一种对目标信号源快速定位的方法及装置与流程

本发明属于定位，尤其涉及一种对目标信号源快速定位的方法及装置。

背景技术：

1、随着物联网行业的兴起，人们利用各种电子标签将生产生活中各类实体接入网络，极大地促进了工作效率的提升。其中，基于物品位置信息的服务将极大地提高工业自动化的效率。rfid(radio frequency identification),即射频识别技术，由于其具有无源、体积小、识别速度快等优点，已经被广泛应用于仓储、物流等领域，一些基于rfid的物品定位方法也被提出。

2、现有的方案大多利用rfid标签的信号接收信号强度和相位两种射频特征进行位置估计。rfid射频信号功率在传播过程中随着距离增大而衰减，而信号相位则记录了信号传播时延信息，因此现有方案通常参考这两个指标来解析标签的距离信息。

3、由于实际环境中无线信号受到多径效应的干扰以及标签粘贴物对射频信号的吸收，标签信号通常会出现信号丢失、信号畸变等问题，使信号特征与距离映射并不可靠，大大降低了定位方法在实际场景中的适用性。而高可靠的定位方法通常需要复杂的硬件设备部署或者大量的参考标签辅助，具有较大的计算复杂度，无法保证实时性和普适性。因此，业界亟待一种普适且高效的定位方法。

4、现有的rfid目标信号源的定位方法中效果最优的当属基于rfid相位的全息图方法，该方法通过标签相位信号的逆相关滤波来评估各个位置点可能是目标位置点的概率。由于相位值存在着以半波长为距离的周期性跳变的现象，因此，需要评估监控平面内的所有位置点的概率，计算量巨大。同时相位跳变造成的“2π混淆”使得定位区域过小，很难在大范围场景内适用，目标信号源的接收信号强度信息虽然不存在混淆，但是由于多径干扰的存在，接收信号强度的定位精度普遍不高。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的不足，发明的目的在于提供一种对目标信号源快速定位的方法及装置，先利用目标信号源的接收信号强度对目标信号源做模糊的定位，排除混淆后，再利用目标信号源的相位对目标信号源做精确定位，从而可以在较大场景中，达到快速定位的目的，可以不失精度的同时降低计算复杂度，也能够适用于rfid物品实时追踪任务。

2、本发明的第一方面，提出了一种对目标信号源快速定位的方法，包括：

3、在目标信号源的监控平面布置多个采样天线；

4、多个采样天线对目标信号源进行信号采样得到目标信号源的接收信号强度和相位；

5、根据目标信号源的接收信号强度确定目标信号源的模糊位置g*(x*,y*)；

6、根据目标信号源的相位和模糊位置确定目标信号源的精确位置；

7、其中，(x*,y*)为模糊位置坐标。

8、进一步地，上述一种对目标信号源快速定位的方法中，根据目标信号源的接收信号强度确定目标信号源的模糊位置，包括：

9、通过目标信号源的接收信号强度确定多个采样天线锚点对到目标信号源的定比系数；

10、通过所述多个采样天线锚点对构造关于目标信号源位置的第一超定方程组；

11、求解第一超定方程组得到目标信号源的模糊位置g*(x*,y*)。

12、进一步地，上述一种对目标信号源快速定位的方法中，根据目标信号源的相位和模糊位置确定目标信号源的精确位置，包括：

13、根据目标信号源的相位和模糊位置确定多个采样天线锚点对的混淆系数；

14、通过所述采样天线锚点对构造关于目标信号源位置的第二超定方程组；

15、求解第二超定方程组得到目标信号源的精确位置。

16、进一步地，上述一种对目标信号源快速定位的方法中，通过目标信号源的接收信号强度确定多个采样天线锚点对到目标信号源的定比系数，是通过如下公式确定的：

17、

18、其中，n表示功率环境衰减因子，公式(1)表示监控平面中坐标为(xi,yi)，(xj,yj)的采样天线锚点对mi、mj与目标信号源g(x,y)的接收信号强度rssii和rssij的关系，变换公式(1)得到公式(2)，gij表示定比系数，di,dj分别表示目标信号源g到两个坐标分别为(xi,yi)，(xj,yj)的采样锚点对mi、mj的距离。

19、进一步地，上述一种对目标信号源快速定位的方法中，通过个采样天线锚点对构造关于目标信号源位置的第一超定方程组，是通过如下公式构造的：

20、目标信号源g(x,y)的坐标用如下方程表示：

21、

22、

23、其中，监控平面中任意一对采样天线锚点对都能够构造关于目标信号源g(x,y)的公式(3)，公式(3)表示目标信号源g(x,y)在以坐标为(xi,yi)，(xj,yj)的采样天线锚点对mi、mj，且定比系数值为gij的阿波罗尼斯圆上，(aij,bij)表示该阿波罗尼斯圆的圆心坐标，rij表示该阿波罗尼斯圆的圆半径；

24、监控平面中有n个观测锚点，构造n(n-1)/2个方程，对这n(n-1)/2个方程重新编号为m，m＝[n(n-1)/2]-1，则得到如下的关于目标信号源g(x,y)的第一超定方程组：

