专利名称：基于观察者移动轨迹信号场景分析的无线定位方法
技术领域：
本发明申请公开一种信息技术领域的无线定位方法，利用观察者移动过程的信号场景来提高定位精度。
背景技术：
目前国内对移动通信终端的无线定位技术主要是基于信号能量和各种时间差分方法。商业化的无线定位技术和专利很多都是基于基站的地理信息和能量、信号时间差的方法，同时由于一般是在网络端或者手机端发起，不能用于观察者的角度来实现定位。这些都是主动识别和定位的方法。针对观察者的无线定位方法在2G和2. 5G时代可以用伪基站的方法来利用时间差法实现，但是在3G时代由于鉴权的功能相当完善，伪基站方法难以行得通，目前多是基于信号识别和能量图的机理，根据能量来进行识别和定位的。基于能量的方法很容易在多径反射中迷失方向，最典型的例子是能量图显示的是各个方向都有能量分布，尽管在每个观察点只有一个信号能量极值和一个极值方向，但是在观察者移动的过程中还会发生目标能量跳变，观察者只有单点的信息导致了在实际定位的过程中容易出现迷惑的问题。因此国内几家基于信号能量的被动定位产品均不可避免发生此类问题。由于观察者不能获得基站和终端的互动，在城市复杂环境中非常难准确定位。本发明通过让观察者沿着一定的轨迹围绕使用移动通信终端的目标移动，来实现对目标信息集中收集和综合评判，提高位置判断的精确性。还可以以概率图代替能量图，通过各种条件判断目标在可能存在区域内的贝叶斯概率，并根据情况实时更新来更准确地寻找和发现目标。
发明内容
本发明申请让观察者配备GPS定位机制(包括但不限于GPS、AGPS定位的方法)、 电子地图和能够分辨目标信号能量方向/强度的探测仪，让观察者围绕目标位置一圈，来大体判断目标最可能在这一圈内的具体位置。将能量方向分布图显示在电子地图上的观察者轨迹上。利用观察点能量方向分布图上能量极值的方向作为当前观察点的最可能能量方向。如果遇到能量跳变或者能量低谷，则开始寻找另外一个信号极值的峰值点。当围绕一圈结束后，可以利用观察者轨迹上能量最大的点作为目标候选观察点。能量最大的点后面经历跳变的能量低谷后，再出现的最大值作为第二候选观测点，以此类推，直到把绕轨迹一圈中所有的能量极值点都找到，作为其他候选观测点。绕目标一周结束后，如果只有一个能量峰值，则表明目标基本没有被遮挡信号，处理起来就相对简单，将最大值点前后的观察点的最大信号能量方向延长至交汇即可得到目标最可能的范围。如果有多个能量峰值，根据该峰值点出现在轨迹图上的位置及峰值信号的极值能量方向来综合断定。由于在城市里进行定位的时候建筑错综复杂，目标有可能出现在高层建筑里面， 得到的信号可能是反射信号，因此有些背离的峰值点方向只需要按照周围建筑的形貌做信号反射反推即可，这一原则在观察者于高层建筑底层定位在高层的目标时非常有用，可以修正90%以上的由“灯下黑现象”引起的错误方向。也就是说，给观察者配备GPS、电子地图和能够分辨目标信号能量及方向的探测器，通过让观察者绕目标一周，并记录移动过程中的观察者位置、目标信号能量及方向。对记录的观察点的能量极值进行峰谷分析，找到能量极值在观察者移动过程中的一个或多个峰值点，将信号极值强的峰值点作为定位的候选点。对于候选点的极值能量方向偏离移动轨迹方向的，利用候选点周围的大型物体的走向来对偏离的方向进行反射模型校正；将候选点的极值能量方向或者校正的的方向的延长线的交集构成的点或者区域作为目标对象的位置。而寻找上述峰值点的过程在观察者开始绕圈的时候就可以开始了。
附图I是本发明申请的实现步骤。附图2是本发明申请的综合评价方法对三种情形的定位处理。
具体实施例方式如附图I所示，本发明申请进行无线定位的过程如下I、利用观察者配备的GPS设备获取观察者的位置信息，在电子地图上显示观察者的位置；2、同时获取观察者当前位置的跟踪目标的信息能量在各个方向的分布图，并记录在电子地图上；3、观察者绕目标一周，重复步骤I的动作，同时寻找观察者轨迹方向上信号能量最大的点作为候选点，显示其能量分布；寻找信息能量极值的低谷来寻找观察者轨迹上的其他峰值，作为候选点；综合评价候选点来得到目标可能的位置，在电子地图上标出来。如附图2所示，本发明申请进行无线定位过程中综合评价候选点的过程简化为图中的三种情形，图中的观察者轨迹是为了解释本发明给出的一个示意图，不代表观察者必须沿着图中的轨迹行进；图中的观察点位置和信号能量的极值方向也是示意图，不代表实际情况必须如此。综合评价方法如下I、单峰值模型在观察者移动过程中，每一个观察点的能量极值在观察者移动轨迹201上只构成一个峰值候选点205，即观察点的能量极值在观察者移动过程中没有跳变， 这是非常理想的情况，在视野开阔的郊外进行定位的时候符合这种情况。这种情况下只需要在峰值候选点A的信号方向上做延长线203，然后任选其他几个距离A点较远的观察点出能量极值方向做延长线203，交汇点即可以较准确推断目标的位置。