基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法，包括：待定位节点对接收信号进行采样得到采样信号；构建相关窗，并通过滑动相关窗获取对数似然函数的最大值，得到OFDM符号的起始位置；根据OFDM符号的起始位置，计算其互相关值；根据对数距离路径损耗模型，计算待定位节点与锚节点之间的距离；根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标。本发明专利技术降低了极低信噪比和复杂多径信道环境下系统的定位误差，提高了系统的定位精度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法。
技术介绍
近年来，随着无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)的快速发展，室内无线定位服务的需求快速增加，室内无线定位技术在公共服务、公共安全及商业等领域获得广泛而深入的应用。然而，因为信号穿透众多的建筑物衰减严重，加之室内环境复杂，信号在室内传播时受障碍物的影响，会引起多径效应、阴影遮挡及噪声干扰等，导致定位精度大大降低，甚至出现大片定位盲区。因此，传统的室外无线定位技术如卫星定位系统和蜂窝无线定位系统，难以应用于室内环境。目前室内无线定位技术较多，依据定位过程中是否需要测距，室内无线定位技术可以分为无需测距的定位技术和基于测距的定位技术。相较于无需测距的定位技术，基于测距的定位技术对节点布置密度要求不高，且能实现较高的定位精度，因而被广泛的采用。根据测距所用的度量指标，基于测距的定位技术可分为：基于TOA(Time Of Arrival，到达时间)测距的室内无线定位技术、基于TDOA(Time Difference Of Arrival，到达时间差)测距的室内无线定位技术、基于AOA(Angle Of Arrival，到达角度)测距的室内无线定位技术和基于RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示)测距的室内无线定位技术。基于TOA测距的室内无线定位技术要求节点之间保持严格的时间同步，并且信号容易受到多径衰落和非视线传播等因素的影响而导致定位精度的下降；基于TDOA测距的室内无线定位技术虽然不要求节点之间保持严格的时间同步，但是同样信号容易受到多径衰落和非视线传播等因素的影响，系统难以适应复杂的室内环境；基于AOA测距的定位技术，节点无需保持严格的时间同步，但是要求节点上安装阵列天线，且对阵列天线的要求比较高，因而成本比较高；基于RSSI测距的定位技术实现简单，对硬件设备要求不高，成本低廉，因此是目前最为常见的定位技术之一。但是，在室内环境或建筑物密集的小区域室外环境下，由于无线信号受到遮蔽、衰落、环境噪声和多径效应等因素的影响，导致定位节点获取的接收信号能量可能出现较大的随机波动，从而降低定位系统的准确性，使得定位系统难以满足高精度定位的需求。针对上述问题，人们已经提出了众多室内无线定位方法，韩江洪等人提出一种基于RSSI的极大似然与加权质心混合定位算法，该算法首先根据极大似然方法粗略估计待定位节点的位置坐标；随后，利用加权质心算法对坐标值作进一步的修正。虽然经过粗估计和求精两个过程，定位误差在一定程度上得以减小，但是这种改善程度非常有限，尤其是存在多径衰落效应和极低信噪比条件下，定位节点获得的接收信号能量RSSI存在较大的随机波动，该算法无法有效抑制RSSI的随机波动，导致系统定位误差较大。为了抑制由遮蔽、衰落、环境噪声和多径效应等因素所引起的RSSI巨大的随机波动以减小定位误差，有人提出了一种基于RSSI的自适应距离修正算法，该算法首先利用高斯模型对获取的RSSI进行筛选，以降低小概率或大干扰事件对整体数据测量的影响，同时，引入方向修正因子和距离阈值，改进三边测量算法和差分距离修正算法，以减小测距误差，该方法可以较大程度上减小定位误差。但是存在多径衰落效应和极低信噪比条件下，该算法的RSSI的巨大的随机波动抑制效果有限。总体而言，RSSI类定位方法仅仅利用了发射信号的场强能量信息，而场强能量信息受室内复杂环境的影响波动巨大，从而导致较大的定位误差，另一方面，对于诸如符合IEEE 802.11WLAN系列标准的OFDM无线电信号而言，信号自身的一些信号统计特征并未得到利用，比如循环前缀(Cyclic Prefix,CP)，借助这些信号特征可以有效提升定位算法在极低信噪比或多径干扰环境下的定位精度性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法，旨在解决现有的基于RSSI的室内无线定位方法定位误差大、算法稳定性差的问题。