[发明专利]一种应用于无线Mesh网中基于天线阵列的混合自定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及到无线自定位技术领域，具体涉及到一种应用于无线Mesh网中基于天线阵列的混合自定位方法。

背景技术

20世纪80年代末，美国国防部全球定位系统GPS问世后，其使用量爆炸增长。之后，美国联邦通信委员会(FCC)颁布了E911定位需求，并提出：无线蜂窝网对发出E-911紧急呼叫的移动台提供定位的精度在50m内的概率不低于67％，在150m内的概率不低于95％。因此，旨在增强定位效果的各种定位算法成为研究热点。

而无线Mesh网作为对核心网络的补充接入，由于其高可靠性、低成本、覆盖范围广、扩展性强等优点，越来越受到关注。相比于Ad hoc网络，无线Mesh网的节点的功能更为丰富，除了与Ad hoc中节点相同的对等数据交换和转发功能，还可以作为与其他无线或有线网络的接入桥梁。针对无线Mesh网的移动性特征，为其定做一种定位技术成为必然需求。

考虑到开销问题，不可能给每个节点都安装GPS接入器，这就需要自定位技术。根据完成定位运算的主体不同，定位技术可以分为基于待测终端的定位和基于网络的定位。基于待测终端的定位也称为待测终端的自定位，顾名思义，这类定位方式是由待测终端自己完成定位的运算，继而自行确定自己的位置。

无线自定位技术原理有以下几种：

(1)基于距离的定位也称三边定位，是一个粗略而简单的位置估计方法。它的基本原理是：依靠已知锚节点接收信号强度(能量RSSI)，也可以使用信号到达的时间(TOA)，来可以测量未知节点到其距离，以此距离为半径、已知锚节点为圆心画圆，三圆交汇处即为该未知节点所在。

(2)当锚节点或基站保持时间同步时，譬如采用一个共享全局时间基准的方法，则可以利用到达时间差TDOA(Time Difference of Arrival)的测量结果来确定目标位置。有三个基站或锚节点，每个基站产生一个到达时间测量值。假设信号传输的起始时间对于基站来说是未知的，在消除未知的传送时间之后，可以得到两个到达时间差方程，每个到达时间差方程与一条双曲线相关，因而通常目标的位置估计可以唯一的确定为两条双曲线的交点。

(3)DOA(Direction of Arrival)法是利用波达方向定位，使用阵列天线测量电波的入射角，利用信号达到的角度来确定待测节点的位置。DOA模型的原理非常简单，而且由于两条直线只能相交于一点，因此不会存在二义性，只需两个锚节点就可以得到待测终端在二维坐标系中的位置。同理还有信号离开角DOD(Direction of Departure)定位法。

这三种基本自定位模型可以组合使用，构成混合模型，结合其优点，回避缺点。放入特定的环境中，如无线Mesh网，考虑网络自身特性，定制适合于该网络的定位算法。

在军事通信、山区、震灾区等特殊领域，GPS信号比较微弱甚至接收不到，且普通环境下所有节点都安装GPS接收器，会增加其成本和功耗，而自定位功能恰好补充了这些不足。由于无线Mesh网中节点有一定的移动性，这就要求定位采用参数的获取尽可能的灵活、有保障，计算中涉及到的节点尽可能少，不会因为其他节点的移动而影响到该节点的定位效果，以最低的开销确保其实时性。此外，要充分利用获取的各类参数，利用参数的冗余来减少误差，以保证定位的准确性。综上所述，需要一种用于天线阵列的无线Mesh网混合自定位方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种应用于无线Mesh网的基于天线阵列的混合自定位方法。

本发明采用如下技术方案：

一种应用于无线Mesh网中基于天线阵列的混合自定位方法，包括如下步骤：

1)利用GPS技术获得辅助定位锚节点A地理位置信息A(x_a,y_a)，将其发给待定位终端T，利用天线阵列技术，获得信号离开的方向角α_i,i＝1,...N,N≥3，N为多径效应获得的离开信号的数目；

2)待定位终端T的地理位置为T(x_t,y_t)，利用天线阵列技术，获得信号波达方向角β_i,i＝1,...N,N≥3，N为多径效应获得到达信号的数目；