基于高效能射频网络的目标定位和跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及目标探测与跟踪技术领域，具体涉及一种基于高效能射频网络的目标 定位和跟踪方法。
【背景技术】
[0002] 射频节点网络利用射频节点来定位跟踪目标。基于射频节点网络的目标定位和跟 踪技术不需要目标携带任何装置，并且它只需要射频节点提供的接收信号强度（RSS)值。
[0003] 在传统的射频节点工作模式中，射频节点直接发送其他节点和该节点构成的所有 链路的RSS值到基站节点。随着射频节点数目的增加，射频节点传输的数据量与射频节点 数目成二次方关系增加，这对于使用电池供电的射频节点是十分不利的，将会大大的缩短 射频节点电池的使用寿命。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于1?效能射频网络的目标定位和跟踪 方法，可以减少能量损耗，延长节点的工作寿命，且有效提高定位及跟踪的准确性。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提出以下解决方案：
[0006] 第一方面，本发明提供了一种用于目标定位和追踪的高效射频网络，所述射频网 络包括至少两个节点；所述至少两个节点布置在监测区域周围，所述至少两个节点构成了 两条以上的有向链路；所述每个节点向基站发送第一消息，所述第一消息包括基站标识号、 发送节点的标识号、与所述发送节点构成衰减链路的接收节点的标识号。
[0007] 其中，所述每个节点向基站发送第一消息之前，所述每个节点找出与该节点构成 衰减链路的节点的标识号。
[0008] 其中,所述每个节点找出与该节点构成衰减链路的节点的标识号包括：
[0009] 第一节点与除第一节点以外的其他节点构成了多条链路，第一节点根据每条链路 在定位目标进入监测区域之前和进入监测区域之后链路接收信号强度RSS的变化量判断 该链路是否被遮挡，若该链路的RSS变化量大于第一阈值，则该链路被遮挡，第一节点找出 与第一节点构成该链路的第二节点的标识号。
[0010] 其中，所述至少两个节点等距离布置在监测区域周围。
[0011] 第二方面，本发明提供了一种基于上述高效射频网络的基于网格搜索的最大似然 定位方法，包括 ：
[0012] SlL获取链路1输出1状态的概率和输出0状态的概率，所述链路1为射频网络 中的节点所构成的有向链路，1 = 1，2，…，L ;
[0013] 若链路1的接收信号强度RSS的变化量Λ r1;t大于第一阈值Y，则链路1的输出 状态z1;t为1，否则链路1的输出状态z 1;t为0 ;若目标位置为xt，则链路1输出1状态的概 率Pht= I |x t)和输出0状态的概率Pht= 0 |x t)分别为：
[0014]
【主权项】
1. 一种用于目标定位和跟踪的高效射频网络，其特征在于，所述射频网络包括至少两 个节点；所述至少两个节点布置在监测区域周围，所述至少两个节点构成了两条以上的有 向链路；所述每个节点向基站发送第一消息，所述第一消息包括基站标识号、发送节点的标 识号、与所述发送节点构成衰减链路的接收节点的标识号。
2. 根据权利要求1所述的高效射频网络，其特征在于，所述每个节点向基站发送第一 消息之前，所述每个节点找出与该节点构成衰减链路的节点的标识号。
3. 根据权利要求2所述的高效射频网络，其特征在于，所述每个节点找出与该节点构 成衰减链路的节点的标识号包括： 第一节点与除第一节点以外的其他节点构成了多条链路，第一节点根据每条链路在定 位目标进入监测区域之前和进入监测区域之后链路接收信号强度RSS的变化量判断该链 路是否被遮挡，若该链路RSS的变化量大于第一阈值，则该链路被遮挡，第一节点找出与第 一节点构成该链路的第二节点的标识号。
4. 根据权利要求3所述的高效射频网络，其特征在于，所述至少两个节点等距离布置 在监测区域周围。
5. -种基于权利要求4所述的高效射频网络的基于网格搜索的最大似然定位方法，其 特征在于，包括 ：
