[发明专利]基于信号强度消除多径干扰实现准确室内定位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种室内定位技术，具体涉及一种基于信号强度消除多径干扰实现准确室内定位的方法。

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10m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嘈杂，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。我们知道，电磁波的传播速度为3×10e8m/s。在室内短暂的传输距离中，由于电磁波的传播速度很快，所以我们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

本发明针对现有室内定位技术所存在的问题，而提供一种基于接收端能量在室内准确定位的方法。本方法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。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

基于信号强度消除多径干扰实现准确室内定位的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤（1）：利用空间内部电磁波信号衰减模型建立接收端接受信号强度的直射路径模型和反射路径模型；

步骤（2）：如果为直射路径模型，将采用接受能量与距离的平方成反比，与信号波长的平方成正比的方式来建立模型；如果为反射路径模型，采用接受能量与距离的平方成反比，与信号波长的平方成正比，与反射面的反射衰减系数成正比的方式来建立模型；

步骤（3）：利用建立完成的一条直射路径和多条反射路径完成接收端向量的叠加关系，形成相应的向量叠加模型，并得出模型所代表的接收端的接受能量；

步骤（4）：调整不同的信号传输信道，按照步骤（1）至（3）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，并得出每个模型所代表的接收端接受能量；

步骤（5）：结束模型建立工作，在实际的测量中调整不同的信号传输信道，以此改变信号的波长，测量并记录每一个波长下，路径的实际接受端能量；根据得到的接受端能量与直射距离，反射距离和反射系数之间的关系计算得到定位所需的发射点与接收点之间的直射距离；