专利名称：应用于基于信号强度室内定位的多径干扰消除方法
技术领域：
本发明涉及一种室内测距技术，具体涉及一种应用于室内定位技术的消除多径干扰的方法。
背景技术：
随着目标定位技术的发展，目标的定位已经由古老的根据经验和地图定位发展到了目前先进的GPS卫星定位技术。在实际应用中，已经可以达到全球的定位误差小于IOm从而在军事，民用，航天等很多领域发挥着重要的作用。但是，GPS在室内的定位中具有明显的缺陷。由于建筑的外壳层干扰了 GPS卫星信号的传输,所以在室内环境中会收不到GPS信号，或者GPS定位的误差会很大。室内定位技术是为了解决这一问题而提出来的。目前的室内定位方法主要包括信号强度定位方法，到达角度定位方法和到达时间定位方法。
到达角度定位方法是根据信号到达的角度进行定位的。首先在室内的屋顶上面设置3个智能天线。当一个定位目标进入定位区域，3个智能天线开始测量定位目标所发出信号的到达角度。经过角度的整合，室内定位系统将会获知目标在感知区域里面的位置以达到定位的目的。基于到达角度的定位方法有3个不足。首先，可以感知无线电到达角度的天线是非常昂贵的。这并不有利于大规模室内定位系统的铺设和普及。其次，基于角度的室内定位系统仍然克服不了多径效应的影响。经过墙壁或者桌面等多种反射面的反射，信号将会分成多跳路径进行传输。而在接收端，不能够识别哪一条路径就是直线到达的路径。所以，定位的准确度将会大大的下降。最后，目前的可以测量角度的智能天线占地面积大，不适合在室内环境中安装。
接着是基于到达时间的定位方法。该方法利用信号的传输时间进行测量距离。并根据测量出来的距离进行定位。这种方法在水下的声纳系统中的具有广泛的应用。这是由于水下的特殊环境和声音独特的性质决定的。在水下环境中声音很稀少随意很容易辨别出目标声音。而且声音的速度为340m/s。所以可以通过反射的形式完成水下的目标的定位。但是，在室内环境中声音比较嗜杂，很难分别出目标声音。所以，有的工作在室内环境中利用电磁波的到达时间来进行测距。众所周知，电磁波的传播速度为3X10e8m/s。在室内短暂的传输距离中，由于电磁波的传播速度很快，所以很难判别出电磁波的传输时间。所以，该方法有局限性。另外，基于到达时间的定位方法的硬件开销比较大，难以形成大规模的普及。
还有一种比较传统的方法，就是利用信号的强度测量电磁波的传输距离。并根据这些传输距离寻找到目标的位置。电磁波在传播过程中会经历能量的衰减。衰减将会以一定的规律进行。室内定位系统就是根据衰减后的信号能量去反向判断信号走过的距离。接着根据这些距离来反推出目标的位置。但是，这种信号强度的方法在室内环境中，误差非常大。这主要也是因为多径效应的影响。因为，各种反射面的原因，直线信号传输将会分成很多路传输。最后这些路径在接收端叠加在一起，信号的能量将会大大改变。依据信号能量进行测距的能量定位方法将会非常不准确。这导致，很少有室内定位系统使用该方法。不过，能量定位方法具有独到的优点，这是因为能量定位方法仅仅利用信号的能量，对硬件没有特别的要求。目前铺设的Wifi系统已经足以满足其硬件要求。发明内容
本发明针对现有基于电磁强度来进行室内定位方法中由于存在多径干扰，而无法准确定位的问题，而提供一种消除多径干扰的方法。本方法可以克服室内环境中，反射路径的信号对直射路径信号所造成的叠加带来的干扰，大大提高基于电磁强度来进行室内定位的精确度。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
应用于基于信号强度室内定位的多径干扰消除方法，该方法包括如下步骤:
(I)利用三个已知自己位置的锚节点，基于信号强度进行室内定位的定位系统的信号接收端根据不同的频率所对应的信号强度来建立不同波长下的直射路径和多条反射路径的向量叠加模型；
(2)在定位系统中，根据步骤(I)建立的模型，在一个锚节点上面，利用不同的频率所对应的信号强度来构建相应的关系方程组；
(3)定位系统的信号接收端根据针对建立的方程组建立相应的求解非线性方程组模型；
(4)定位系统的信号接收端检测出相应信号的发射强度、发生增益以及接受增益二者之间的乘积值；
(5)定位系统的信号接收端估计出中反射路径的数量；
(6)定位系统的信号接收端针对求解非线性方程组模型中的未知量设定相应的初始值和范围，并对相应的求解非线性方程组进行迭代运算；
(7)当求解非线性方程组的一阶导数等于0，二阶导数大于O的时候，该求解非线性方程组对应的直射路径值为最终的直射路径值。
