一种基于接收信号强度的接收机定位方法
【专利摘要】本发明属于无线定位领域。本发明将多个Tx作为锚节点，通过估计出Txi-Rx的距离li来定位接收机。在对Txi-Rx的距离进行估计时，采用了闭环功率控制(CLPC)技术在Txi与Rx之间进行通信。在CLPC下，Tx在调整发射功率时通常携带有距离信息：当li较小时，Txi会自动地降低发射功率以降低功耗，同时也可以降低对其他通信链路的影响；当li增大时，Tx又会自动地增加发射功率以补偿路径损耗的影响。因此，Sensor通过检测Tx的传输功率，可以估计出Txi-Rx的距离li，然后根据锚节点的坐标以及它们与未知节点(Rx)距离关系，可以估算出相应的Rx的坐标。本发明将提出的接收机定位方法，能够实现较好的接收机定位精度。同时,因为传统的定位是针对发射机的，本发明提出的接收机定位方法可以丰富感知应用。
【专利说明】-种基于接收信号强度的接收机定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线定位领域（Wireless Positioning)，传感器节点通过监听发射机 与接收机之间的信号，从而实现对接收机的定位。
【背景技术】
[0002] 在基于传感器网络的许多应用中，需要将采集的数据和位置信息捆绑在一起才具 有实际意。因此，节点定位技术在无线传感器网络的应用中是一项十分重要技术。
[0003] 如图1所示，传统的定位系统主要配置为；位置未知节点（也称待定位节点，主 要为信号发射节点）和一定数量位置已知的节点（也称销节点，为未知节点定位提供参考 点）。
[0004] 在过去的几十年里，研究人员对于定位技术进行了广泛的研究，提出了很多定位 算法。该些定位算法主要可W分为基于接收信号强度化SS)、基于到达时间（T0A)、基于到 达时间差（TD0A)及基于到达角度（A0A)四大类。但是该些算法都是针对于将发射机作为 定位目标（即未知节点），因此可W将该些定位算法统称为发射机定位算法。
[0005] 相反，很少有文献研究关于接收机定位算法。由于接收机是W-种被动的方式运 行的，它在接收信号时是不传送信号，该对于传感器节点（即销节点）来说是不可见的。因 此，对于接收机定位的研究是十分有挑战性的。传感器节点利用现有的定位技术，只能定位 发射机，却不能定位相应的接收机，该大大地限制了位置感知应用的发展。
【发明内容】
[0006] 本发明为解决现有定位技术的局限性，即无法定位接收机的坐标，提供一种基于 接收信号强度的接收机定位方法。
[0007] 为了方便地描述本发明的内容，首先对本发明中所使用的术语和模型进行介绍。
[0008] 发射机；Tx，系统中的信号发射端。
[0009] 接收机；Rx，系统中与Tx组成通信链路的信号接收端。
[0010] 传感器；Sensor,监测Tx-Rx通信的传感器节点。
[0011] 信噪比；Si即al Noise Ratio, SNR，信号功率与噪声功率的比值。
[0012] 闭环功率控制；Closed Loop Power Control, CLPC，发射端的功率根据接收端信 噪比的变化调整，从而保证接收端的接收质量。
[0013] 时分多址接入；Time Division Multiple Access, TDMA,发射机通过时分多址接 入的方式与接收机进行通信。
[0014] 如图2所示，本发明采用的定位系统模型为；M个Tx，N个Sensor节点和一个Rx。 其中，li表示第i个发射机TXi与Rx之间的距离，dy表示TXi到第j传感器节点Sensor j的 距离，gi表示Tx i-Rx的路径损耗，g'。表示Tx i-Sensotj的路径损耗，q i表示Tx i-Rx的阴 影衰落，q'。表示Tx i-Sensorj的阴影衰落，p i表示Tx i与Rx通信时的发射功率，r表示 Rx接收信号的目标信噪比。模型中，M个Tx采用时分多址接入（TDMA)与Rx进行通信，并 使用闭环功率控制技术。N个Sensor同时监听每个时隙传输的信号，而且他们之间的信息 是共享的。N个Sensor协作估计出Rx的位置。模型也可W看作是Tx在移动过程中与Rx 的点对点通信，而N个Sensor监听的是Tx在移动过程中不同位置下与Rx的通信。
[00巧]本发明的原理：
[0016] 将多个Tx作为销节点，通过估计出TXi-Rx的距离li来定位接收机。发射机之所 W能够作为销节点，是由于可W通过传统的发射机定位方法来定位Tx。该样一来，我们就有 充分的理由将Tx当做销节点使用，即Tx的坐标可假设为已知。销节点其物理意义就是坐 标已知的节点，作为参考的节点。
[0017] 在对TXi-Rx的距离进行估计时，采用了闭环功率控制（CLPC)技术在TXi与Rx之 间进行通信。在CLPC下，Tx在调整发射功率时通常携带有距离信息；当li较小时，TXi会 自动地降低发射功率W降低功耗，同时也可W降低对其他通信链路的影响；当li增大时，Tx 又会自动地增加发射功率W补偿路径损耗的影响。因此，Sensor通过检测Tx的传输功率， 可W估计出Txi-Rx的距离li，然后根据销节点的坐标W及它们与未知节点（Rx)距离关系， 可W估算出相应的Rx的坐标。
[0018] 一种基于接收信号强度的接收机定位方法，具体步骤如下：
[0019] S1、选取M个Tx作为销节点，所述M个Tx采用闭环功率控制技术在不同时隙与Rx 进行通信；
[0020] S2、选取N个Sensor同时监听不同时隙S1所述M个Tx与Rx之间的通信，计算出 不同时隙M个Tx与Rx之间的接收信噪比的概率密度函数集合，其中，M > 3且M为整数；
[0021] S3、根据S2所述接收信噪比的概率密度函数集合估计出Tx与Rx之间的距离1， 其中，通过第j个传感器节点Sensorj.估计的第i个发射机Tx i与Rx之间的距离记作其 中，i = 1, 2. . . M, j = 1, 2. . . N ;
[0022] S4、N个Sensor共享自己估算出的通过取平均得最终估计距离
【权利要求】
1. 一种基于接收信号强度的接收机定位方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 选取M个Tx作为锚节点，所述M个Tx采用闭环功率控制技术在不同时隙与Rx进 行通信； 52、 选取N个Sensor同时监听不同时隙S1所述M个Tx与Rx之间的通信，计算出不同 时隙M个Tx与Rx之间的接收信噪比的概率密度函数集合，其中，M> 3且M为整数； 53、 根据S2所述接收信噪比的概率密度函数集合估计出Tx与Rx之间的距离1，其中， 通过第j个传感器节点Sensor」估计的第i个发射机Tx1与Rx之间的距离记作<(7)其中，i=1,2. ..M,j= 1,2. ..N； 54、N个Sensor共享自己估算出的，通过取平均得最终估计距离
55、 将S4所述^带入定位估计器，获取定位坐标。
2. 根据权利要求1所述一种基于接收信号强度的接收机定位方法，其特征在于：所述 任一Sensor必须已知大于等于3个Tx的坐标及所述已知坐标的TX与Rx之间相应的距离。
【文档编号】H04W84/18GK104486836SQ201410843323
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】赵国栋, 黄小柠, 李立英, 陈智 申请人:电子科技大学