本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种基于认知无线网络的主用户定位方法。
背景技术：
认知无线电技术源于软件无线电，能够“伺机”的利用和共享空闲频谱，进而解决频谱资源紧缺难题，从而真正实现提高频谱利用率的目的。
认知无线电的基本途径是，首先次用户采用频谱感知对周围环境中的已授权频谱资源进行持续检测；然后在保证主用户能够优先占用该段频谱且传输性能几乎不受影响的条件下，次用户自适应调整收发设备至空闲频谱上通信。当次用户检测到出现主用户信号时，次用户便会快速腾出信道供主用户使用，进而避免次用户干扰主用户的正常通信。可见，准确地定位主用户的位置信息，既能确定空闲频谱，避免次用户对主用户通信的干扰，又能提供更多的频谱利用机会。
因此，如何实现对主用户的准确定位成为认知无线网络发展亟需解决的关键问题之一。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够准确定位的基于认知无线网络的主用户定位方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于认知无线网络的主用户定位方法，用于由包括主用户、定位融合中心以及N个次用户所形成的认知无线网络中，定位融合中心与各次用户分别通信连接，N≥5，其特征在于，依次包括如下步骤：
步骤1，各次用户分别获取自身信噪比并将获取的自身信噪比发送给定位融合中心；各次用户分别接收主用户所发送主用户信号，并计算所接收的主用户信号强度，并由各次用户分别将主用户信号强度发送给定位融合中心；
步骤2，定位融合中心预先设置针对信噪比的M个分簇阈值，并根据所接收各次用户发送来的信噪比，对N个次用户分簇处理，以得到M+1个分簇；M≥1；其中，定位融合中心对N个次用户分簇处理过程包括如下步骤2-1和步骤2-2：
步骤2-1，定位融合中心预设分簇阈值分别为snr1、snr2、…、snrM-1和snrM，从而得到M+1个分簇区间分别为(-∞,snr1]、(snr1,snr2]、(snr2,snr3]、…、(snrM-2,snrM-1]、(snrM-1,snrM]和(snrM,snr+∞]；
步骤2-2，定位融合中心根据所接收的N个次用户分别对应的信噪比SNR1、SNR2、…、SNRM-1和SNRM，分别将N个次用户的信噪比与M+1个分簇区间的区间范围进行比较，并在次用户信噪比位于其中的分簇区间内时，将该次用户信噪比归类于该分簇区间，从而依次得到每个次用户的信噪比所对应的分簇区间，且得到每个次用户所属的分簇；
步骤3，定位融合中根据各分簇中次用户的信噪比，依次独立地对每个分簇中的信噪比进行升序排序，从而使得各分簇中的次用户信噪比按照升序排序；
步骤4，定位融合中心任意选取其中一个分簇内的次用户，并依次计算各次用户的可信权值，并按照同样的方法依次得到剩余M个分簇中各次用户的可信权值；其中，在任一分簇内各次用户的可信权值的计算过程为：
其中，εi表示分簇内第i个次用户的可信权值，Pi表示分簇内第i个次用户所计算的主用户信号强度；
步骤5，定位融合中心构建二元假设模型，以得到判定次用户是否位于主用户覆盖区间范围内的判断准则；其中，所述二元假设模型表示如下：
其中，Pi表示分簇内分簇内第i个次用户所计算的主用户信号强度，T表示接收的主用户信号强度门限值；H0表示分簇内第i个次用户没有位于主用户的覆盖区间范围内，H1表示分簇内第i个次用户位于主用户的覆盖区间范围内；
步骤6，在任一分簇内，定位融合中心设定位于主用户覆盖区间范围内的次用户具有K个，定位融合中心对所述K个次用户所接收主用户信号强度值进行升序排序，以得到具有单一排序方向的次用户序列；
步骤7，定位融合中心在步骤6所的次用户序列中选取对应所接收主用户信号强度值位于前四位的次用户参与主用户定位，以计算得到主用户所处位置区间；其中，设定位于前四位的主用户信号强度值分别为RSS1、RSS2、RSS3和RSS4；RSS1≥RSS2≥RSS3≥RSS4；RSS1对应的次用户标记为CR1，RSS2对应的次用户标记为CR2，RSS3对应的次用户标记为CR3，RSS4对应的次用户标记为CR4；主用户标记为PU，主用户PU所处位置区间的计算过程包括如下步骤：