在本方案的优选实例中，所述步骤(5)中确定的反射路径的数量小于5。
进一步的,所述步骤(6)中设定直射路径dl的求解范围在dl-lm到dl+lm之间，反射路径di求解范围在dl〈di〈2dl，反射系数的求解范围在小于0.3。
通过本发明可以克服室内环境中，反射路径的信号对直射路径信号所造成的叠加带来的干扰，能够准确确定直射路径，由此可以大大提高基于电磁强度来进行室内定位的精确度。
本该发明基于接收端能量进行了室内定位，既利用了基于能量定位对硬件要求较少的特点又解决了基于能量方法准确性不足的问题。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明中涉及的室内定位系统的原理图2为本发明实施原理流程图3为三点定位示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明提供的多径干扰消除方法基于利用信号强度实现室内定位的定位系统进行实施。
该定位系统主要由信号发射端和信号接收端组成，其中信号接收端中包括如下三部分(如图1所示):
第一部分为天线功率、增益的识别和测量部分101，该部分用于识别和测量天线的发射功率、接收功率和天线增益。该部分主要由通过三方面来获得相关信息:1是硬件说明书；2是与其他硬件结果进行对比；3是在吸波环境中测量。
第二部分为信号强度测量部分102，进行跳频测量信号强度。该部分通过改变信号来进行信号强度的测量。
第三部分为，对测量后的信号强度进行整合和相应的计算。该部分主要是根据第二部分得到的测量结果，形成相应与直射距离，反射距离和反射系数之间相关的非线性方程组，对其进行求解，并根据求解结果形成三角定位，并将定位结果进行显示。
基于上述的定位系统，本发明提供的多径干扰消除方法通过定位系统中的叠加系统建立了相应的模型，并由此建立一个求解方程组来求解室内定位中真实发射端到接收端的距离。
基于上述原理，本发明的具体实施如下:
(I)在定位系统中，利用三个已知自己位置的锚节点，使得定位系统的信号接收端利用不同的频率所对应的信号强度来建立不同波长下的直射路径和多条反射路径的向量叠加模型。
(2)根据步骤(I)建立的模型，在一个锚节点上面，利用不同的频率所对应的信号强度来构建相应的关系方程组，该方程组如下:
权利要求
1.应用于基于信号强度室内定位的多径干扰消除方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (1)利用三个已知自己位置的锚节点，基于信号强度进行室内定位的定位系统的信号接收端根据不同的频率所对应的信号强度来建立不同波长下的直射路径和多条反射路径的向量叠加模型； (2)在定位系统中，根据步骤(I)建立的模型，在一个锚节点上面，利用不同的频率所对应的信号强度来构建相应的关系方程组； (3)定位系统的信号接收端根据针对建立的方程组建立相应的求解非线性方程组模型； (4)定位系统的信号接收端检测出相应信号的发射强度、发生增益以及接受增益三者之间的乘积值； (5)定位系统的信号接收端估计出中反射路径的数量； (6)定位系统的信号接收端针对求解非线性方程组模型中的未知量设定相应的初始值和范围，并对相应的求解非线性方程组进行迭代运算； (7)当求解非线性方程组的一阶导数等于O，二阶导数大于O的时候，该求解非线性方程组对应的直射路径值为最终的直射路径值。
2.根据权利要求1所述的应用于基于信号强度室内定位的多径干扰消除方法，其特征在于，所述步骤(5)中确定的反射路径的数量小于5。
3.根据权利要求1所述的应用于基于信号强度室内定位的多径干扰消除方法，其特征在于，所述步骤(6)中设定直射路径dl的求解范围在dl-lm到dl+lm之间，反射路径di求解范围在dl〈di〈2dl，反射系数的求解范围在小于0.3。
全文摘要
本发明公开了应用于基于信号强度室内定位的多径干扰消除方法，该方法通过定位系统中的叠加系统建立了相应的模型，并由此建立一个求解方程组来求解室内定位中真实发射端到接收端的距离。本方法可以克服室内环境中，反射路径的信号对直射路径信号所造成的叠加带来的干扰，大大提高基于电磁强度来进行室内定位的精确度。
文档编号G01S5/02GK103207381SQ201210587610
公开日2013年7月17日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者刘云淮, 赵禹, 齐力, 胡传平, 倪明选 申请人:公安部第三研究所