CN102395196B - 一种基于标校点的定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于标校点的定位方法和装置，属于无线网络领域。所述方法包括：在预设的待测区域内确定出至少四个标校点的坐标信息；根据待测区域内的至少三个基站与标校点之间的位置关系，确定出每个基站的镜像点，并设定每个基站的镜像点坐标；根据至少四个标校点的坐标信息、至少三个基站的镜像点坐标及待测区域内的基站与标校点之间的位置关系建立关系式，对关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息。本发明通过根据基站发送的信号传输到标校点的过程中的特点，利用预存的标校点坐标，反推信号到达标校点的最后一次反射形成的镜像点坐标，进而计算出定位终端的坐标信息，消除了非视距误差对定位效果的影响，提高了定位的精度。

Description

一种基于标校点的定位方法和装置

技术领域

本发明涉及无线定位领域，特别涉及一种基于标校点的定位方法和装置。

背景技术

随着无线网络、移动通信和普适计算等技术的快速发展，LBS(Location-based Services)and Location-aware Computing越来越重要，目前GPS(Global Position System，全球定位系统)虽然在室外环境取得了较为广泛的应用，但在室内和高楼密布的城市环境由于卫星信号较弱而难于应用。

目前，现有的各种无线定位技术中，大多采用基于AOA(Angle of Arrival)，TOA(Time ofArrival)、AOA的几何定位方法，通过测量信号的特征参数值对移动终端实现定位估计，从几何角度，确定目标在二维平面的位置。

其中，基于TOA的定位方法参见图1所示，已知移动台到基站的直线距离Ri时，根据定位原理，移动台一定位于以基站i所在位置为圆心，Ri为半径的圆周上，如果获得移动台与三个基站之间的距离，以三个基站所在位置为圆心，移动台与三个基站的距离为半径画圆，则三个圆的交点即为目标移动台所在位置。移动台位置（x，y）与基站位置（xi，yi）之间满足如下的方程组关系：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_1=\sqrt{(x_1-x{)}^2+(y_1-y{)}^2}\\ R_2=\sqrt{(x_2-x{)}^2+(y_2-y{)}^2}\\ R_3=\sqrt{(x_3-x{)}^2+(y_3-y{)}^2}\end{array}\right.$

实际无线电定位方法中，目标移动台与基站的距离Ri=c×t_i，通过测量从目标移动台发出的信号到达基站i的时间ti得到，c为电磁波在空中传播速度，c=3×10⁸m/s，i=1,2,3时，根据上述方程组所示，即可得到移动台坐标位置（x0，y0）。

其中，基于TDOA的定位方法参见图2所示，当已知基站BS1和BS2与移动台之间的距离差R₂₁=R₂-R₁时，移动台必定位于以两基站为焦点、与两个焦点的距离差恒为R₂₁的双曲线对上。若同时获得基站BS1和基站BS3与移动台之间的距离差R₃₁=R₃-R₁，则可以得到另一组以两基站BS1和BS3为焦点、与该两个焦点的距离差恒为R₃₁的双曲线对上，两组双曲线的交点即为目标移动台所在位置。

实际无线电定位方法中，基站BS1和基站BS2与移动台之间的距离差可以通过测量得出，即通过测量从两个基站同时出发的信号到达目标移动终端的时间差t₂₁来确定，或测量从移动台出发到达两个基站的时间差t₂₁。双曲线定位中移动台坐标（x0，y0）和基站坐标（xi，yi）（i=1、2、3）有如下关系式，根据该关系式即可获得移动台的真实位置。

$\left\{\begin{array}{c}(\sqrt{(x_0-x_2{)}^2+(y_0-y_2{)}^2}-\sqrt{(x_0-x_1{)}^2+(y_0-y_1{)}^2}{)}^2=R_{21}^2\\ (\sqrt{(x_0-x_3{)}^2+(y_0-y_3{)}^2}-\sqrt{(x_0-x_1{)}^2+(y_0-y_1{)}^2}{)}^2=R_{31}^2\end{array}\right.$

