距离估计方法和装置、以及节点定位方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，本发明涉及一种距离估计方法和装置、 W及节点定位方法和设备。
【背景技术】
[0002] 无线通信是利用电磁波而不是通过线缆进行的通信方式，其在人们日常生活中的 应用越来越广泛。根据所使用的电磁波频率的不同，无线通信网络的通信协议和应用场景 也大不相同，如全球移动通信系统（GSM)、射频识别（RFID)、卫星通信、超声波、超宽带、藍 牙等。
[0003] 在无线通信网络中，两个通信节点之间的距离估计在各个节点之间的通信过程中 起到了重要的作用。为此，例如，可W通过两个节点之间的接收信号强度来估计位于特定环 境中的两个节点之间的距离，其中在理论中，接收信号强度与节点距离成反比，也就是说， 接收信号强度越强，发射节点与接收节点之间的距离最小，相反地，接收信号强度越弱，发 射节点与接收节点之间的距离最大。
[0004] 然而，通常来说，在特定环境中可能存在由于可移动或不可移动障碍物等因素所 引起的空间变化，即环境噪声。送种环境噪声导致两个节点之间的距离估计操作出现不确 定性。例如，环境噪声包括白噪声和突发噪声，其中尤其是，突发噪声对于上述的距离估计 操作会产生难W预测到的影响，造成估计结果出现较大程度的误差。一般地，突发噪声是指 突然出现的、幅度高、而持续时间短的噪声。例如，人们走进节点所处的特定空间然后离开 的动作可能会对在两个节点之间正在传输的信号造成阻挡，送种阻挡将在接收信号强度上 产生突发噪声。
[0005] 传统上，由于并没有考虑到环境噪声的影响，所W当在接收信号强度中出现突发 噪声时，上述距离估计操作将无法获得准确的距离估计结果。
[0006] 为了应对突发噪声，提出了一种解决方案，其可W在距离估计操作之前，首先使用 滤波器直接在接收信号强度中滤除突发噪声。然而，由于目前没有一种方法能够准确地确 定突发噪声的位置，所W在执行滤除操作的过程中，容易滤除掉有效信号和/或没有完全 地滤除掉突发噪声，因而，所得到的距离估计结果仍然存在一定偏差。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个目的在于，提供一种能够提高测距结果的准确性的距离估计方法。
[0008] 本发明的另一目的在于，提供一种能够有效地提高定位精度的节点定位方法。
[0009] 为此，根据本发明的一个方面，提供了一种距离估计方法，用于在特定环境中估计 第一节点与第二节点之间的实时距离，所述第一节点能够从所述第二节点接收信号，所述 方法包括：获取原始实时强度序列，所述原始实时强度序列中的各个原始实时强度是在第 一时段中的各个时隙中所述第一节点从所述第二节点接收到的信号的强度；对所述原始实 时强度序列进行多尺度变换，W获得多个实时强度分量序列，所述多个实时强度分量序列 分别是所述原始实时强度序列在多个尺度上的投影结果；去除各个实时强度分量序列中的 突发噪声元素；根据去噪后的多个实时强度分量序列和多尺度经验映射关系来估计经验实 时距离，所述多尺度经验映射关系用于表征在各个尺度上强度分量与距离分量之间的对应 关系；W及至少根据所述经验实时距离来确定所述第一节点与所述第二节点之间的实时距 离。
[0010] 此外，根据本发明的另一方面，提供了一种节点定位方法，用于对未知其位置的未 知节点进行定位，所述未知节点能够与已知其位置的多个参考节点进行通信，所述方法包 括：使用上述距离估计方法来分别估计所述未知节点与各个参考节点之间的实时距离；从 所述多个参考节点中选择预定数目个参考节点；W及根据所述未知节点与所选择的各个参 考节点之间的实时距离和所选择的各个参考节点的位置来对所述未知节点进行定位。
[0011] 根据本发明的又一方面，提供了一种距离估计装置，用于在特定环境中估计第一 节点与第二节点之间的实时距离，所述第一节点能够从所述第二节点接收信号，所述装置 包括：实时强度获取单元，用于获取原始实时强度序列，所述原始实时强度序列中的各个原 始实时强度是在第一时段中的各个时隙中所述第一节点从所述第二节点接收到的信号的 强度；多尺度变换单元，用于对所述原始实时强度序列进行多尺度变换，W获得多个实时强 度分量序列，所述多个实时强度分量序列分别是所述原始实时强度序列在多个尺度上的投 影结果；突发噪声去除单元，用于去除各个实时强度分量序列中的突发噪声元素；经验实 时距离估计单元，用于根据去噪后的多个实时强度分量序列和多尺度经验映射关系来估计 经验实时距离，所述多尺度经验映射关系用于表征在各个尺度上强度分量与距离分量之间 的对应关系；W及实时距离确定单元，用于至少根据所述经验实时距离来确定所述第一节 点与所述第二节点之间的实时距离。
