具有频谱认知能力的被动无线定位方法
【专利摘要】本发明具有频谱感知能力的被动无线定位方法属于无线通信及无线网络技术应用领域，涉及一种具有频谱感知能力的被动无线定位方法。该方法具有频谱特性感知能力，系统实时感知工作环境的频谱特性，对各无线信道进行性能评估，选择性能最好的信道进行定位和无线链路扫描，提高无线定位系统的位置估计精度；该方法利用多条无线链路测量信息估计出目标位置。该方法采用的系统由N个无线扫描节点，频谱感知节点，无线控制节点，通用PC机和目标构成。该方法适用于频谱特性变化较剧烈的环境，可在无需目标携带无线设备的情况下实现对无线网络覆盖区域内运动目标的被动定位跟踪。
【专利说明】具有频谱认知能力的被动无线定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信及无线网络技术应用领域，研究一种具有频谱感知能力的被动无线定位方法。
【背景技术】
[0002]为了满足人们不断增长的对“位置”信息的渴求，专家学者提出了多种定位跟踪技术，如超声波、摄像头、蓝牙、压力、红外、无线网络等均可被用来实现定位。近年来，随着无线技术的发展和普及，无线定位跟踪技术以其低成本、高性能、便于工程实施等优点得到越来越多研究者的青睐，已成为当前主流的定位跟踪方法。目前主流的无线定位跟踪方法要求目标携带无线设备实现与各参考节点之间的无线测量，同时，目标参与执行位置估计算法。但是，在很多应用场合，如紧急救援、战场监测等，目标是不配合的，无法要求目标携带无线设备来实现对其自身的定位。
[0003]被动无线定位跟踪的思路最早由Wilson和Patwari提出，作者:J.Wilson andN.Patwari,在论文“Radio tomographic imaging with wireless networks，，，IEEETransactions on Mobile Computing, 2010, N0.5, P621-P632。他们提出一种借助于无线扫描节点在某一固定无线信道下进行无线扫描从而实现位置估计的方法，但是，该方法只有在频谱特性较稳定的条件下才能实现位置估计。然而，真实无线网络的频谱特性是复杂的、动态时变的，信道的特性是不稳定的，如果仅采用单一信道，定位性能势必降低，该系统很难在频谱特性较复杂的条件下实现定位。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术的缺陷，发明一种具有频谱特性感知能力的被动无线定位方法，借助具有无线信道的信号统计特性的变化感知无线信道特性，选择性能较好的无线信道进行无线扫描，从而实现对无线网络覆盖范围内移动目标的定位跟踪。具有频谱特性感知能力的被动无线定位方法从本质上有效抑制了频域干扰对被动无线定位系统的影响。提高被动无线定位技术在复杂频谱环境下的性能，使被动无线定位跟踪系统具有频谱自适应性，有效抑制频域干扰对定位系统的影响。
[0005]本发明的技术方案是一种具有频谱认知能力的被动无线定位方法，其特征在于，被动无线定位方法具有频谱特性感知能力，系统实时感知工作环境的频谱特性，对各无线信道进行性能评估，选择性能最好的信道进行定位和无线链路扫描，从而提高无线定位系统的位置估计精度；频谱评估算法基于各无线信道的波动特征评估各个无线信道，位置估计算法基于极大似然估计原理，利用多条无线链路测量信息估计出目标位置，被动无线定位方法具体步骤如下:
[0006]a)由目标(4)向外围成一个矩形区域，在矩形区域的四边均匀放置N个无线扫描节点，并将频谱感知节点1、无线控制节点2、通用PC机3放置在网络覆盖区域附近；
[0007]b)无线扫描节点采用宽带全向天线，无线扫描节点之间通过多个无线信道进行无线通信，实现对无线信道链路接收信号强度的测量；
[0008]c)无线控制节点采用宽带全向天线，具有与通用PC机及频谱感知节点进行数据传输的USB接口或者串行通信接口 ；无线控制节点控制各无线扫描节点工作信道，采集各扫描节点对之间的无线信道链路接收信号强度测量信息，同时，将采集的信息发送给通用PC机；
[0009]d)通用PC机具有与无线控制节点进行数据传输的USB接口或者串行通信接口，在通用PC机上运行的位置估计算法，根据链路信号强度信息实现对目标位置的估计；
[0010]e)频谱感知节点I具有宽带频谱扫描能力，宽带全向天线具有多信道并行监测能力；在频谱感知节点上运行频谱评估算法，该算法以测量得到的各无线信道的信号强度信息为输入，计算各无线信道的噪声波动，从而选择出波动最小的无线信道；假设对某信道进行了 T次测量，每次的信号强度为y(t)，该信道的波动计算如下:
【权利要求】
1.一种具有频谱特性感知能力的被动无线定位方法，其特征在于，被动无线定位方法具有频谱特性感知能力，系统实时感知工作环境的频谱特性，对各无线信道进行性能评估，选择性能最好的信道进行定位和无线链路扫描，提高无线定位系统的位置估计精度；频谱评估算法基于各无线信道的波动特征评估各个无线信道，位置估计算法基于极大似然估计原理，利用多条无线链路测量信息估计出目标位置，被动无线定位方法具体步骤如下: a)由目标(4)向外围成一个矩形区域，在矩形区域的四边均匀放置N个无线扫描节点，并将频谱感知节点(I)、无线控制节点(2)、通用PC机(3)放置在网络覆盖区域附近； b)无线扫描节点采用宽带全向天线，无线扫描节点之间通过多个无线信道进行无线通信，实现对无线信道链路接收信号强度的测量； c)无线控制节点采用宽带全向天线，具有与通用PC机及频谱感知节点进行数据传输的USB接口或者串行通信接口 ；无线控制节点控制各无线扫描节点工作信道，采集各扫描节点对之间的无线信道链路接收信号强度测量信息，同时，将采集的信息发送给通用PC机； d)通用PC机具有与无线控制节点进行数据传输的USB接口或者串行通信接口，在通用PC机上运行的位置估计算法，根据链路信号强度信息实现对目标位置的估计； e)频谱感知节点(I)具有宽带频谱扫描能力，宽带全向天线具有多信道并行监测能力；在频谱感知节点上运行频谱评估算法，该算法以测量得到的各无线信道的信号强度信息为输入，计算各无线信道的噪声波动，从而选择出波动最小的无线信道；假设对某信道进行了 T次测量，每次的信号强度为y(t)，该信道的波动计算如下:
2.根据权利要求1所述的一种具有频谱特性感知能力的被动无线定位方法，其特征在于，该被动无线定位方法采用的系统由N个无线扫描节点，频谱感知节点(I )，无线控制节点(2)，通用PC机(3)和目标(4)构成，频谱评估算法和位置估计算法安装在通用PC机(3)中，N个无 线扫描节点、无线汇聚节点、通用PC机之间进行无线通信。
【文档编号】H04W64/00GK103763767SQ201310205301
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年5月28日 优先权日:2013年5月28日
【发明者】王洁, 高庆华, 王洪玉, 吴力飞, 孙立奎 申请人:大连理工大学