其中，基于AOA定位方法参见图3所示，该基于信号到达角度的方法也称为基于方位角测量定位方法。此方法是通过基站接收机天线或天线阵列测出移动台发射电波的入射角，从而构成一根从接收机到移动台的径向连线，即方位线。利用两个或者两个以上接收机提供的AOA测量值，按AOA定位方法确定多条方位线的交点，即可得到待定位移动台的估计位置。假设基站BS1和BS2分别测得移动台发出的信号的到达角度分别为θ1和θ2，得到如下的非线性方程，通过求解该非线性方程，可以得到移动台位置（x0，y0）。

$\tan \left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{x_0-x_i}{y_0-y_i},i=\mathrm{1,2}$

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术中的AOA和TOA定位技术都需要专门的设备支持，而且受NLOS(Non Line OfSight)以及多径的影响都比较严重，定位技术的精确度不高。RSSI对信道传输模型的依赖性非常强,多径效应、遮挡以及环境的变化都会使其精度严重恶化。LF定位技术实现简单,精度较高,但对单纯依赖RSSI指纹特征定位，也存在定位精度受环境变化影响较大的问题。

发明内容

为了避免NLOS传播的误差，本发明实施例利用少量的特征标校点，进行反演推算，提出了一种基于标校点的定位方法和装置，减轻了NLOS误差，并实现了基于少量特征标校信息的高精度定位。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种基于标校点的定位方法，所述方法包括：

在预设的待测区域内确定出至少四个标校点的坐标信息；

根据所述待测区域内的至少三个基站与所述标校点之间的位置关系，确定出每个基站的镜像点，并设定所述每个基站的镜像点坐标；

根据所述至少四个标校点的坐标信息、至少三个基站的镜像点坐标及所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系建立关系式，对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息；

其中，所述根据所述待测区域内的至少三个基站与所述标校点之间的位置关系，确定出每个基站的镜像点，具体包括：

所述待测区域内的至少三个基站分别向所述至少四个标校点发送信号，当每个基站发送的信号经过最后一次反射到达所述标校点时，根据所述信号最后一次反射的反射点和镜像原理确定出每个基站的镜像点；

其中，所述根据所述至少四个标校点的坐标信息和所述至少三个基站的镜像点坐标，及所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系建立的关系式，具体包括：

根据所述至少四个标校点中的任一标校点与所述至少三个基站中的第一基站的镜像点之间的距离，所述任一标校点与所述至少三个基站中的第二基站的镜像点之间的距离，所述标校点测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述标校点的时延差，定位终端与所述至少三个基站中的第一基站的镜像点之间的距离，所述定位终端与所述至少三个基站中的第二基站的镜像点之间的距离及所述定位终端测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述定位终端的时延差，建立关系式。

其中，所述在预设的待测区域内确定出至少四个标校点坐标信息，具体包括：

预设待测区域的标校点数据库，所述标校点数据库中预存所述待测区域内的标校点的坐标信息和所述标校点测得的各个基站的信号特征值；

根据定位终端接收到的待测区域内的基站发送的信号特征值与所述预设的待测区域中的标校点的信号特征值，计算出所述定位终端与所述待测区域中的标校点的欧式距离；

根据所述欧式距离确定出至少四个标校点，并在所述标校点数据库中确定出所述至少四个标校点的坐标信息。

其中，所述标校点的坐标信息为二维坐标信息，根据所述至少四个标校点中的任一标校点与所述至少三个基站中的第一基站之间的距离，所述任一标校点与所述至少三个基站中的第二基站之间的距离，所述标校点测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述标校点的时延差，定位终端与所述至少三个基站中的第一基站之间的距离，所述定位终端与所述至少三个基站中的第二基站之间的距离及所述定位终端测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述定位终端的时延差，建立关系式，具体包括：

