一种环境自适应的信号源定位方法
【专利摘要】该发明公开了一种环境自适应的信号源定位方法，属于对室内的无线信号源进行定位的方法，特别是利用设备接收到的信号强度差(SSD)对信号源进行室内定位的方法。该发明首先在定位区域内按要求设置信号监测器，信号源在16个信道上轮流发射信号，监测器接收信号源在各信道发射的RSS值并求平均；选择一个监测器的RSS平均值分别于其它监测器的RSS平均值相减，得到一组SSD信息，再计算出当前环境中的信号衰减因子和噪声信息，然后计算出当下SSD信息与信号源位置之间的线性关系式，带入当前SSD信息，计算出信号源的位置，实现发明目的。从而在定位过程中具有精度高、适应性强、工作稳定、成本低的效果。
【专利说明】一种环境自适应的信号源定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于对室内的无线信号源进行定位的方法，特别是利用设备接收到的信号强度差(SSD)对信号源进行室内定位的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，室内定位技术展现出广阔的发展前景和商业价值。譬如，大型超市对货物的跟踪管理，医院对病人的位置实时监控，博物馆内对馆藏物品的导航和智能家居等不胜枚举。因此在巨大的市场牵引力的作用下，寻找一个适合室内定位环境的定位系统，已经成为业界的研究重点。
[0003]中国专利201110112376《基于ZigBee技术的室内定位与环境监测系统》，是一种利用接收到的信号源信号强度(RSS)与信号源坐标之间所具有的非线性关系进行定位的方法。该方法首先记录多个信号监测器接收到的信号源信号强度信息。然后建立RSS信息与信号源位置之间的非线性关系方程组，最后利用最小二乘方法去解方程组，从而得到信号源的二维坐标。该方法虽然原理和实现过程相对简单，并且可在一定程度上克服了传统的室内无线定位技术受非视距传输效应的影响。但是非线性方程组的求解存在病态条件、收敛性不确定等问题，容易计算出错误的位置信息；计算量大，信号源位置计算需花时间长；在实际定位环境中，工作不稳定，RSS容易受到环境变化等诸多因素的影响，其中多径传播效应、信号衰减规律等对RSS的影响显得尤为严重。
【发明内容】
[0004]本发明目的是针对【背景技术】的不足之处改进设计了一种环境自适应的信号源定位方法，从而达到精度高、适应性强、工作稳定、成本低的目的。
[0005]本发明的技术方案是:首先在定位区域内按要求设置信号监测器，信号源在16个信道上轮流发射信号，监测器接收信号源在各信道发射的RSS值并求平均；选择一个监测器的RSS平均值分别于其它监测器的RSS平均值相减，得到一组SSD信息，再计算出当前环境中的信号衰减因子和噪声信息，然后计算出当下SSD信息与信号源位置之间的线性关系式，带入当前SSD信息，计算出信号源的位置，从而实现发明目的。因此，本发明方法包括:
[0006]步骤1.在定位环境中设置多个监测器并记录各监测器的位置坐标；
[0007]步骤2.将信号源置于定位环境中，然后信号源在设定的多个信道上轮流发射信号;
[0008]步骤3.各监测器接收信号源在各信道上的信号强度，然后对各监测器收到的多个信道上信号强度求平均，得到一组RSS平均值；
[0009]步骤4.选择一个监测器的RSS平均值，分别与其它监测器的RSS平均值相减，得到一组SSD信息，然后利用得到的SSD信息计算出当下环境中的信号衰减因子和噪声信息；
[0010]步骤5.根据信号传播模型，推导出SSD信息与信号源位置之间的线性关系式；[0011]步骤6.将步骤4得到的实时环境中的信号衰减因子、噪声信息和实时SSD信息带入步骤5得到的SSD信息与信号源位置之间的线性关系式中并求解方程得到信号源位置。
[0012]步骤2中信号源在16个信道上轮流发射信号；
[0013]步骤5中信号传播模型:
[0014]Pk = Ps-1O a logdk+nk
[0015]Pk表示距离信号源为dk时第k个监测器接收到的信号强度，PS为信号源发射功率。α为信号衰减因子。nk是环境噪声，一般可假Iii是服从均值为0，方差为0,高斯分布，即
η,~Λφ,σ2);
[0016]步骤5中建立的SSD信息与信号源位置之间的线性关系式为:
[0017]A Θ = b+w
[0018]其中
[0019]设信号源的坐标是(X，y, z)T, (Xi, Yi, Zi)τ是第i个监测器坐标，R = V-^+r+z3，第i个监测器至U目标的距离式=J(X-1)2+(.v—v,)2+(Z-Z,)2，
【权利要求】
1.一种环境自适应的信号源定位方法,该方法包括: 步骤1.在定位环境中设置多个监测器并记录各监测器的位置坐标； 步骤2.将信号源置于定位环境中，然后信号源在设定的多个信道上轮流发射信号；步骤3.各监测器接收信号源在各信道上的信号强度，然后对各监测器收到的多个信道上信号强度求平均，得到一组RSS平均值； 步骤4.选择一个监测器的RSS平均值，分别与其它监测器的RSS平均值相减，得到一组SSD信息，然后利用得到的SSD信息计算出当下环境中的信号衰减因子和噪声信息；步骤5.根据信号传播模型，推导出SSD信息与信号源位置之间的线性关系式； 步骤6.将步骤4得到的实时环境中的信号衰减因子、噪声信息和实时SSD信息带入步骤5得到的SSD信息与信号源位置之间的线性关系式中并求解方程得到信号源位置。
2.如权利要求1所述的一种环境自适应的信号源定位方法，其特征在于:步骤2中信号源在16个信道上轮流发射信号。
3.如权利要求1所述的一种环境自适应的信号源定位方法，其特征在于:步骤5中信号传播模型:
Pk = Ps-1O a logdk+nk Pk表示距离信号源为dk时第k个监测器接收到的信号强度，Ps为信号源发射功率。α为信号衰减因子 。nk是环境噪声，一般可假Iii是服从均值为0，方差为0,高斯分布，即
4.如权利要求1所述的一种环境自适应的信号源定位方法，其特征在于:步骤5中建立的SSD信息与信号源位置之间的线性关系式为:
A Θ = b+w 其中: 设信号源的坐标是(X，Y, z)T, (Xi, Yi, Zi)τ是第i个监测器坐标，
【文档编号】H04W64/00GK104010366SQ201410197236
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】郭贤生, 储磊, 杜龙飞, 李葆仓, 郭伟奇, 黄艳梅 申请人:电子科技大学