一种基于RSS测距和射线追踪技术的非视距场景定位方法技术

该发明专利技术公开了一种基于RSS测距和射线追踪技术的非视距场景定位方法，涉及无线通信技术领域。针对城市环境中存在非视距传播时无线电辐射源定位存在的多径效应，从而导致信号传播的功率衰落，引起信号时延、频移、极化等参数的变化，导致定位精度下降。本发明专利技术提出一种基于RSS测距算法和射线追踪技术结合的室内外场景定位方法，以实现对短时突发无线电干扰信号的定位，提高定位精度与定位效率。提高定位精度与定位效率。提高定位精度与定位效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于RSS测距和射线追踪技术的非视距场景定位方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种基于RSS测距算法和射线追踪技术的非视距定位方法。

技术介绍

[0002]随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其是在复杂的室内外活动环境中。各种无线电业务和设备都将在城市环境下大量使用，无线电管理部门需要掌握电磁环境状况，并对电磁辐射目标进行精确定位，及时精准发现干扰源，维护无线电秩序。在城市复杂环境下，存在无线电波视距传播（LOS，line of sight）和非视距传播（NLOS, not line of sight）的场景，在非视距存在遮挡时无法精确定位，现有监测系统对突发和短时出现的电磁目标难以精确定位；各监测设备无法形成系统合力，对电磁目标定位精度仍有较大提升空间。
[0003]由于RSS（Received signal strength，接收信号强度）成本低，硬件装置需求小，因此能满足大规模应用要求。然而，在城市环境下，由于反射、绕射、遮挡等非理想传播模式复杂多变，传统的移动测向和场强逼近方法受到显著制约，效果大打折扣，成为辐射源定位精度提升的明显瓶颈。基于几何光学、物理光学和一致绕射理论提出的射线追踪法具有较高预测精度，易于程序化；尤其是三维反向算法可以精确预测传播时间延迟、多普勒、极化等信息，适用于现代数字通信系统，如城市移动通信可预测路径损耗外的其他信道参数(如时延扩展、角度扩展等)，因此大量学者利用射线追踪反向算法进行非视距场境下的电波传播预测。
[0004]基于上述背景和射线追踪理论，提出基于RSS测距算法和射线追踪技术结合的室内外场景定位方法，在进行分布式节点场强数据快速采集的基础上，基于三维建筑物模型，实现复杂电磁传播环境下的传播场强精确递推与干扰源精确解算，可有效解决非视距场景下长发、短时突发信号高精度定位问题。
[0005]现有技术中公开了：“基于射线跟踪和遗传算法的未知源定位方法.专利技术专利.申请号 201610888953.5”，“一种基于交点判定的三边定位方法.专利技术专利.申请号201510194225.X”，以上公开的技术中，基于射线追踪和遗传算法的定位方法存在收敛速度慢，收敛终止原则难确定等问题；基于交点判定的三边定位方法存在适用定位区域较小、定位性能受环境影响大等缺陷。