采用待测区域内的四个标校点的二维坐标信息、三个基站的二维镜像点坐标及所述三个基站与所述四个标校点之间的位置关系建立关系式：

其中，(x_A,y_A)为标校点A的二维坐标信息，(x_B,y_B)为标校点B的二维坐标信息，(x_C,y_C)为标校点C的二维坐标信息，(x_D,y_D)为标校点D的二维坐标信息；(x₁,y₁)为基站1的二维镜像点坐标，(x₂,y₂)为基站2的二维镜像点坐标，(x₃,y₃)为基站3的二维镜像点坐标，；(x,y)为定位终端的二维坐标，c为光速；TDOA_12A为标校点A测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_12B为标校点B测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_12C为标校点C测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_12D为标校点D测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA_13A为标校点A测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_13B为标校点B测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_13C为标校点C测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_13D为标校点D测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA₁₂为定位终端测得的基站1与基站2发送的信号到达定位终端的时延差，TDOA₁₃为基站1与基站3发送的信号到达定位终端的时延差。

其中，所述标校点的坐标信息为三维坐标信息，相应地，根据所述至少四个标校点中的任一标校点与所述至少三个基站中的第一基站之间的距离，所述任一标校点与所述至少三个基站中的第二基站之间的距离，所述标校点测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述标校点的时延差，定位终端与所述至少三个基站中的第一基站之间的距离，所述定位终端与所述至少三个基站中的第二基站之间的距离及所述定位终端测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述定位终端的时延差，建立关系式，具体包括：

采用待测区域内的四个标校点的三维坐标信息、四个基站的三维镜像点坐标及所述四个基站与所述四个标校点之间的位置关系建立关系式：

其中，(x_A,y_A,z_A)为标校点A的三维坐标信息，(x_B,y_B,z_B)为标校点B的三维坐标信息，(x_C,y_C,z_C)为标校点C的三维坐标信息，(x_D,y_D,z_D)为标校点D的三维坐标信息，，(x₁,y₁,z₁)为基站1的三维镜像点坐标，(x₂,y₂,z₂)为基站2的三维镜像点坐标，(x₃,y₃,z₃)为基站3的三维镜像点坐标，(x₄,y₄,z₄)为基站4的三维镜像点坐标，(x,y,z)为定位终端的三维坐标，c为光速；TDOA_12A为标校点A测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_12B为标校点B测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_12C为标校点C测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_12D为标校点D测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA_13A为标校点A测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_13B为标校点B测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_13C为标校点C测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_13D为标校点D测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA_14A为标校点A测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_14B为标校点B测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_14C为标校点C测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_14D为标校点D测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA₁₂为定位终端测得的基站1与基站2发送的信号到达定位终端的时延差，TDOA₁₃为基站1与基站3发送的信号到达定位终端的时延差，TDOA₁₄为基站1与基站4发送的信号到达定位终端的时延差。

其中，所述对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息具体包括：

根据牛顿迭代法或Chan算法，对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息。

本发明实施例还提供了一种基于标校点的定位装置，所述装置包括：

确定标校点模块，用于在在预设的待测区域内确定出至少四个标校点的坐标信息；

确定镜像点模块，用于根据所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系，确定出至少三个基站的镜像点，并设定所述至少三个基站的镜像点坐标；

定位模块，用于根据所述确定标校点模块确定出的至少四个标校点的坐标信息、所述确定镜像点模块设定的所述至少三个基站的镜像点坐标及所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系建立关系式，对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息；

其中，所述确定镜像点模块具体包括：

所述待测区域内的至少三个基站分别向所述至少四个标校点发送信号，当每个基站发送的信号经过最后一次反射到达所述标校点时，根据所述信号最后一次反射的反射点和镜像原理确定出每个基站的镜像点；

其中，所述定位模块，具体包括：

根据所述至少四个标校点中的任一标校点与所述至少三个基站中的第一基站的镜像点之间的距离，所述任一标校点与所述至少三个基站中的第二基站的镜像点之间的距离，所述标校点测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述标校点的时延差，定位终端与所述至少三个基站中的第一基站的镜像点之间的距离，所述定位终端与所述至少三个基站中的第二基站的镜像点之间的距离及所述定位终端测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述定位终端的时延差，建立关系式，对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息。

其中，所述确定标校点模块具体包括：

标校点数据库，用于预存待测区域内的标校点的坐标信息和所述标校点测得的各个基站的信号特征值；

获取单元，用于在所述标校点数据库中获取所述预设的待测区域中的标校点的信号特征值；

计算单元，用于根据定位终端接收到的待测区域内的基站发送的信号特征值与所述获取单元获取的所述待测区域中的标校点的信号特征值，计算出所述定位终端与所述待测区域中的标校点的欧式距离；