[0012] 根据本发明的又一方面，提供了一种节点定位设备，用于对未知其位置的未知节 点进行定位，所述未知节点能够与已知其位置的多个参考节点进行通信，所述设备包括：上 述距离估计装置，用于分别估计所述未知节点与各个参考节点之间的实时距离；参考节点 选择装置，用于从所述多个参考节点中选择预定数目个参考节点；W及未知节点定位装置， 用于根据所述未知节点与所选择的各个参考节点之间的实时距离和所选择的各个参考节 点的位置来对所述未知节点进行定位。
[0013] 与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种距离估计方法和装置，其能够在通 过接收信号强度来估计两个节点之间的距离时，首先对接收信号强度进行多尺度变换，W 便将接收信号强度投影到多个尺度上，从而精确地定位并去除突发噪声在多个尺度上的投 影分量。此外，该距离估计方法和装置还能够充分考虑接收信号强度的时变特性，从而在测 距过程中，使用加权因子来对具有实时性的理想实时距离和具有历史规律性的经验实时距 离两者进行相互校正，从而得到最终的实时距离。因此，根据本发明实施例的距离估计方法 和装置能够提高测距结果的准确性。
[0014] 此外，本发明的实施例还提供了一种节点定位方法和装置，其能够在根据未知节 点与参考节点之间的实时距离和参考节点的位置来对所述未知节点进行定位时，根据全面 的准则来选取合适的参考节点，W确保该参考节点与未知节点之间的估计距离尽可能小地 受到突发噪声的影响，从而使得该节点定位方法和装置能够很好地适用于不同的复杂环 境，并且能够有效地提高定位精度。
[0015] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书W及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0016] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0017] 图1图示了根据本发明实施例的应用场景的结构框图。
[001引图2是图示了根据本发明实施例的距离估计方法的总体流程图。
[0019] 图3是图示了根据本发明实施例的节点定位方法的总体流程图。
[0020] 图4是图示了根据本发明实施例具体示例的节点定位方法的总体流程图。
[0021] 图5是图示了根据本发明实施例具体示例的3层后向传输神经网络模型的原理 图。
[0022] 图6是图示了根据本发明实施例具体示例的经验强度信号和实时强度信号的划 分示意图。
[0023] 图7是图示了根据本发明实施例具体示例的2层小波分析的原理图。
[0024] 图8是图示了根据本发明实施例具体示例的H角测量法的原理图。
[0025] 图9是图示了根据本发明实施例的距离估计装置的功能配置框图。
[0026] 图10是图示了根据本发明实施例的节点定位设备的功能结构图。
【具体实施方式】
[0027] 将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例。送里，需要注意的是，在附图中， 将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它 们的重复描述。
[0028] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明，将按下列顺序来对本发明作进一步详 细说明。
[0029] 1、本发明的思想概述
[0030] 2、应用场景
[0031] 3、距离估计方法
[0032] 4、节点定位方法
[0033] 5、节点定位方法的具体示例
[0034] 6、距离估计装置
[0035] 7、节点定位设备
[0036] 1、本发明的思想概述
[0037] 在对现有技术中的技术问题进行研究的过程中，本发明人认识到；在距离估计操 作中，已有的大多数研究工作都是使用一个滤波器直接滤除两个节点之间的接收信号强度 中的突发噪声。显然，送种突发噪声去除方式过于简单、低效，容易错误地滤除掉有效信号 和/或遗漏掉突发噪声。
