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基于无源超高频RFID的多目标室内被动式定位方法技术

技术编号:15059667 阅读:121 留言:0更新日期:2017-04-06 09:19
本发明专利技术公开一种基于无源超高频RFID的多目标室内被动式定位算法,步骤如下:在被动式定位场景中布置超高频RFID信号发射机和无源RFID标签。将场景划分为若干个网格,每个网格作为一个指纹点;每个阅读器和每个标签之间都会建立一条通信链路;离线阶段首先人工采集场景中没有目标存在时每条链路的RSS值,建立指纹库;在线阶段,实测到各条链路的RSS值,通过与没有目标时测得的RSS值比较可得实测的链路差值,据此得到一个目标可能出现的所有位置的集合;定义集合L的一个子集的差别度;对集合L所有可能的子集都计算其差别度值,找出差别度最小的子集,此子集中所包含的位置即为带定位目标的位置。本发明专利技术具有精度较高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于室内定位领域,涉及一种多目标室内被动式定位算法。
技术介绍
随着无线技术的不断发展,与之相关的定位技术受到了国内外专家学者的广泛关注,与定位技术相关的新业务不断出现。目前为止现有的许多电子产品大多包含定位的服务,基于位置的服务(LBS)已成为研究的热点之一,且具有广泛的市场空间。定位技术的应用领域十分广泛,包含商业、救灾、军用、民用等各个方面,目前世界上最为著名的定位系统为美国的全球定位系统(GPS),GPS通过卫星可覆盖全球范围,其基本原理为采用信号时间差进行定位,目前已在许多国家和地区得到广泛应用。其他一些国家也有类似这样的定位系统,例如俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)以及中国的北斗卫星导航系统等。但是,这些定位系统只在室外的环境下拥有良好的定位精度,在室内由于环境复杂、建筑物的遮挡、障碍物多以及人员的走动等GPS无法实现准确定位,满足不了人们在室内环境下的定位需求。在室内定位的研究中使用无线信号进行定位是当前的主流。室内定位技术主要分为测距法和非测距法,常用的测距方法为到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、接收信号强度(RSS)、到达相位差(PDOA)等。常用的非测距方法为指纹定位法,指纹法中常用的算法包括最近邻法(NN)、K最近邻法(KNN)、加权K最近邻法(WKNN)等。对室内定位技术效果好坏的评价指标主要分为以下几点:(1)定位精度:无论对于室外定位还是室内定位来说,定位精度都是最重要的指标之一。室内环境相比室外环境范围小,因此相对来说对于室内定位的应用需要更高的定位精度。(2)覆盖范围:室内定位系统的覆盖范围是指该系统在满足用户需求的条件下所能达到的最远的范围。室内定位系统可以采用不同的方法进行定位,其中包括蓝牙、RFID、超声波、红外线、WIFI、ZIGBEE等等,而对于不同的定位方法其覆盖范围不同,可根据实际需要选择合适的定位方法。(3)稳健性:由于现代生活水平的提高,人们对于室内环境的布局及装饰出现多种多样的变化,而且室内环境并非一成不变,人们往往会根据实际需要及自己的喜好对环境进行改变,这就使得室内定位系统想要保持良好的稳健性面临巨大的挑战。(4)可扩展性:可扩展性是室内定位系统的一个重要指标之一,由于不同的室内环境之间的差异性较大,因此同一套室内定位系统在移植到不同的室内环境中是需要做一些改进。对于可扩展性差的定位系统就需要做很大的改进,这样既不方便也不经济。(5)成本和复杂度:室内定位系统大多是针对个人用户进行定位,因此其规模较小,所以其成本和复杂度不应太高。由于RSS容易获得且成本较低,因此基于RSS的位置指纹定位法是当前最流行的室内定位应用之一。指纹定位法主要分为两个阶段即离线指纹采集阶段和在线实时定位阶段。离线指纹采集阶段通过人工在各个事先确定好的指纹点处测得每个发射源到该指纹点的接收信号强度RSS并构建一个位置与RSS的位置指纹数据库。在线实时定位阶段通过用户接收到的每个发射源的RSS序列并将其与离线阶段所建立的位置指纹数据库进行匹配处理得到当前待定位目标的位置坐标。但传统的指纹定位法在建立指纹库时需要对目标出现的每一种可能都预先建立指纹信息。这样的做法在单个目标的情况下可以很容易实现,但是在目标数量增多后,指纹库的大小会呈现出一种指数级的增长,大大增加前期的工作量以及存储的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的克服现有技术的上述不足,提供一种可以减少指纹库大小和离线阶段工作量的多目标室内被动式定位算法。本专利技术的技术方案如下:一种基于无源超高频RFID的多目标室内被动式定位算法,步骤如下:1)在被动式定位场景中布置超高频RFID信号发射机和无源RFID标签。2)将场景划分为若干个网格,每个网格作为一个指纹点;每个阅读器和每个标签之间都会建立一条通信链路,以下简称链路;3)离线阶段首先人工采集场景中没有目标存在时每条链路的RSS值,然后当目标位于某个指纹点时,采集此时每条链路的RSS值,定义链路差值为用没有目标存在时的RSS值减去目标存在时的RSS值,当目标位于指纹点时得到的各条链路差值组成一个向量,作为该指纹点的指纹信息;依上述方法得到每个指纹点的指纹信息,建立指纹库;4)在线阶段,会实测到各条链路的RSS值,通过与没有目标时测得的RSS值比较可得实测的链路差值,用此链路差值与指纹库中每个指纹点的指纹信息进行比较,如果在某个指纹点,其所属的指纹中每条链路的链路差值都小于等于相应的实测的链路差值,则认为待定位目标可能处于此位置;将所有指纹点对比后,得到一个目标可能出现的所有位置的集合L,集合中包含的元素个数为Nφ;5)定义集合L的一个子集的差别度:对集合L中的一个子集,提取其中包含的指纹点所对应的指纹信息,对这些指纹信息做叠加处理,即将每个位置的指纹中相同链路的链路差值相加,得到一个叠加的RSS向量,应用最小二乘法计算此RSS向量与实测到的RSS链路差值向量,得到的值定义为此子集的差别度;6)对集合L所有可能的子集都计算其差别度值,找出差别度最小的子集,此子集中所包含的位置即为带定位目标的位置。