确定单元，用于根据所述计算单元计算出的欧式距离确定出至少四个标校点，并在所述标校点数据库中确定出所述至少四个标校点的坐标信息。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：根据信号传播特点，利用标校点坐标，反推记载反射形成的镜像点坐标，进而解算出待定位点坐标，有效消除了非视距误差对定位效果的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中TOA定位方法的原理图；

图2是现有技术中TDOA定位方法的原理图；

图3是现有技术中AOA定位方法的原理图；

图4是本发明实施例1中提供的基于标校点的定位方法流程图；

图5是本发明实施例2中提供的基于标校点的定位方法流程图；

图6是本发明实施例2中提供的发射位置为反射点信号传播示意图；

图7是本发明实施例3中提供的基于标校点的定位方法流程图；

图8是本发明实施例4中提供的基于标校点的定位装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例根据待定位区域建筑室内的结构，或者建筑室外分布特点，在一段范围内，电波到达的非视距不会发生明显跳变，在多个基站非视距均无明显跳变的条件下，可进行基于标校点的定位解算。

实施例1

参见图4，本发明实施例提供了一种基于标校点的定位方法，所述方法包括：

步骤101：在预设的待测区域内确定出至少四个标校点的坐标信息；

步骤102：根据待测区域内的至少三个基站与标校点之间的位置关系，确定出每个基站的镜像点，并设定每个基站的镜像点坐标；

步骤103：根据至少四个标校点的坐标信息、至少三个基站的镜像点坐标及待测区域内的基站与标校点之间的位置关系建立关系式，对关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息。

本发明实施例提供的方法，通过根据基站发送的信号传输到标校点的过程中的特点，利用预存的标校点坐标，反推信号到达标校点的最后一次反射形成的镜像点坐标，进而计算出定位终端的坐标信息，消除了非视距误差对定位效果的影响，提高了定位的精度。

实施例2

本发明实施例提出了标校点的坐标信息为水平坐标时，定位出定位终端的二维坐标的技术方案。参见图5，本发明实施例提供了一种基于标校点的定位方法，所述方法包括：

步骤201：建立待测区域的标校点数据库，该标校点数据库中至少预存待测区域内的标校点的坐标信息和各标校点测得的各个基站的信号特征值。

具体地，在待测区域中设有若干个标校点，这些标校点能够接收到多个基站的信号特征值，且每个标校点对应一个坐标信息。本发明实施例中，待测区域为小区时，获取小区内的各个标校点的坐标信息和各个标校点测量到的各个基站的信号特征值，从而根据标校点的坐标信息和标校点的信号特征值，建立待测区域的标校点数据库，即标校点数据库中存储了待测区域内所有标校点的坐标信息及标校点测量的各个基站的信号特征值。

其中，标校点的坐标信息可以为二维坐标信息，也可以为包括三维坐标信息，该三维坐标信息包括了高度信息。标校点测得的各个基站的信号特征值，具体是指标校点测得的各个基站的TDOA（Time Difference of Arrival到达时间差）值，也就是说标校点数据库中记录标校点能够测量到的所有基站的TDOA值，如标校点A能够获得三个基站的TDOA值时，此时标校点数据库中存储各个基站的TDOA值是指该三个基站的TDOA值。

步骤202：在预设的待测区域的标校点数据库中确定出定位时所需的至少四个标校点的坐标信息。

其中，定位终端位于待测区域时，定位终端会接收到各个基站的信号特征值。

本发明实施例在标校点数据库中确定出标校点的方式有很多，如利用基站定位方式在标校点数据库中确定出标校点，即在待测区域内寻找与定位终端的信号特征最相近的多个标校点。

具体地，根据定位终端的信号特征值与预设的待测区域中的标校点的信号特征值，计算出定位终端与待测区域中的标校点的欧式距离；选择欧式距离最大的至少四个标校点，在该标校点数据库中确定出四个标校点的坐标信息。其中，欧式距离的值越大，表明相似度越大。欧式距离E具体公式为：

