[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

说明书

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；3)扫描全频段内的位置指纹信号；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；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。本发明能够利用传播模型和位置指纹，预先建立位置指纹数据库，进而通过扫描辐射源的方式，快速计算该辐射源在室内的位置。不但定位准确，而且比对速度快、可靠。

技术领域

本发明涉及一种于传播模型和位置指纹的三维室内无源定位方法。

背景技术

随着新技术的不断发展，加上政界、商界、反恐领域、科技领域和军事领域利益最大化需求，窃取机密资料的手法也在日益精密，窃听窃视无疑是其中重要的组成部分。目前反窃听窃视设备较多，其中比较常用的设备大部分为国外产品，在使用方面存在较多不足，包括发现可疑信号能力弱、不具备信号源定位能力等。因此，深入研究非合作室内无源定位技术，对信息安全建设具有重大的现实意义。

室内定位方法大致可以按照三种最基本的定位思路进行归类，第一类是通过测量信号距离和角度来进行几何计算得到辐射源位置，其中TOA(Time of Arrival)通过测量时差计算距离差绘制双曲线方程获得辐射源位置，信号传播模型则通过电波传播理论建模，由测量幅度值映射为距离从而获得辐射源位置，AOA(Angle of Arrival)通过定线天线或者阵列天线测量信号方向，多站交叉获得辐射源位置；第二类是通过物理量感知发现辐射源“靠近”传感器，用传感器的位置来估计辐射源位置，具有代表性的为最近节点法；第三类是利用对已知位置的各种测量值作为该位置的“指纹”特征，利用辐射源特征与已知位置特征匹配获得辐射源位置，可利用幅度、信噪比等参数作为特征进行特征匹配，称为位置指纹法。上述方法的优缺点如下表1所示：

表1

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够快速准确定位室内辐射源的三维室内无源定位方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：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；

3)扫描全频段内的位置指纹信号；

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；

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。

优选地，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。

优选地，所述传感器节点的个数为4的倍数。

优选地，所述步骤2)中，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。

优选地，该数据库中，Vx＝[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x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，x为[1,n]；Sx＝[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x项记为1。

优选地，还可以采用内插的方法增加位置指纹数据库的密度。