本發(fā)明的實施例涉及確定移動電子設備的位置的領域。

背景技術(shù)：

在iot（物聯(lián)網(wǎng)）以及許多其他位置相關(guān)應用中，要求基礎設施能夠估計一個或若干個無線對象或目標節(jié)點的位置。以低成本實現(xiàn)無線環(huán)境中的準確位置估計仍是一項巨大的挑戰(zhàn)。本發(fā)明要呈現(xiàn)一種用于以低成本實現(xiàn)具有良好準確度的魯棒位置估計的簡單方法。

在典型的位置估計系統(tǒng)中，存在其位置已知的若干個參考節(jié)點或網(wǎng)關(guān)以及其位置要被估計的一個或若干個目標節(jié)點或塵埃（mote）。為了估計目標節(jié)點的位置，需要通過由目標節(jié)點進行且由參考節(jié)點接收的無線電傳輸或者方向相反的無線電傳輸來測量表征目標節(jié)點相對于參考節(jié)點的定位信息的一些度量，諸如距離或角度。在本發(fā)明中，我們考慮下述情況：其中，目標節(jié)點進行無線電傳輸，該無線電傳輸由該目標節(jié)點周圍的網(wǎng)關(guān)（參考節(jié)點）接收。

以下描述對本發(fā)明的下述示例進行描述：在這些示例中，在2維平面中確定移動節(jié)點的位置。雖然重要，但本申請并不進行限制，并且本發(fā)明也包括變形，在這些變形中，移動節(jié)點被定位在3維空間中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種加權(quán)質(zhì)心定位（wcl）算法，其僅基于網(wǎng)關(guān)的已知位置和網(wǎng)關(guān)處的接收信號強度指示（rssi）的測量結(jié)果來進行位置估計。如對于本領域技術(shù)人員來說公知的那樣，盡管已經(jīng)存在與wcl位置算法或接近領域相關(guān)的多種學術(shù)研究以及專利公開，但具有良好位置準確度的簡單且魯棒的wcl算法的設計仍然是主要的挑戰(zhàn)。這是本發(fā)明試圖解決的問題。

附圖說明

圖1以示意性簡化方式圖示了一種定位過程，通過該定位過程，多個網(wǎng)關(guān)接收由移動節(jié)點發(fā)射的定位分組并憑借求解器來確定其位置，求解器處理每一個網(wǎng)關(guān)處的分組的rssi信息。

圖2通過流程圖來表示本發(fā)明方法的可能實現(xiàn)。

具體實施方式

位置估計系統(tǒng)一般可以被劃分成兩個類別，即，基于測距的方法和無需測距的方法。典型的基于測距的系統(tǒng)利用toa（到達時間）或tdoa（到達時間差）信息，這要求準確時間戳設備以獲得目標節(jié)點與網(wǎng)關(guān)之間的距離信息，并且其使用三角測量方法來獲得目標節(jié)點的位置?；趓ssi的位置算法可以落到基于測距或無需測距的方法中。

對于本領域技術(shù)人員而言公知的是，關(guān)于距離的無線電信號傳輸（radiosignaltransmissionoverdistance）遵循以下規(guī)則：

其中pr是接收信號功率，即，rssi；pt是發(fā)射功率；gt是發(fā)射機天線增益；gr是接收機天線增益；w是無線電的波長；以及d是從發(fā)射機到接收機的距離。b被稱為路徑損耗指數(shù)（ple）。對于自由空間傳輸，b=2，而對于具有多徑衰落的更一般傳輸環(huán)境，b具有1.6與5之間的值。

可以以更方便的格式將上面的等式重寫如下：

其中p0是參考距離d0處的接收功率。

由于功率通常以db格式表達，因此我們可以有：

。

該等式中的最后一項n是測量誤差，被表示為零均值高斯噪聲。

上面的等式清楚地示出了接收信號功率rssi與從目標節(jié)點到網(wǎng)關(guān)的距離d之間的關(guān)系。

通過校準過程，可以估計針對給定d0的p0以及路徑損耗指數(shù)b。然后，可以從所測量的rssi獲得距離d。因此，問題被變換成基于測距的問題。該方法一般是復雜的，這是由于其要求定期校準過程以估計和更新信號傳輸模型中的參數(shù)。由于傳輸參數(shù)估計中的誤差和rssi測量中的誤差，該方法不一定導致良好性能。

本發(fā)明集中于無需測距的wcl方法。具體地，我們提出簡單且有效的權(quán)重計算方法以及活動網(wǎng)關(guān)選擇策略以實現(xiàn)魯棒且良好準確度位置估計。

魯棒wcl算法

假定存在總共n個網(wǎng)關(guān)，其位置是，則wcl算法的一般形式提出了使用集合權(quán)重因子、通過網(wǎng)關(guān)的位置的加權(quán)（矢量）和來計算移動設備的位置，這可以被表達為：

其中wi是用于的加權(quán)因子，x和y是目標節(jié)點的所估計的位置。

這里的關(guān)鍵設計問題是確定加權(quán)因子wi的方式。用于加權(quán)平均的所有接收網(wǎng)關(guān)的子集的選擇也是重要的。本發(fā)明可以被概括如下：

1.確定“中央網(wǎng)關(guān)”，其可以例如是通過選擇具有最大rssi值的網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)的。

2.計算鄰近網(wǎng)關(guān)之間的平均網(wǎng)關(guān)間距。這是通過首先計算從每一個網(wǎng)關(guān)到所有其他網(wǎng)關(guān)的距離的最小值來實現(xiàn)的。然后，對于距所有網(wǎng)關(guān)的所有最小距離，它的中值被用作平均網(wǎng)關(guān)間距。

3.從位置計算中排除距“中央網(wǎng)關(guān)”太遙遠的那些網(wǎng)關(guān)。這是通過將從所有網(wǎng)關(guān)到“中央網(wǎng)關(guān)”的距離對照閾值進行比較來進行的，該閾值等于平均網(wǎng)關(guān)間距乘以縮放因子。如果那些網(wǎng)關(guān)的距離大于該閾值，則它們被排除，否則它們被保持。

4.假定總共n個網(wǎng)關(guān)被保持，則按降序?qū)膔ssi進行排序，即：

。

5.在存在來自網(wǎng)關(guān)i的多于一個rssi測量結(jié)果的情況下，來自該網(wǎng)關(guān)的所有rssi值的中值被用作步驟4中的rssi。

6.加權(quán)因子是通過下式計算的：

。

7.目標節(jié)點的位置的估計是使用在步驟（6）中定義的權(quán)重來獲得的。

8.直到步驟7，獲得目標節(jié)點的位置的一次性估計。在目標節(jié)點進行每特定周期的定期傳輸?shù)那闆r下，使用跟蹤算法（諸如卡爾曼類型濾波器）來跟蹤目標節(jié)點的移動并進一步改進位置準確度。

上面的加權(quán)因子計算的主要思想是：對其rssi較大的那些網(wǎng)關(guān)給予較重的權(quán)重，由于它們很可能更接近于目標節(jié)點?？梢詮漠a(chǎn)生權(quán)重wi的等式中觀察到，權(quán)重因子主要由rssi的等級次序而不是絕對值來確定。與步驟4）和5）中定義的過程相結(jié)合，這使該算法對由于信道衰落或測量誤差而引起的rssi的變化來說非常魯棒。

加權(quán)因子還部分地取決于rssi'i相比于最小rssi的差異，這考慮了rssi的相對值以進一步增強位置準確度。仿真已經(jīng)演示出該算法在不同多徑/衰落信道條件下的魯棒性及其良好的位置性能。