$E=k_1{\left(\underset{p=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{|T_p-T_p^{*}|}^2\right)}^{\frac{1}{2}}+k_2{\left(\underset{p=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{|R_p-R_p^{*}|}^2\right)}^{\frac{1}{2}},$

其中k₁、k₂、k₃为预设的权值，且满足k₁>0,k₂>0，K₁+K₂=1，T_p为标校点接收到的基站信号时延差，

为标校点数据库中基站信号时延差，R_p为标校点接收到的基站信号强度，为标校点数据库中基站信号强度，共N个基站，N为大于1的整数。

另外，也可以利用卫星导航定位方式在标校点数据库中确定出至少四个标校点A、B、C、D，并获取该至少四个标校点A、B、C、D的坐标信息，在进行卫星盲区时转入基站定位，通过先验信息获知标校点，此处的先验信息即是卫星导航定位的定位结果，当在某一刻终端进入卫星盲区时，此时可以用上一刻卫星的定位结果，在标校点数据库中，搜索距离此定位结果最近的标校点。

步骤203：根据待测区域内的至少三个基站与标校点之间的位置关系，确定出每个基站的镜像点，并设定每个基站的镜像点坐标。

实际应用中，基站发送信号到达标校点，发送的信号在传输过程中容易产生折射或弯曲，当每个基站发送的信号经过最后一次反射到达标校点时，根据该信号最后一次反射的发射点并结合镜像原理，确定出每个基站的镜像点，并设定每个基站的镜像点坐标。

标校点A、B、C、D会接收到基站1发送的信号，该信号在分别到达标校点A、B、C、D时，根据最后一次反射的反射点及镜像原理得到反射面，从而确定出基站1的镜像点位置，并设定基站1的镜像点坐标为(x₁,y₁)。

其中，对各个基站设定反射点的方法均相同，因而根据上述方法确定出各个基站的镜像点，并预设各个基站的镜像点坐标。本发明实施例中，该步骤至少设定出三个基站的镜像点的坐标，即基站1的坐标(x₁,y₁)，基站2的坐标(x₂,y₂)和基站3的坐标(x₃,y₃)。

步骤204：根据至少四个标校点的坐标信息、至少三个基站的镜像点坐标及所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系建立关系式。

具体地，根据至少四个标校点中的任一标校点与至少三个基站中的第一基站之间的距离，该任一标校点与至少三个基站中的第二基站之间的距离，该标校点测量的第一基站和第二基站发送的信号到达该标校点的时延差，定位终端与至少三个基站中的第一基站之间的距离，定位终端与至少三个基站中的第二基站之间的距离及定位终端测量的第一基站和第二基站发送的信号到达定位终端的时延差，建立关系式。其中，该任一标校点为上述至少四个标校点中的任一标校点，如标校点A，标校点B，标校点C或标校点D；该第一基站为上述至少三个基站中的任一基站，如第一基站为如基站1，基站2或基站3；第二基站为上述至少三个基站中的任一基站，如第二基站为基站2，基站1或基站3。

本发明实施例中，参见图6，基站发送的信号在到达标校点时，最后一次反射的反射点和根据镜像原理得到的反射面，采用待测区域内的四个标校点的二维坐标信息、三个基站的二维镜像点坐标及所述三个基站与所述四个标校点之间的位置关系，建立如下的关系式：

其中，(x_A,y_A)为步骤202中确定出的标校点A的二维坐标信息，(x_B,y_B)为步骤202中确定出的标校点B的二维坐标信息，(x_C,y_C)为步骤202中确定出的标校点C的二维坐标信息，(x_D,y_D)为步骤202中确定出的标校点D的二维坐标信息，该坐标值根据步骤201中的标校点数据库能够获得，即在上述关系式中为已知量；(x₁,y₁)为步骤203中确定出的基站1的二维镜像点坐标，(x₂,y₂)为步骤203中确定出的基站2的二维镜像点坐标，(x₃,y₃)为步骤203中确定出的基站3的二维镜像点坐标；(x,y)为设定的定位终端的二维坐标，c为光速。

