[发明专利]一种减轻背景电磁波影响的射频层析成像定位方法

摘要

本发明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。

主权项

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；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；2)测量背景环境下的接收信号强度RSS，并进行奇异值分解；所述测量背景环境下的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，L表示链路数，[]^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；所述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,…,σ_L}，以及对应的特征矢量[u₁,u₂,…,u_L]；然后，根据奇异值大小将特征矢量集[u₁,u₂,…,u_L]分解成两部分，前K项组成环境固有影响子空间后L‑K项组成本底背景噪声子空间3)测量有目标时的RSS；具体为，当定位区域内有目标时，测量目标影响后的RSS数据，同样进行N次测量，t时刻测量到的数据：其中，表示t时刻第i条链路上的有目标影响时RSS测量值，连续测量N个时刻，获得L×N维的数组：Y_c＝[y_c(0),y_c(1),…,y_c(N‑1)]，其中，y_c(t),t＝0,1,…,N‑1表示t时刻所有L条链路的有目标影响时RSS测量结果，样本均值为：4)选取有效链路；所述有效链路选择准则如下：其中，th^*表示最佳门限值，Z表示有效链路集合，l_i表示挑选出的第i条链路，abs()表示绝对值操作；5)采用改进的射频层析成像定位，包括以下步骤：5‑1)采用步骤4)中最后挑选出的b₁条有效链路进行射频层析成像，分别计算各有效链路的方差，结果记为根据射频层析成像原理，可得：y_r＝W_rx+n   (3)其中，x＝[x₁,x₂,…,x_P]^T表示定位区域划分的像素矢量，x_s,s＝1,2,…,P表示各像素点上的值，P表示像素总个数，n表示噪声矢量，W_r表示像素的权重影响矩阵，根据椭圆阴影模型，W_r中第j个像素对第l_i条链路的影响权重表示为：其中，d_i表示组成第l_i条链路的两个节点之间距离，d_ij1和d_ij2表示第j个像素到组成第l_i条链路的两个节点之间距离，Ф为实际权重大小，ρ表示椭圆的短轴长度；5‑2)引入正则化约束项，得到目标函数如下：其中，α表示正则化系数，Q表示正则矩阵，||·||表示2范数，求解式(5)，得到：5‑3)将求解结果再投影到本底背景噪声子空间上去，得到最终结果为：其中，I表示单位矩阵，表示投影后的结果。