[发明专利]一种基于传播模型和位置指纹的三维室内无源定位方法

权利要求书

1.一种基于传播模型和位置指纹的三维室内无源定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)在室内布置传感器节点；

2)构建位置指纹数据库，利用传感器节点定期向外发射不同频段的信号，其他传感器节点同时接收该信号，将该传感器节点发送的信号强度和信噪比值记为1，并且将其他传感器节点接收到的信号的能量值和信噪比值进行归一化处理，按照传感器节点的顺序分别形成信号强度数列与信号信噪比数列，作为当前频段的该节点的位置指纹数据，形成位置指纹数据库；

3)扫描全频段内的位置指纹信号；当室内有辐射源后，利用各个传感器节点扫描测量相应频段内的信号频率(F)、信号强度(v)和信噪比(s)；

4)基于位置指纹的定位算法计算出该信号的二维平面空间位置；先通过信号频率(F)在位置指纹数据库中寻找最接近的频段的标定数据，然后将各个传感器节点扫描测得的信号强度和信噪比与各个位置指纹进行对比，找到最接近的位置指纹所对应的节点位置即为该辐射源的位置；

上述将各个传感器节点扫描测得的信号强度和信噪比与各个位置指纹进行对比的过程可以采用最近邻法进行匹配定位，具体为：扫描测得的信号的强度为v＝[v1,v2,v3…vn]和信噪比测量值为s＝[s1,s2,s3…sn]，其中，v和s向量为测量值，V和S为位置指纹数据库中的标定值，α为幅度和信噪比权重，可根据具体应用场景控制幅度方差和信噪比方差对△vs_i的影响度，取所有方差的最小值△vs_min，其所对应的节点位置即为辐射源的匹配位置；

5)基于传播模型的三维的空间定位算法计算出该信号的高度位置；

上述步骤5)中，根据上述基于位置指纹的定位算法，确定两个最近的传感器节点并且确定一个该两个传感器节点所在的与水平面垂直的参考平面，该两个最近的传感器节点中的其中一个即为上述步骤中确定的最接近的传感器节点的位置，然后根据这两个最近的传感器节点的位置指纹数据和在该参考平面内的具体位置，和测量的位置指纹数据进行计算然后利用公式

和

求解方程组，上述公式中，D₁₂两个传感器节点之间的距离，两个传感器节点的参考平面中的坐标分别为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，辐射源的参考平面中的坐标位置为(x，y)，两个传感器节点到辐射源的路径损耗分别为A1，A2，定义X'＝X1-X2，X1、X2分别是式1中两个不同室内传播环境下的阴影衰落值，X”＝X’/10n，最后求得该参考平面中辐射源的高度坐标y，d₁、d₂为辐射源到两个传感器节点的距离。

2.如权利要求1所述的基于传播模型和位置指纹的三维室内无源定位方法，其特征在于：所述步骤1)中在室内均匀间隔布置多个传感器节点，所述传感器节点之间的间距为3米-6米，并且位于同一水平面内。

3.如权利要求2所述的基于传播模型和位置指纹的三维室内无源定位方法，其特征在于：所述传感器节点的个数为4的倍数。

4.如权利要求1所述的基于传播模型和位置指纹的三维室内无源定位方法，其特征在于：该数据库中，Vm＝[Vf1,Vf2,Vf3…Vfn]代表每个传感器节点接收到的信号强度的数列，即该m个传感节点在第f个序号的频率时的位置指纹中的信号强度数列，m为[1,n]；Sm＝[Sf1,Sf2,Sf3…Sfn]表示每个传感器节点接收到的信噪比数列，即该传感器节点的位置指纹中的信号信噪比数列，f表示频率的序号，n表示信号接收传感器节点的位置序号，其中上述两个数列中第m项记为1。

5.如权利要求4所述的基于传播模型和位置指纹的三维室内无源定位方法，其特征在于：还可以采用内插的方法增加位置指纹数据库的密度。