为标校点A到基站1的距离，

为标校点A到基站2的距离，

为标校点B到基站1的距离，

为标校点B到基站2的距离。

TDOA_12A为标校点A测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_12B为标校点B测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_12C为标校点C测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_12D为标校点D测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA_13A为标校点A测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_13B为标校点B测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_13C为标校点C测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_13D为标校点D测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA12为定位终端测得的基站1与基站2发送的信号到达定位终端的时延差，TDOA₁₃为基站1与基站3发送的信号到达定位终端的时延差。

步骤205：对建立的关系式进行求解运算，得到定位终端的坐标信息。

下面给出根据上述步骤204建立的关系式，计算出定位终端的坐标信息的方式：

上述关系式中的10个等式，划分为三组，1-4式为第一组关系式，5-8式为第二组关系式，9-10式为第三组关系式。

第一组中，四个关系式中有四个未知数(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，因而根据牛顿迭代法、Chan算法或其它数值方法，由第一组4个等式求出(x₁,y₁)、(x₂,y₂)。

第二组中，四个关系中有四个未知数(x₁,y₁)，(x₃,y₃)，因而根据牛顿迭代法、Chan算法或其它数值方法，由第二组4个等式求出(x₁,y₁)、(x₃,y₃)。

第三组中，将上述两组计算出的(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)代入第三组的关系式中，则第三组方程只含用户位置坐标(x,y)两个未知数，利用第三组方程可求解出定位终端的位置坐标(x,y)。求解方法可利用Chan算法、牛顿迭代法等。

另外，在计算第二组的未知数时，利用第一组关系式解出的(x₁,y₁)作为已知值代入第二组关系式，则第二组关系式可以求解出未知数(x₃,y₃)。

另外，在计算第三组的未知数时，将第一组方程求解出的(x₁,y₁)与第二组方程求解出的(x₁,y₁)取均值，作为新的(x₁,y₁)，并结合第一组关系式求解出的(x₂,y₂)和第二组关系式求解出的(x₃,y₃)，代入第三组关系式中，得到只含用户位置坐标(x,y)两个未知数的两个关系式，对这两个关系式进行求解，得到定位终端的位置坐标(x,y)。

本发明实施例提供的方法，通过根据基站发送的信号传播过程中的特点，利用标校点坐标，反推信号到达标校点的最后一次反射形成的镜像点坐标，进而计算出定位终端的坐标信息，消除了非视距误差对定位效果的影响，提高了定位的精度。

实施例3

本发明实施例提出了标校点的坐标信息为三维坐标信息时，定位出定位终端的三维坐标信息的技术方案。参见图7，本发明实施例提供了一种基于标校点的定位方法，所述方法包括：

步骤301：建立待测区域的标校点数据库，该标校点数据库中至少预存待测区域内的标校点的三维坐标信息和标校点测得的各个基站的信号特征值。

其中，该步骤与上述步骤201中的方法相同，此处不再赘述。

步骤302：在预设的待测区域的标校点数据库中确定出定位时所需的至少四个标校点的三维坐标信息。

其中，该步骤与上述步骤202中的方法相同，此处不再赘述，该步骤至少需要确定出四个标校点A、B、C、D、E，每个标校点的坐标信息均为三维坐标信息。

步骤303：根据待测区域内的至少三个基站与标校点之间的位置关系，确定出每个基站的镜像点，并设定每个基站的镜像点坐标。

其中，该步骤与上述步骤202中的方法相同，此处不再赘述，该步骤至少确定出四个基站的镜像点，即基站1，基站2，基站3和基站4，并至少设定该四个基站的镜像点坐标，分别为(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)和(x₄,y₄,z₄)。

步骤304：根据至少四个标校点的三维坐标信息和至少三个基站的镜像点坐标，及所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系建立关系式。

具体地，根据至少四个标校点中的任一标校点与至少三个基站中的第一基站之间的距离，该任一标校点与至少三个基站中的第二基站之间的距离，该标校点测量的第一基站和第二基站发送的信号到达该标校点的时延差，定位终端与至少三个基站中的第一基站之间的距离，定位终端与至少三个基站中的第二基站之间的距离及定位终端测量的第一基站和第二基站发送的信号到达定位终端的时延差，建立关系式。其中，该任一标校点为上述至少四个标校点中的任一标校点，如标校点A，标校点B，标校点C或标校点D；该第一基站为上述至少三个基站中的任一基站，如第一基站为如基站1，基站2或基站3；第二基站为上述至少三个基站中的任一基站，如第二基站为基站2，基站1或基站3。