[0038] 考虑到上述技术问题，在根据本发明实施例的距离估计方法中，本发明人提出：可 W在定位突发噪声时充分考虑突发噪声的多尺度特性，并在距离估计操作中尝试使用送种 突发噪声来帮助进行两个节点之间的测距操作。
[0039] 此外，本发明人进一步提出；还可W在基于接收信号强度执行的距离估计操作中， 充分考虑送种接收信号强度的时变特性。具体地，针对基于当前时隙的距离估计操作，可 W将过去的多个时隙的接收信号强度分成两部分，即经验接收信号强度和实时接收信号强 度。在测距过程中，不但可W利用具有实时性的实时接收信号强度来估计节点之间的实时 距离，并且由于经验接收信号强度中的历史信息对测距操作也非常有益，所W还可W尝试 使用经验接收信号强度来帮助进行实时测距。
[0040] 另外，基于上述的距离估计操作，本发明人还提出了一种节点定位方法，其可W根 据一个全面的准则来选取用于帮助确定未知节点位置的参考节点，从而解决了在已有的研 究工作中由于仅仅根据接收信号强度送一单一标准来选择参考节点所导致的、定位操作高 度依赖于距离估计操作的精确度的问题。
[0041] 2、应用场景
[0042] 在下文中，将首先参考图1来描述根据本发明实施例的应用场景的总体结构示 例。
[0043] 根据本发明实施例的距离估计方法和装置、W及节点定位方法和设备可W应用于 无线通信系统，该无线通信系统可W是在任何类型的特定环境中构建的无线通信网络。
[0044] 例如，当该特定环境是室外环境时，该无线通信系统可W是全球移动通信系统 (GSM)、卫星通信系统、微波通信系统。具体地，W卫星通信为例，该无线通信系统可W是 欧洲的伽利略（GALILEO)系统、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS)、美国的卫星定位系统 (GP巧、中国的北斗系统等。基于室外环境构建的无线通信系统由于发展比较早、技术成熟， 所W距离估计操作往往能够获得较大的覆盖范围和可为人们接受的测距精度。
[0045] 又如，当该特定环境是室内环境时，该无线通信系统可W是射频识别（RFID)通信 系统、紫蜂协议狂i浊ee)通信系统、超声波通信系统、超宽带通信系统、藍牙通信系统等。 显然，在上述基于室外环境构建的无线通信系统中应用的距离估计方法由于无法解决信号 遮蔽的问题而不能应用于室内环境，而基于室内环境构建的无线通信系统由于起步比较 晚、室内环境也非常复杂，所W距离估计操作往往存在距离估计精度低、时间长等问题。
[0046] 正因如此，除了可W进一步增强室外环境的测距精度之外，本发明的实施例还可 W很好地应用于基于室内环境构建的无线通信系统，W弥补室内环境中的测距操作的上述 不足，使得能够在室内环境中准确地估计两个节点之间的节点距离，并进一步据此来对未 知节点进行精确定位。
[0047] 需要说明的是，尽管在下文中W基于室内环境构建的无线通信系统为例进行说 明，但是，本发明不限于此。显然，本发明同样可W应用于基于室外环境构建的无线通信系 统中。
[0048] 图1图示了根据本发明实施例的应用场景的结构框图。
[0049] 如图1所示，例如，可W应用根据本发明实施例的方法、装置和设备的应用场景是 一种室内环境，在该室内环境中构造有无线通信系统10。该无线通信系统10可W至少包括 两个节点，在所述两个节点之间能够进行单向或双向通信，W使得能够在该室内环境中估 计送两个节点之间的节点距离。
[0050] 具体地，在图I所示的示例中，该无线通信系统10包括五个节点11A、11B、11C、 11D、和12。W节点IlA和节点12为例，可W看出，两者之间可W进行通信，W使得能够在该 室内环境中估计送两个节点之间的节点距离。
[0051] 例如，为了计算节点IlA与节点12之间的节点距离，节点IlA可W向节点12传送 无线通信信号，或者节点12也可W向节点IlA传送无线通信信号。此外，根据接收信号强 度来计算节点距离的操作可W在两个节点中的任何一个上执行。例如，当节点IlA可W向 节点12传送通信信号时，节点12可W直接根据从节点IlA接收到的信号的强度来计算该 节点距离。替换地，节点12也可W将从节点IlA接收到的信号的强度传送到节点11A，然后 再由节点IlA来计算该节点距