道進行了 T次測量，每次的信號強度為y(t)，該信道的波動計算如下:
【權利要求】
1.一種具有頻譜特性感知能力的被動無線定位方法，其特徵在於，被動無線定位方法具有頻譜特性感知能力，系統實時感知工作環境的頻譜特性，對各無線信道進行性能評估，選擇性能最好的信道進行定位和無線鏈路掃描，提高無線定位系統的位置估計精度；頻譜評估算法基於各無線信道的波動特徵評估各個無線信道，位置估計算法基於極大似然估計原理，利用多條無線鏈路測量信息估計出目標位置，被動無線定位方法具體步驟如下: a)由目標(4)向外圍成一個矩形區域，在矩形區域的四邊均勻放置N個無線掃描節點，並將頻譜感知節點(I)、無線控制節點(2)、通用PC機(3)放置在網絡覆蓋區域附近； b)無線掃描節點採用寬帶全向天線，無線掃描節點之間通過多個無線信道進行無線通信，實現對無線信道鏈路接收信號強度的測量； c)無線控制節點採用寬帶全向天線，具有與通用PC機及頻譜感知節點進行數據傳輸的USB接口或者串行通信接口 ；無線控制節點控制各無線掃描節點工作信道，採集各掃描節點對之間的無線信道鏈路接收信號強度測量信息，同時，將採集的信息發送給通用PC機； d)通用PC機具有與無線控制節點進行數據傳輸的USB接口或者串行通信接口，在通用PC機上運行的位置估計算法，根據鏈路信號強度信息實現對目標位置的估計； e)頻譜感知節點(I)具有寬帶頻譜掃描能力，寬帶全向天線具有多信道並行監測能力；在頻譜感知節點上運行頻譜評估算法，該算法以測量得到的各無線信道的信號強度信息為輸入，計算各無線信道的噪聲波動，從而選擇出波動最小的無線信道；假設對某信道進行了 T次測量，每次的信號強度為y(t)，該信道的波動計算如下:
2.根據權利要求1所述的一種具有頻譜特性感知能力的被動無線定位方法，其特徵在於，該被動無線定位方法採用的系統由N個無線掃描節點，頻譜感知節點(I )，無線控制節點(2)，通用PC機(3)和目標(4)構成，頻譜評估算法和位置估計算法安裝在通用PC機(3)中，N個無 線掃描節點、無線匯聚節點、通用PC機之間進行無線通信。
【文檔編號】H04W64/00GK103763767SQ201310205301
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年5月28日 優先權日:2013年5月28日
【發明者】王潔, 高慶華, 王洪玉, 吳力飛, 孫立奎 申請人:大連理工大學