本发明实施例中，根据至少四个标校点的三维坐标信息和至少三个基站的镜像点坐标，建立如下的关系式：

其中，(x_A,y_A,z_A)为步骤302中确定出的标校点A的三维坐标信息，(x_B,y_B,z_B)为步骤302中确定出的标校点B的三维坐标信息，(x_C,y_C,z_C)为步骤302中确定出的标校点C的三维坐标信息，(x_D,y_D,z_D)为步骤302中确定出的标校点D的三维坐标信息，在上述关系式中为已知量；(x₁,y₁,z₁)为步骤303中确定出的基站1的三维镜像点坐标，(x₂,y₂,z₂)为步骤303中确定出的基站2的三维镜像点坐标，(x₃,y₃,z₃)为步骤303中确定出的基站3的三维镜像点坐标，(x₄,y₄,z₄)为步骤303中确定出的基站4的三维镜像点坐标；(x,y,z)为设定的定位终端的三维坐标，c为光速；TDOA_12A为标校点A测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_12B为标校点B测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_12C为标校点C测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_12D为标校点D测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA_13A为标校点A测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_13B为标校点B测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_13C为标校点C测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_13D为标校点D测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA_14A为标校点A测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_14B为标校点B测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_14C为标校点C测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_14D为标校点D测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA₁₂为定位终端测得的基站1与基站2发送的信号到达定位终端的时延差，TDOA₁₃为基站1与基站3发送的信号到达定位终端的时延差，TDOA₁₄为基站1与基站4发送的信号到达定位终端的时延差。

步骤305：对上述建立的关系式进行求解运算，得到定位终端的三维坐标信息。

其中，该步骤与上述步骤205中的方法相同，此处不再赘述。

本发明实施例提供的方法，通过根据基站发送的信号传播过程中的特点，利用标校点坐标，反推信号到达标校点的最后一次反射形成的镜像点坐标，进而计算出定位终端的坐标信息，消除了非视距误差对定位效果的影响，提高了定位的精度。

实施例4

参见图8，本发明实施例提出了一种基于标校点的定位装置，所述装置包括确定标校点模块401、确定镜像点模块402和定位模块403：

确定标校点模块401，用于在预设的待测区域内确定出至少四个标校点的坐标信息；

确定镜像点模块402，用于根据待测区域内的基站与标校点之间的位置关系，确定出至少三个基站的镜像点，并设定至少三个基站的镜像点坐标；

定位模块403，用于根据确定标校点模块401确定出的至少四个标校点的坐标信息、确定镜像点模块402设定的至少三个基站的镜像点坐标及待测区域内的基站与标校点之间的位置关系建立关系式，对关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息。

其中，确定标校点模块401具体包括标校点数据库、获取单元、计算单元和确定单元，

标校点数据库，用于预存待测区域内的标校点的坐标信息和所述标校点测得的各个基站的信号特征值；

获取单元，用于在标校点数据库中获取预设的待测区域中的标校点的信号特征值；

计算单元，用于根据定位终端接收到的待测区域内的基站发送的信号特征值与获取单元获取的待测区域中的标校点的信号特征值，计算出定位终端与待测区域中的标校点的欧式距离；

确定单元，用于根据计算单元计算出的欧式距离确定出至少四个标校点，并在标校点数据库中确定出至少四个标校点的坐标信息。

其中，确定镜像点模块402具体用于，当待测区域内的至少三个基站分别向至少四个标校点发送信号，且每个基站发送的信号经过最后一次反射到达所述标校点时，根据信号最后一次反射的反射点和镜像原理确定出每个基站的镜像点。

本发明实施例提供的装置，通过根据基站发送的信号传播过程中的特点，利用标校点坐标，反推信号到达标校点的最后一次反射形成的镜像点坐标，进而计算出定位终端的坐标信息，消除了非视距误差对定位效果的影响，提高了定位的精度。

本实施例提供的装置，具体可以与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于标校点的定位方法，其特征在于，所述方法包括：

