[发明专利]一种基于提取目标直接反射径方法的无源定位方法

说明书

本发明公开了一种基于提取目标直接反射径方法的无源定位方法，利用LabVIEW虚拟仪器软件远程控制矢量网络分析仪，且仅需要一对收发端，搭建室内信道频率响应采集平台，估计目标直接反射径的参数，即等效方位角和时延。本发明能够大大降低实验的时间成本和设备成本，为无需耗时耗力训练过程的几何无源定位奠定了基础，定位实时性高。

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，具体涉及一种基于提取目标直接反射径方法 的无源定位方法。

背景技术

定位是一种基于位置的服务，根据应用场景的不同，可以将定位系统分为室 外定位和室内定位。GPS是目前应用最为广泛、发展最成熟的室外定位技术，民 用GPS的定位精度在10m左右，完全能够满足人们的室外定位需求；而室内定 位情况却不容乐观，目前还没有一款成熟的产品应用于室内定位，但是室内定位 有很广泛的应用场景，比如，智能家居领域的老年人室内监护系统，根据老人的 行为表现，判断老人的身体健康状况；在购物中心和画廊，通过比较无人环境下 和当前室内环境下接收信号的相似度，进行入侵检测和追踪；在地下停车场，针 对“停车难，找车难”问题，可以利用智能寻车系统，查询空余车位数量及位置 导航等，由于GPS信号穿透墙体功率衰减严重，且室内环境比室外环境更复杂，障碍物多，多径效应严重，因此GPS不适合应用于室内定位。所以室内定位依 然是定位领域中的短板，需要更进一步的研究。

目前已经获得一定应用的室内定位技术有红外线传感器、超声波、蓝牙、射 频识别、超宽带等，这些技术虽然可以解决室内定位问题，且具有较高的定位精 度，但是辅助设备部署成本太高，无法广泛部署，限制了它们的普及。上述定位 技术的局限性激发我们去研究一种广泛部署、低成本、定位精度高且定位实时性 高的室内定位方案。

以WiFi为代表的无线局域网(WLAN：Wireless Local Area Networks)技术是 目前世界上部署最广泛的室内无线网络基础设施。随着WiFi的广泛普及，WiFi 定位技术已成长为目前室内定位的绝对主流。根据定位目标是否携带设备主动参 与到定位过程中，可以把基于WLAN的室内定位方法分成有源定位和无源定位。 有源定位(device-based activelocalization)是指用户需要携带智能手机、平板电脑 等设备主动参与到定位过程中。而一些特殊场合，目标不携带任何收发设备，或 者不情愿参与到定位过程，称为无源定位(DfPL：Device-free Passive Localization)，比如，非法入侵者不会主动与定位服务器通信，人质、儿童、监 狱里面的罪犯不会携带收发设备等，而基于设备的定位方法无法满足这样的定位 需求。与有源定位不同，无源定位系统的信号发射端(APs：Access Points)和信号 接收端(MPs：Monitoring Points)已提前部署完毕且固定，通过监测和处理在MPs 接收信号的变化去检测环境的变化，即考虑目标对无线信号的影响，从而判断环 境中是否有目标出现，实现对目标的定位与轨迹追踪。

国内提出的室内无源定位的概念与国外采用的定位方法不同。国外将无源定 位问题建模为机器学习问题，采用位置指纹匹配算法实现定位；而国内通过建立 信号动态模型，采用几何方法和基于动态聚类的概率算法实现定位。已有的室内 无源定位方法分为两种，基于模型的方法和基于机器学习的方法，基于模型的方 法是通过模型表征目标位置与信号之间的关系，常用的模型有矩形模型、椭球模 型、马鞍面模型、功率衰减模型等；基于机器学习的无源定位方法大都包含两个 阶段：一是离线训练阶段，在参考点收集无线信号特征，构建位置指纹数据库， 训练出定位模型；二是在线测量阶段，将待测指纹与指纹库进行匹配，将最相似 的指纹所对应的位置作为目标的最佳位置估计。这些方法虽然取得了不错的定位 性能，但是在实现定位的过程中，存在以下缺点：

(1)需要较多的收发端(AP-MP对)以增加目标对无线信号影响的区分度；

(2)现有的室内信道频率响应采集平台都采用装有Intel 5300或者Atheros 9380无线网卡的Ubuntu系统的电脑做为接收端，当增加接收端数量时，不仅加 大了数据处理的复杂度，而且大大增加了定位的成本；