本专利技术采用单目标指纹库叠加替代多目标指纹库的思想,认为多个目标同时对单条RFID链路RSS值的影响要大于单个目标对其的影响,通过预先选取目标可能出现的所有位置,再对这些位置的信息进行算法择优完成定位过程。大大减少了指纹库的大小,减少了离线阶段的工作量,减轻了指纹库的存储压力附图说明图1示出了本专利技术待定位场景图2示出了本专利技术整体方法的流程框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术所述的一种基于指纹法和无源超高频RFID的多目标室内被动式定位算法做进一步的描述。图1示出了本专利技术所提算法定位场景示意图,在20m*15m的室内环境中,4个发射源坐标分别为(-1,10)、(16,10)、(7.5,-1)、(7.5,21)。我们将场景划为1m*1m的方格,每个方格是一个指纹点。指纹点与待定位目标分布在20m*15m的环境中如图1所示。图2所示为本专利技术的流程框图,在本实施例的具体应用如下:1,在图1所示的定位示意图中在离线状态下人工采集场景中没有目标存在时每个标签和每个阅读器之间的RSS向量值,RSS0,i,j为第i个发射源接收到第j个标签返回的RSS值。Ns为发射机的数目,Nt为标签数目,Nw为指纹点的个数。建立一个Ns×Nt阶向量RSS0,其第i行第j列的值为RSS0,i,j。在离线状态下人工采集场景中单个目标在每个指纹点的RSS向量,RSSk,i,j为目标处在第k个指纹点处时第i个发射源接收到第j个标签返回的RSS值。建立一个Ns×Nt阶矩阵RSSk,其第i行第j列的值为RSSk,i,j。用RSS0,i,j减去RSSk,i,j得到当目标处于不同的指纹点时链路的变化值,以此作为指纹库的指纹2,在线定位阶段采集到一个Ns×Nt阶的信号向量RSSTBD,将其与原始的RSS0,i,j进行比较得到此时刻各条链路的RSS值变化矩阵,因为此时场景中存在的目标最少为一个,假设多个目标对一条链路的造成的衰减大于单个目标,将步骤1中得到的RSS单目标指纹与此变化矩阵做比较,若单目标指纹中的各个变化值均小于等于此变化矩阵,则认为目标可能存在于该指纹所在的位置,将指纹全部对比后本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于无源超高频RFID的多目标室内被动式定位算法,步骤如下:1)在被动式定位场景中布置超高频RFID信号发射机和无源RFID标签。2)将场景划分为若干个网格,每个网格作为一个指纹点;每个阅读器和每个标签之间都会建立一条通信链路,以下简称链路;3)离线阶段首先人工采集场景中没有目标存在时每条链路的RSS值,然后当目标位于某个指纹点时,采集此时每条链路的RSS值,定义链路差值为用没有目标存在时的RSS值减去目标存在时的RSS值,当目标位于指纹点时得到的各条链路差值组成一个向量,作为该指纹点的指纹信息;依上述方法得到每个指纹点的指纹信息,建立指纹库;4)在线阶段,会实测到各条链路的RSS值,通过与没有目标时测得的RSS值比较可得实测的链路差值,用此链路差值与指纹库中每个指纹点的指纹信息进行比较,如果在某个指纹点,其所属的指纹中每条链路的链路差值都小于等于相应的实测的链路差值,则认为待定位目标可能处于此位置;将所有指纹点对比后,得到得到一个目标可能出现的所有位置的集合L,集合中包含的元素个数为Nφ;5)定义集合L的一个子集的差别度:对集合L中的一个子集,提取其中包含的指纹点所对应的指纹信息,对这些指纹信息做叠加处理,即将每个位置的指纹中相同链路的链路差值相加,得到一个叠加的RSS向量,应用最小二乘法计算此RSS向量与实测到的RSS链路差值向量,得到的值定义为此子集的差别度;6)对集合L所有可能的子集都计算其差别度值,找出差别度最小的子集,此子集中所包含的位置即为带定位目标的位置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无源超高频RFID的多目标室内被动式定位算法,步骤如下:1)在被动式定位场景中布置超高频RFID信号发射机和无源RFID标签。2)将场景划分为若干个网格,每个网格作为一个指纹点;每个阅读器和每个标签之间都会建立一条通信链路,以下简称链路;3)离线阶段首先人工采集场景中没有目标存在时每条链路的RSS值,然后当目标位于某个指纹点时,采集此时每条链路的RSS值,定义链路差值为用没有目标存在时的RSS值减去目标存在时的RSS值,当目标位于指纹点时得到的各条链路差值组成一个向量,作为该指纹点的指纹信息;依上述方法得到每个指纹点的指纹信息,建立指纹库;4)在线阶段,会实测到各条链路的RSS值,通过与没有目标时测得的RSS值比较可得实测的链路差...

【专利技术属性】
技术研发人员:成意马永涛刘开华
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津;12

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