步骤7-1，选取所接收主用户信号强度值RSS1和RSS2作为基准值，并以对应的次用户CR1和次用户CR2作为主用户定位的基准信标；构建次用户CR1与次用户CR2之间连线的中垂线L1，以确定主用户PU与次用户CR1位于中垂线L1同一侧的区间范围C1内；
步骤7-2，选取所接收主用户信号强度值RSS1和RSS3作为基准值，并以对应的次用户CR1和次用户CR3作为主用户定位的基准信标；构建次用户CR1与次用户CR3之间连线的中垂线L2，以确定主用户PU与次用户CR1位于中垂线L2同一侧的区间范围C2内；
步骤7-3，选取所接收主用户信号强度值RSS1和RSS4作为基准值，并以对应的次用户CR1和次用户CR4作为主用户定位的基准信标；构建次用户CR1与次用户CR4之间连线的中垂线L3，以确定主用户PU与次用户CR1位于中垂线L3同一侧的区间范围C3内；
步骤8，根据步骤7中所得所对应确定的主用户所处的区间范围C1、C2和C3，以及三个次用户CR2、次用户CR3和次用户CR4的位置坐标，分别构建经过次用户CR2和次用户CR3的直线l23、经过次用户CR2和次用户CR4的直线l24、经过次用户CR3和次用户CR4的直线l34；其中：
其中，主用户PU的位置坐标为(x,y)次用户CR2的位置坐标为(x2,y2)，次用户CR3的位置坐标为(x3,y3)，次用户CR4的位置坐标为(x4,y4)；ε2表示次用户CR2的可信权值，ε3表示次用户CR3的可信权值，ε4表示次用户CR4的可信权值；
步骤9，根据步骤8所得到的三条直线，任选其中两条直线构建二元一次方程组，以得到主用户所对应的位置坐标，从而实现主用户定位。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
首先，本发明中的主用户定位方法通过设置针对信噪比的分簇阈值，并对各次用户进行分簇处理，以得到位于不同信噪比分簇区间内的次用户；
其次，针对每个分簇区间内的次用户，依次计算各次用户对应的可信权值，以为后续的定位提供参考；
再次，针对各次用户所接收的主用户信号强度情况，选取位于主用户覆盖范围内的次用户，并对这些次用户进行排序，以得到一个升序的次用户序列，且选择其中所接收主用户信号强度最强的前四个次用户作为主用户定位的参考信标，以通过利用这四个次用户中任意两个次用户构建直线方程组，从而准确地获取主用户的位置信息；
最后，在本发明中，不需要获取主用户与各次用户之间的距离值，也不需要主用户与各次用户之间进行任何形式的合作，从而完全可以满足认知无线电网络中主用户的定位需要。
附图说明
图1为本发明实施例中基于认知无线网络的主用户定位方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中基于认知无线网络的主用户定位方法，用于由包括主用户、定位融合中心以及N个次用户所形成的认知无线网络中，定位融合中心与各次用户分别通信连接，N≥5，该基于认知无线网络的主用户定位方法依次包括如下步骤：
步骤1，各次用户分别获取自身信噪比并将获取的自身信噪比发送给定位融合中心；各次用户分别接收主用户所发送主用户信号，并计算所接收的主用户信号强度，并由各次用户分别将主用户信号强度发送给定位融合中心；
步骤2，定位融合中心预先设置针对信噪比的M个分簇阈值，并根据所接收各次用户发送来的信噪比，对N个次用户分簇处理，以得到M+1个分簇；M≥1；其中，定位融合中心对N个次用户分簇处理过程包括如下步骤2-1和步骤2-2：
步骤2-1，定位融合中心预设分簇阈值分别为snr1、snr2、…、snrM-1和snrM，从而得到M+1个分簇区间分别为(-∞,snr1]、(snr1,snr2]、(snr2,snr3]、…、(snrM-2,snrM-1]、(snrM-1,snrM]和(snrM,snr+∞]；