511. 获取链路1输出1状态的概率和输出0状态的概率，所述链路1为射频网络中的 节点所构成的有向链路，1 = 1，2，…，L; 若链路1的RSS的变化量Ar1;t大于第一阈值Y，则链路1的输出状态zlt为1，否则 链路1的输出状态zy为0 ;若目标位置为xt，则链路1输出1状态的概率p(Zl，t= 11xt) 和输出〇状态的概率P(2；^= 0 |xt)分别为：
其中&(xt)是当目标位置为\时对链路1造成的衰减函数，Q(.)是互补累积分布函 数；
512. 获取某一时刻所有链路的状态观测向量zt= [Zl，t，z2，t，...，Zl，t] T;
513. 将监测区域均匀地划分为N个网格，网格n的中心的坐标记为qn，n= 1，2, . ..，N; 其中L条链路相互独立，最大似然估计为
514. 将链路分为两个集合<和0;其中
是未被遮挡的链路的集合，
是被遮挡链路的集合；且
，得到网格n的似然值为：
S15.在N个网格中搜索找到S14中所述似然值最大的网格，该网格的中心坐标就是定 位目标的位置。
6. -种基于权利要求4所述的高效射频网络的基于粒子滤波的目标跟踪方法，其特征 在于，包括：
521. 获取链路1输出1状态的概率和输出0状态的概率，所述链路1为射频网络中的 节点所构成的有向链路，1 = 1，2，…，L; 若链路1的接收信号强度RSS的变化量Ar1;t大于第一阈值Y，则链路1的输出状态Zl，t为1，否则链路1的输出状态Zl，t为0;若目标位置为xt，则链路1输出1状态的概率 phf1|xt)和输出0状态的概率0|xt)分别为：
其中&(xt)是当目标位置为\时对链路1造成的衰减函数，Q(.)是互补累积分布函 数；
522. 获取从1时刻到t时刻的链路状态观测向量z1:t={zuz2,. . .，zt};
523. 根据目标的运动模型和上个时刻的粒子状态获得当前时刻粒子k，k= 1，2,. . .，NPF的状态Xf:
是定位目标在t时刻的状态，xjPyt分别代表当前时刻定位目标的 横坐标和纵坐标，i,和A是定位目标在t时刻x方向和y方向的速度，At是时刻t-1与时 刻t之间的时间间隔，定位目标的匀速运动模型为： Xt=FXH+But
其中ut为加速度噪声矢量，满足均值为零，协方差矩阵为
的高斯分 布，其中W为x方向上的加速度噪声方差，< 为y方向上的加速度噪声方差，根据目标 的运动模型和上个时刻的粒子状态得到均值为FX^，协方差矩阵为BRBT的高斯分布
从而采样得到当前时刻粒子k，k= 1，2,. . .，NPF的状态X); S24:获得当前时刻粒子权重的更新： 粒子权重按照下式进行更新，?是正比于的意思：
其中，xf是X〉的前两个分量，xf是二维状态，即只是位置状态，Xf是四维状态，包括 位置和速度状态，因为观测量zt和目标的运动速度无关，因此p(z11Xt)等价于p(zt |xt)， 和wf为粒子k的状态和权重，0二: \二0)是未被遮挡的链路的集合，< 二{/: =1} 是被遮挡链路的集合，
525. 对粒子权重< 进行归一化操作
，以保证所有粒子权重之和为1 ;
526. 若粒子中某些粒子的权重较大，则导致有效粒子数目
小于第二预 设阈值Nth，则粒子退化发生，粒子退化是指上述粒子组中只有个别粒子权重较大，其他粒子 的权重很小甚至为0 ;利用重采样产生一组新的粒子，重采样是用上述粒子组中权重较大 的粒子替换权重较小甚至为〇的粒子，然后将新产生的一组粒子中所有粒子的权重重新设 为1/NPF，其中^是粒子数目；
527. 根据后验概率的近似分布和粒子权重得到定位目标位置估计及方差估计cov(Xt)为：
【专利摘要】本发明提供了一种用于目标定位和跟踪的高效射频网络，所述射频网络包括至少两个节点；所述至少两个节点布置在监测区域周围，所述至少两个节点构成了两条以上的有向链路；所述每个节点向基站发送第一消息，所述第一消息包括基站标识号、发送节点的标识号、与所述发送节点构成衰减链路的接收节点的标识号。发明提出的高效节能射频网络可以减少能量损耗，延长节点的工作寿命。
【IPC分类】H04B17-318, H04W24-00
【公开号】CN104581770
【申请号】CN201510044067
【发明人】王正欢, 刘珩, 倪亚萍, 许胜新, 安建平, 卜祥元, 高飞
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月28日