25、

26、进一步地，上述一种对目标信号源快速定位的方法中，根据目标信号源的相位和模糊位置确定采样天线锚点对的混淆系数是通过如下公式确定的：

27、

28、其中，λ表示射频波长，δdij表示信号源g到两个坐标分别为(xi,yi)，(xj,yj)的采样锚点对mi、mj的距离差，δdij＝di-dj，di,dj分别表示目标信号源g到两个坐标分别为(xi,yi)，(xj,yj)的采样锚点对mi、mj的距离，δφij＝φi-φj表示信号源g到两个坐标分别为(xi,yi)，(xj,yj)的采样锚点对mi、mj的相位差，φi，φj分别表示两个坐标分别为(xi,yi)，(xj,yj)的采样锚点对mi、mj对目标信号源采样得到的相位值，表示混淆系数，k表示错误的混淆系数，z表示整数。

29、进一步地，上述一种对目标信号源快速定位的方法中，通过采样天线锚点对构造关于目标信号源位置的第二超定方程组，是通过如下公式构造的：

30、

31、hx＝b (15)

32、系数矩阵h的每一行的行向量hk的表达式如下：

33、

34、常数列向量b的每一行的元素bk的表达式如下：

35、

36、其中，λ表示射频波长，δdij表示信号源g到两个坐标分别为(xi,yi)，(xj,yj)的采样锚点对mi、mj的距离差，δdij＝di-dj，di,dj分别表示目标信号源g到两个坐标分别为(xi,yi)，(xj,yj)的采样锚点对mi、mj的距离，m表示旋转矩阵，t表示平移矩阵，采样锚点对mi、mj的坐标分别表示为(xi,yi)，(xj,yj)，γij表示旋转角度，d表示采样锚点对mi、mj的间距，δφij＝φi-φj表示信号源g到两个坐标分别为(xi,yi)，(xj,yj)的采样锚点对mi、mj的相位差，kij表示第一混淆系数，公式(15)表示第二超定方程组，第二超定方程组中的h是系数矩阵，b是常数列向量，θij表示信号源g相对两个坐标分别为(xi,yi)，(xj,yj)的采样锚点对mi、mj平面的方向角。

37、本发明的第二方面，还提出了一种对目标信号源快速定位的装置，包括：

38、布置模块：用于在目标信号源的监控平面布置多个采样天线；

39、信号采样模块：用于多个采样天线对目标信号源进行信号采样得到目标信号源的接收信号强度和相位；

40、第一确定模块：用于根据目标信号源的接收信号强度确定目标信号源的模糊位置g*(x*,y*)；

41、第二确定模块：用于根据目标信号源的相位和模糊位置确定目标信号源的精确位置；

42、其中，(x*,y*)为模糊位置坐标。

43、本发明的第三方面，还提出了一种电子设备，包括：处理器和存储器；

44、处理器通过调用存储器存储的程序或指令，用于执行如上任一项一种对目标信号源快速定位的方法。

45、本发明的第四方面，还提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储程序或指令，程序或指令使计算机执行如上任一项一种对目标信号源快速定位的方法。

46、本发明的有益效果如下：本发明通过在目标信号源的监控平面布置多个采样天线；多个采样天线对目标信号源进行信号采样得到目标信号源的接收信号强度和相位；根据目标信号源的接收信号强度确定目标信号源的模糊位置；根据目标信号源的相位和模糊位置确定目标信号源的精确位置。本发明先利用目标信号源的接收信号强度对目标信号源做模糊的定位，排除混淆后，再利用目标信号源的相位对目标信号源做精确定位，从而可以在较大场景中，达到快速定位的目的，可以不失精度的同时降低计算复杂度，也能够适用于rfid物品实时追踪任务。

技术特征：

1.一种对目标信号源快速定位的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种对目标信号源快速定位的方法，其特征在于，根据目标信号源的接收信号强度确定目标信号源的模糊位置，包括：

3.根据权利要求1所述的一种对目标信号源快速定位的方法，其特征在于，根据目标信号源的相位和模糊位置确定目标信号源的精确位置，包括：

4.根据权利要求2所述的一种对目标信号源快速定位的方法，其特征在于，所述通过目标信号源的接收信号强度确定多个采样天线锚点对到目标信号源的定比系数，是通过如下公式确定的：

5.根据权利要求2所述的一种对目标信号源快速定位的方法，其特征在于，通过所述多个采样天线锚点对构造关于目标信号源位置的第一超定方程组，是通过如下公式构造的：

6.根据权利要求3所述的一种对目标信号源快速定位的方法，其特征在于，所述根据目标信号源的相位和模糊位置确定采样天线锚点对的混淆系数是通过如下公式确定的：

7.根据权利要求3所述的一种对目标信号源快速定位的方法，其特征在于，通过所述采样天线锚点对构造关于目标信号源位置的第二超定方程组，是通过如下公式构造的：

8.一种对目标信号源快速定位的装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储程序或指令，所述程序或指令使计算机执行如权利要求1至7任一项所述一种对目标信号源快速定位的方法。

技术总结
本发明涉及一种对目标信号源快速定位的方法及装置，属于目标信号源定位技术领域，该方法包括：在目标信号源的监控平面布置多个采样天线；多个采样天线对目标信号源进行信号采样得到目标信号源的接收信号强度和相位；根据目标信号源的接收信号强度确定目标信号源的模糊位置；根据目标信号源的相位和模糊位置确定目标信号源的精确位置。本发明先利用目标信号源的接收信号强度对目标信号源做模糊的定位，排除混淆后，再利用目标信号源的相位对目标信号源做精确定位，从而可以在较大场景中，达到快速定位的目的，可以不失精度的同时降低计算复杂度，也能够适用于RFID物品实时追踪任务。

技术研发人员：程慈航
受保护的技术使用者：中电信数智科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5