步骤2-2，定位融合中心根据所接收的N个次用户分别对应的信噪比SNR1、SNR2、…、SNRM-1和SNRM，分别将N个次用户的信噪比与M+1个分簇区间的区间范围进行比较，并在次用户信噪比位于其中的分簇区间内时，将该次用户信噪比归类于该分簇区间，从而依次得到每个次用户的信噪比所对应的分簇区间，且得到每个次用户所属的分簇；
步骤3，定位融合中根据各分簇中次用户的信噪比，依次独立地对每个分簇中的信噪比进行升序排序，从而使得各分簇中的次用户信噪比按照升序排序；
步骤4，定位融合中心任意选取其中一个分簇内的次用户，并依次计算各次用户的可信权值，并按照同样的方法依次得到剩余M个分簇中各次用户的可信权值；其中，在任一分簇内各次用户的可信权值的计算过程为：
其中，εi表示分簇内第i个次用户的可信权值，Pi表示分簇内第i个次用户所计算的主用户信号强度；
步骤5，定位融合中心构建二元假设模型，以得到判定次用户是否位于主用户覆盖区间范围内的判断准则；其中，二元假设模型表示如下：
其中，Pi表示分簇内分簇内第i个次用户所计算的主用户信号强度，T表示接收的主用户信号强度门限值；H0表示分簇内第i个次用户没有位于主用户的覆盖区间范围内，H1表示分簇内第i个次用户位于主用户的覆盖区间范围内；
步骤6，在任一分簇内，定位融合中心设定位于主用户覆盖区间范围内的次用户具有K个，定位融合中心对所述K个次用户所接收主用户信号强度值进行升序排序，以得到具有单一排序方向的次用户序列；
步骤7，定位融合中心在步骤6所的次用户序列中选取对应所接收主用户信号强度值位于前四位的次用户参与主用户定位，以计算得到主用户所处位置区间；其中，设定位于前四位的主用户信号强度值分别为RSS1、RSS2、RSS3和RSS4；RSS1≥RSS2≥RSS3≥RSS4；RSS1对应的次用户标记为CR1，RSS2对应的次用户标记为CR2，RSS3对应的次用户标记为CR3，RSS4对应的次用户标记为CR4；主用户标记为PU，主用户PU所处位置区间的计算过程包括如下步骤：
步骤7-1，选取所接收主用户信号强度值RSS1和RSS2作为基准值，并以对应的次用户CR1和次用户CR2作为主用户定位的基准信标；构建次用户CR1与次用户CR2之间连线的中垂线L1，以确定主用户PU与次用户CR1位于中垂线L1同一侧的区间范围C1内；
步骤7-2，选取所接收主用户信号强度值RSS1和RSS3作为基准值，并以对应的次用户CR1和次用户CR3作为主用户定位的基准信标；构建次用户CR1与次用户CR3之间连线的中垂线L2，以确定主用户PU与次用户CR1位于中垂线L2同一侧的区间范围C2内；
步骤7-3，选取所接收主用户信号强度值RSS1和RSS4作为基准值，并以对应的次用户CR1和次用户CR4作为主用户定位的基准信标；构建次用户CR1与次用户CR4之间连线的中垂线L3，以确定主用户PU与次用户CR1位于中垂线L3同一侧的区间范围C3内；
步骤8，根据步骤7中所得所对应确定的主用户所处的区间范围C1、C2和C3，以及三个次用户CR2、次用户CR3和次用户CR4的位置坐标，分别构建经过次用户CR2和次用户CR3的直线l23、经过次用户CR2和次用户CR4的直线l24、经过次用户CR3和次用户CR4的直线l34；其中：
其中，主用户PU的位置坐标为(x,y)次用户CR2的位置坐标为(x2,y2)，次用户CR3的位置坐标为(x3,y3)，次用户CR4的位置坐标为(x4,y4)；ε2表示次用户CR2的可信权值，ε3表示次用户CR3的可信权值，ε4表示次用户CR4的可信权值；在该步骤8中，通过引入对应次用户的可信权值，可以使得所求得到的对应直线方程更加准确地反映各相关次用户的位置关系，从而也就为后续准确得到主用户的位置提供了准确的参考信息；
步骤9，根据步骤8所得到的三条直线，任选其中两条直线构建二元一次方程组，以得到主用户所对应的位置坐标，从而实现主用户定位。在本发明中，不需要获取主用户与各次用户之间的距离值，也不需要主用户与各次用户之间进行任何形式的合作，从而完全可以满足认知无线电网络中主用户的定位需要，这样就可以大大地降低了主用户定位的计算量，提高了定位效率。