一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法技术

本发明专利技术公开了一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法，将背景接收信号强度（RSS）测量结果通过奇异值分解方式分成本低背景噪声部分和环境固有影响部分，在成像时去除环境固有影响，将环境本身变化对成像质量的影响降到最小；同时根据受目标影响的无线链路上RSS变化比较显著，而未受目标影响的无线链路上RSS变化相对较小的特性，采用类间最大距离准则将测量的无线链路分成受到目标影响的有效链路和未受到目标影响的无效链路两类，在实现定位时，仅利用有效链路进行成像，这样不仅可以减少所需计算资源和存储资源，而且在求解过程中可以去除野值链路对定位结果的影响，提高定位结果的准确性和鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法，属于无线定位

技术介绍
目前基于定位的服务己经涵盖了智慧城市、搜索救援、智能交通、航海航空、物流管理、大地测量、海洋测绘、气象测量、灾害预防、医疗服务等诸多领域，并且定位与导航技术己成为保障国家安全和开展军事行动的必要手段之一。在众多无线定位系统中，最著名的是把无线电发射源设置在各种轨道卫星上的定位系统，例如美国的全球定位系统(GPS)、欧洲的伽利略(Galileo)系统、俄罗斯的GLONASS系统以及中国的“北斗”定位系统等，凭借着广域覆盖的巨大优势，将无线电定位技术发展到一个新的高度。尽管卫星定位技术已经在国民经济各个方面得到广泛应用，但是在应用领域由于受到各种接收误差的影响，需要通过其它辅助手段(例如建立差分基准站)才能达到所需的定位精度要求；同时在接收信号受到物理遮挡的情况下常常无法完成导航任务。因此，利用现有和即将建设的庞大的民用无线通信设施进行无线定位，不仅可以弥补卫星定位系统的不足，而且可以作为无线通信高附加值的服务。尤其是在美国联邦通信委员会颁布了E911(Emergencycall911)强制性定位要求后，加上巨大市场利润的驱动，国内外出现了研究移动通信系统终端定位技术的热潮。然而，目前无论是卫星定位还是基于无线通信基础设施进行定位，均要求被定位目标携带定位设备，如GPS接收机或手机等，否则就无法实现定位。但在一些应用环境下，如入侵者检测、灾后救援、战场侦测、人质解救等，要求被定位目标携带与定位系统相匹配的定位装置往往是不现实的或不可能的，此时传统定位方法将无法实现。相应地，这些被定位目标就称为无设备定位(Device-FreeLocalization，DFL)目标；对于这类无设备目标的定位，一直是无线定位领域的难点。目前国内外用于解决非合作目标定位问题的技术主要分为两类：一类是基于非射频技术的定位方法，一类是基于射频技术的定位方法。非射频技术主要包括视频技术、红外技术和压力技术等。视频技术利用多个摄像头采集图像信息，然后通过图像处理算法进行定位分析。这类技术通常成本较高，而且由于摄像装置对光线的要求，不能在夜晚和黑暗环境中使用。对于无需光线要求的红外目标定位系统，由于红外线的穿透力较弱，而且红外线比无线电信号更易受环境变化的影响，因此在很多场合无法适用。压力技术是通过放置在地板上的加速和气压传感器来检测是否有人的脚印来实现定位，这项技术要求比较密集的节点布置才能在要求范围内有效定位，而且成本较高。以上这些因素极大限制了非射频类技术在非合作目标定位领域中的应用。针对以上问题，Patwari等人提出利用射频信号的接收强度变化本身作为测量信息的思想，根据目标引起的无线电磁环境变化来进行检测和定位。Patwari等人借鉴医学CT的思想，用无线层析成像(RadioTomographicImaging,RTI)技术来实现DFL，并给出了一种基于Tikhonov正则化的计算方法(Wilson,J.,N.Patwari,“Radiotomographicimagingwithwirelessnetworks,”IEEETransactionsonMobileComputing,Vol.9,No.5,621–632,2010.)，解决病态反问题的求解。RTI方法利用无线传感器网络来测量定位区域内射频电磁信号分布，并由此得到待定位目标对电磁场影响后的图像，进而根据该图像来推断目标的位置。RTI定位方法具有较高的直观性，但由于电磁波信号容易受到环境的影响，导致背景电磁波对定位性能的影响。即使没有目标存在时，测量的接收信号强度(ReceivedSignalStrength，RSS)也会受到各种环境因素(如多径效应，信道衰落，温度、湿度变化等)的影响，从而导致成像质量不高，严重时甚至无法判断真实目标位置或把虚假目标当做真实目标。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法，将背景RSS测量结果通过奇异值分解方式分成本底背景噪声部分和环境固有影响部分，在成像时去除环境固有影响，将背景本身变化对成像质量的影响降到最小；同时仅利用有效链路进行成像，提高定位结果的准确性和鲁棒性。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法，包括以下步骤：1)建立定位系统；2)测量背景环境下的RSS，并进行奇异值分解；3)测量有目标时的RSS；4)选取有效链路；5)采用改进的射频层析成像定位。前述的定位系统包括M+1个无线收发节点，以IEEE802.15.4的无线通信协议为基础进行组网，其中，M个无线收发节点构成测量网络，第M+1个节点为控制节点，负责收集数据；所述M个无线收发节点两两之间互相通信，组成L＝M×(M-1)/2条无线链路。前述的测量背景环境下的RSS数据，t时刻测量到的数据为：其中，表示t时刻第i条链路上的背景RSS测量值，[]T表示转置操作；连续测量N个时刻，获得L×N维的数组：Y0＝[y0(0),y0(1),…,y0(N-1)]，其中，y0(t)，t＝0,1,…,N-1表示t时刻所有L条链路的背景RSS测量结果。前述的进行奇异值分解是指：首先，计算背景环境测量数据Y0的协方差矩阵CY0=1N-1Σi=0N-1(y0(t)-μ0)(y0(t)-μ0)T---(1)]]>其中，表示样本均值；接着，对进行奇异值分解，得到按从大到小顺序排列的奇异值序列{σ1,σ2,…,σL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立定位系统；2)测量背景环境下的RSS，并进行奇异值分解；3)测量有目标时的RSS；4)选取有效链路；5)采用改进的射频层析成像定位。

【技术特征摘要】
1.一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立定位系统；2)测量背景环境下的RSS，并进行奇异值分解；3)测量有目标时的RSS；4)选取有效链路；5)采用改进的射频层析成像定位。2.根据权利要求1所述的一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法，其特征在于，所述定位系统包括M+1个无线收发节点，以IEEE802.15.4的无线通信协议为基础进行组网，其中，M个无线收发节点构成测量网络，第M+1个节点为控制节点，负责收集数据；所述M个无线收发节点两两之间互相通信，组成L＝M×(M-1)/2条无线链路。3.根据权利要求1所述的一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法，其特征在于，所述测量背景环境...

【专利技术属性】
技术研发人员：王婷婷，柯炜，倪海彬，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32