技术实现思路

[0006]针对城市环境中存在非视距传播时无线电辐射源定位存在的多径效应，从而导致信号传播的功率衰落，引起信号时延、频移、极化等参数的变化，导致定位精度下降。本专利技术提出一种基于RSS测距算法和射线追踪技术结合的室内外场景定位方法，以实现对短时突发无线电干扰信号的定位，提高定位精度与定位效率。
[0007]根据以上目的，本专利技术提供的技术方案为一种基于RSS测距和射线追踪技术的非
视距场景定位方法，该方法包括：步骤1：对定位区域进行等间距网格划分，并在定位区域内的固定位置处部署N个监测节点，N根据定位区域大小确定；步骤2：将网格的中点处设置信号发射机，监测节点处设置信号接收机，建立每个发射机到每个接收机的路径损耗数据库，数据库中包含M个，表示一个网格到N个接收机的损耗，M表示网格的总数；步骤3：在定位时，N个监测节点对同一频率的信号的进行接收，接收功率分别为，结合现有的基于RSS测距定位方法，从N个监测节点中选择接收待定位终端信号传输路径损耗最小的三个点作为参考锚点，设为；针对每一个锚点，以其坐标为圆心，根据路径损耗公式，计算得到该锚点到待定位终端的距离，并以此距离为半径设圆，计算3个圆中任意两个圆之间重叠区域即为模糊区域；步骤4：从步骤3中所得每两相交圆的交点中选取一点作为三圆相交的公共交点；选取准则：当两圆之间只存在一个交点时，则选择该交点，判断该交点是否在第三个圆上，若是则该交点就是待定位终端，若不是则转步骤7；当两圆之间交点存在两个时，判定离第三个圆的圆周最近的一个交点为三圆相交的公共交点；步骤5：若步骤4中只得到了一个交点且不是三圆公共点，则以该交点为圆心，到第三圆圆心为半径作圆，以该圆的直径为正方形的边长作该圆的外切正方形，该正方形区域划定为待定位终端所在位置的模糊区域；若步骤6中得到了三个公共交点，则算出三个交点的质心O作圆心，以中离质心O的最远距离为半径作圆，并以该圆的直径为边长的正方形作该圆的外切正方形，以此外切正方形区域划定待定位终端所在位置的模糊区域，如图2；步骤6：将步骤5计算所得模糊区域从定位区域中划分出来，作为需要定位的重点区域，并从步骤2所得路径损耗数据库中选取在该模糊区域内的网格对应的路径损耗数据形成新的路径损耗数据库，该新的路径损耗数据库与步骤3中N个监测节点接收的接收功率依次相加得到模糊区域内带定位的各网格发射功率；步骤7：计算步骤6所得各网格对应的N个发射功率的相关性，将相关性最高的网格点选定为终端位置。
[0008]进一步的，所述步骤2中建立路径损耗数据库的方法为：步骤2.1：将定位区域的环境进行建模，依据区域内不同属性进行分类，每一类对应不同的电磁参数；步骤2.2：根据建立的环境模型，电磁波是在该环境模型中有反射传播、透射传播以及绕射传播三种方式，属于复杂的非视距传播；根据该环境模型，考虑天线接收模式，发射机到接收机的自由空间路径损耗计算方法为：
其中，是发射天线上在接收机方向上的增益，是接收天线在发射机方向上的增益， R是发射机与接收机之间的距离，单位是m，是电磁波波长，是发射天线的最大增益，是接收天线的最大增益；基于上述传播模型和路径损耗公式，路径损耗与传输距离，接收机和发射机的增益和无线传输环境有关，得出路径损耗与传输距离的函数如下：其中，函数的系数，会因无线环境的不同而有相应变化，R为传输距离。
[0009]进一步的，步骤7中计算相关性的方法为：其中，表示第个网格点对应发射功率的相关性，表示第个网格点对应发射功率的平均值，表示第个网格点对应第n个监测点的发射功率。
[0010]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：通过三维射线追踪算法，更加精确预测路径损耗和信号功率等参数；再结合网格划分确定参考点，将参考点扩展成网格系统，形成网格系统合力；再结合基于RSS测距定位方法确定待定位终端定位的模糊区域，通过与模糊区域中所有参考点进行匹配最终确定待定位终端的位置，匹配过程更加严谨和迅速，定位性能有较大提高。
附图说明
[0011]图1为本专利技术方法流程图；图2为基于RSS测距定位确定待定位的模糊区域图；图3为本专利技术实例的射线追踪仿真图。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实例对本专利技术实施步骤进行进一步详细说明。
[0013]如图1所示，本专利技术实例具体实现过程如下：将待定位区域进行网格划分，然后构建三维模型，对不同属性的进行分类，将接收节点假想为发射点，计算路径损耗，发射点与接收点互易，计算模糊区域，根据接收节点的功率与路径损耗，计算假想网格发射点的发射功率，计算模糊区域个接收节点的功率相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RSS测距和射线追踪技术的非视距场景定位方法，其特征在于，该方法包括：步骤1：对定位区域进行等间距网格划分，并在定位区域内的固定位置处部署N个监测节点，N根据定位区域大小确定；步骤2：将网格的中点处设置信号发射机，监测节点处设置信号接收机，建立每个发射机到每个接收机的路径损耗数据库，数据库中包含M个，表示一个网格到N个接收机的损耗，M表示网格的总数；步骤3：在定位时，N个监测节点对同一频率的信号的进行接收，接收功率分别为，结合现有的基于RSS测距定位方法，从N个监测节点中选择接收待定位终端信号传输路径损耗最小的三个点作为参考锚点，设为；针对每一个锚点，以其坐标为圆心，根据路径损耗公式，计算得到该锚点到待定位终端的距离，并以此距离为半径设圆，计算3个圆中任意两个圆之间重叠区域即为模糊区域；步骤4：从步骤3中所得每两相交圆的交点中选取一点作为三圆相交的公共交点；选取准则：当两圆之间只存在一个交点时，则选择该交点，判断该交点是否在第三个圆上，若是则该交点就是待定位终端，若不是则转步骤7；当两圆之间交点存在两个时，判定离第三个圆的圆周最近的一个交点为三圆相交的公共交点；步骤5：若步骤4中只得到了一个交点且不是三圆公共点，则以该交点为圆心，到第三圆圆心为半径作圆，以该圆的直径为正方形的边长作该圆的外切正方形，该正方形区域划定为待定位终端所在位置的模糊区域；若步骤6中得到了三个公共交点，则算出三个交点的质心O作圆心，以中离质心O的最远距离为半径作圆，并以该圆的直径为边长的正方形作该圆的外切正方形，以此外切正方形区域划定待定位终端所在位置的模糊区域；步骤6：将步骤5计算所得模糊区...

【专利技术属性】
技术研发人员：周凯，张燕，何羚，阎啸，王茜，朱晟龙，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：