本专利技术是这样实现的，一种基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法，该基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法通过待定位节点对接收信号进行采样获取采样信号，再根据采样信号计算OFDM信号中循环前缀采样点集合与复制的有效数据部分的采样点集合的互相关值，以该互相关值作为测量指标，计算待定位节点与锚节点间的距离，然后利用自适应距离修正算法估计待定位节点的坐标。进一步，该基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法具体包括以下步骤：待定位节点O通信范围内的锚节点坐标为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,…,n(n≥4)；步骤一：待定位节点对接收信号r(t)进行采样得到采样信号r(n)，其中，n＝0,1,…,N-1，N表示OFDM符号包含的子载波个数，同时记录所接收到的信号的发送节点为Ai；步骤二：根据采样信号r(n)，计算互相关值E：步骤三：根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点Ai之间的距离：Pr(d′i)＝Pr(d0)-10·γlg(d′i)+Xσ其中，Pr(d′i)表示距离发送端距离为d′i时获取的互相关值，Pr(d0)表示距离发送端d0＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算,Xσ服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为d′i，对应的锚节点的坐标分别为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,2,…,n；步骤四：根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标O(x,y)。进一步，步骤二的具体方法包括：第一步，构建由连续m个OFDM符号中相同采样位置上长度为l连续采样序列所组成的相关窗，则与该相关窗对应的对数似然函数Λ(τ)表示为：Λ(τ)=Σm=0m-1Σi=0τ+l-1r(i+t(N+L))r(i+N+m(N+L))Σm=0m-1Σi=0τ+l-1[|r(i+t(N+L))|2+|r(i+N+t(N+L))|2];]]>第二步，将相关窗滑动N+L个采样点长度，获取对数似然函数Λ(τ)的最大值，该值所对应的采样时刻即为OFDM符号的起始位置τ^=本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法，其特征在于，该基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法通过待定位节点对接收信号进行采样获取采样信号，再根据采样信号计算OFDM信号中循环前缀采样点集合与复制的有效数据部分的采样点集合的互相关值，以互相关值作为测量指标，计算待定位节点与锚节点间的距离，然后利用自适应距离修正算法估计待定位节点的坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位方法，
其特征在于，该基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室内无线定位
方法通过待定位节点对接收信号进行采样获取采样信号，再根据采样信号计算
OFDM信号中循环前缀采样点集合与复制的有效数据部分的采样点集合的互相
关值，以互相关值作为测量指标，计算待定位节点与锚节点间的距离，然后利
用自适应距离修正算法估计待定位节点的坐标。
2.如权利要求1所述的基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前缀的室
内无线定位方法，其特征在于，该基于无线局域网WLAN OFDM信号循环前
缀的室内无线定位方法具体包括以下步骤：
待定位节点O通信范围内的锚节点坐标为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,…,n(n≥4)；
步骤一：待定位节点对接收信号r(t)进行采样得到采样信号r(n)，其中，
n＝0,1,…,N-1，N表示OFDM符号包含的子载波个数，同时记录所接收到的
信号的发送节点为Ai(xi,yi)；
步骤二：根据采样信号r(n)，计算互相关值E：
步骤三：根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点Ai之间的距离：
Pr(d′i)＝Pr(d0)-10·γlg(d′i)+Xσ；
其中，Pr(d′i)表示距离发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，周建，宫丰奎，葛建华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61