附图2的a图中观察者轨迹201、峰值候选点位置A和其他点的位置、观察点的能量极值方向均只是为了解释本申请的原理给出的示意图，具体应根据实际情况来定位。2、多峰值简单模型在观察者移动的过程中，每一个观察点的能量极值在观察者移动轨迹201上构成多个峰值候选点205，即观察点的能量极值在观察者移动过程中有跳变或者起伏，表明有障碍阻挡和多径反射的存在，但是极值方向均指向轨迹内，表明情况也比较理想。将多个峰值候选点的能量极值方向延长线203构成的焦点或者多边形区域认为是目标最可能的位置。比如附图2的b中有A、B、C、D峰值能量较大的四个点的极值方向的延长线203交汇于一点即目标的最可能位置。图中的A、B、C、D四个能量极值候选点只是一种示意，峰值候选点的数量和位置、信号能量方向、观察者的移动轨迹201均只是一种示意，应根据实际情况来进行位置的寻找，不表示本专利申请只能处理四个峰值点和如图所示的观察者移动轨迹、峰值候选点位置、信号能量方向。3、多峰值复杂模型在观察者移动的过程中，每一个观察点的能量极值在轨迹上构成多个峰值候选点，即观察点的能量极值在观察者移动过程中有跳变或者起伏，表明有障碍阻挡和多径反射的存在，但是极值方向的延长线203不一定全指向轨迹构成的形状内，表明空间环境比较复杂，多见于在城市的社区里面沿着街道进行定位的时候的情形。这种情况下，我们认为观察者的移动轨迹是在一个狭缝状的环形带202里面，如附图中的202 所示，狭缝主要是由建筑物等大型物体构成。因此对于指向移动轨迹202之外的候选点的能量极值方向的延长线206，按照该候选点轨迹的外圈的大型物体的走向来进行反射变换成为指向202里面的反射延长线204。反射延长线204与其他指向202圈内的其他候选点的信号能量极值延长线203的焦点或者延长线构成的多边形即目标最可能的位置。比如如附图2的c图所示，A、B这两个候选点的能量极值方向指向观察者轨迹带202的圈外，C、D 这两个候选点指向的是202的圈内，此时对A候选点的信号能量极值方向延长线206按照外圈的大型物体走向207做一个反射，反射方向即目标的最可能方向204 ;对B候选点的信号能量极值方向也如此这般做反射，就可以在观察者轨迹带内得到其可能的位置了。当符合多峰值复杂模型的时候，尽量选取指向观察者移动轨迹带里面的信号强的极值点，使其简化为多峰值简单模型，这样会更精确一点。如果找不到足够的指向观察者移动轨迹带里面的信号强的极值点，则尽量使用较强信号的峰值点。本发明申请的有益后果是，通过本申请方案的实施，能够显著提高观察者定位无线终端的速度和准确度，能够将定位精度从50米提高到O. 5米，并且能够将多径反射模型进行简化，简化了信号处理的复杂度。不管是对于常规的无线定位还是移动通信终端的定位，都可以利用本申请的方案进行快速准确的定位。对于移动通信终端来说，如果其没有进行持续通信，比较难获取持续的定位轨迹。 而如何让移动通信终端持续地通信，不是本专利申请的讨论的焦点。还有移动通信信号频段内有多个终端可能在通信，如何在多个信号中识别目标的信号并将信号用能量方向分布图来表示的技术不是本专利申请关注的焦点。
权利要求
1.一种基于观察者移动轨迹信号场景分析的无线定位方法，其特征在于给观察者配备GPS、电子地图和能够分辨目标信号能量及方向的探测器，通过让观察者绕目标一周，并记录移动过程中的观察者位置、目标信号能量及方向。
2.一种符合权利要求I的基于观察者移动轨迹信号场景分析的无线定位方法，其特征在于对记录的观察点的能量极值进行峰谷分析，找到能量极值在观察者移动过程中的一个或多个峰值点，将信号极值强的峰值点作为定位的候选点。
3.一种符合权利要求2的基于观察者移动轨迹信号场景分析的无线定位方法，其特征在于对于候选点的极值能量方向偏离移动轨迹方向的，利用候选点周围的大型物体的走向来对偏离的方向进行反射模型校正；将候选点的极值能量方向或者校正的的方向的延长线的交集构成的点或者区域作为目标对象的位置。
全文摘要
本发明公布一种信息技术领域的无线定位方法。通过让观察者配备GPS设备、电子地图和能够分辨目标信号能量强度及方向的设备，让观察者围绕目标移动一周的同时将移动轨迹上的信号能量分布图记录下来，并寻找观察点能量极值的峰值点作为候选点，对信号场景利用三个模型进行综合评估得到目标的精确位置。当观察点的能量极值方向与目标所在的区域冲突的时候，利用观察点周边的大型物体的走向来修正信号方向来实现正确的定位。本发明能够提高无线定位的准确度，降低定位过程的复杂性。
文档编号G01S19/42GK102590838SQ201210020550
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月30日 优先权日2012年1月30日
发明者彭艳兵 申请人:南京烽火星空通信发展有限公司