在预设的待测区域内确定出至少四个标校点的坐标信息；

根据所述待测区域内的至少三个基站与所述标校点之间的位置关系，确定出每个基站的镜像点，并设定所述每个基站的镜像点坐标；

根据所述至少四个标校点的坐标信息、至少三个基站的镜像点坐标及所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系建立关系式，对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息；

其中，所述根据所述待测区域内的至少三个基站与所述标校点之间的位置关系，确定出每个基站的镜像点，具体包括：

所述待测区域内的至少三个基站分别向所述至少四个标校点发送信号，当每个基站发送的信号经过最后一次反射到达所述标校点时，根据所述信号最后一次反射的反射点和镜像原理确定出每个基站的镜像点；

其中，所述根据所述至少四个标校点的坐标信息和所述至少三个基站的镜像点坐标，及所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系建立的关系式，具体包括：

根据所述至少四个标校点中的任一标校点与所述至少三个基站中的第一基站的镜像点之间的距离，所述任一标校点与所述至少三个基站中的第二基站的镜像点之间的距离，所述标校点测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述标校点的时延差，定位终端与所述至少三个基站中的第一基站的镜像点之间的距离，所述定位终端与所述至少三个基站中的第二基站的镜像点之间的距离及所述定位终端测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述定位终端的时延差，建立关系式。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在预设的待测区域内确定出至少四个标校点坐标信息，具体包括：

预设待测区域的标校点数据库，所述标校点数据库中预存所述待测区域内的标校点的坐标信息和所述标校点测得的各个基站的信号特征值；

根据定位终端接收到的待测区域内的基站发送的信号特征值与所述预设的待测区域中的标校点的信号特征值，计算出所述定位终端与所述待测区域中的标校点的欧式距离；

根据所述欧式距离确定出至少四个标校点，并在所述标校点数据库中确定出所述至少四个标校点的坐标信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标校点的坐标信息为二维坐标信息，根据所述至少四个标校点中的任一标校点与所述至少三个基站中的第一基站之间的距离，所述任一标校点与所述至少三个基站中的第二基站之间的距离，所述标校点测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述标校点的时延差，定位终端与所述至少三个基站中的第一基站之间的距离，所述定位终端与所述至少三个基站中的第二基站之间的距离及所述定位终端测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述定位终端的时延差，建立关系式，具体包括：

采用待测区域内的四个标校点的二维坐标信息、三个基站的二维镜像点坐标及所述三个基站与所述四个标校点之间的位置关系建立关系式：

其中，(x_A,y_A)为标校点A的二维坐标信息，(x_B,y_B)为标校点B的二维坐标信息，(x_C,y_C)为标校点C的二维坐标信息，(x_D,y_D)为标校点D的二维坐标信息；(x₁,y₁)为基站1的二维镜像点坐标，(x₂,y₂)为基站2的二维镜像点坐标，(x₃,y₃)为基站3的二维镜像点坐标；(x,y)为定位终端的二维坐标，c为光速；TDOA_12A为标校点A测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_12B为标校点B测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_12C为标校点C测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_12D为标校点D测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA_13A为标校点A测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_13B为标校点B测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_13C为标校点C测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_13D为标校点D测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA₁₂为定位终端测得的基站1与基站2发送的信号到达定位终端的时延差，TDOA₁₃为基站1与基站3发送的信号到达定位终端的时延差。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标校点的坐标信息为三维坐标信息，相应地，根据所述至少四个标校点中的任一标校点与所述至少三个基站中的第一基站之间的距离，所述任一标校点与所述至少三个基站中的第二基站之间的距离，所述标校点测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述标校点的时延差，定位终端与所述至少三个基站中的第一基站之间的距离，所述定位终端与所述至少三个基站中的第二基站之间的距离及所述定位终端测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述定位终端的时延差，建立关系式，具体包括：

采用待测区域内的四个标校点的三维坐标信息、四个基站的三维镜像点坐标及所述四个基站与所述四个标校点之间的位置关系建立关系式：

其中，(x_A,y_A,z_A)为标校点A的三维坐标信息，(x_B,y_B,z_B)为标校点B的三维坐标信息，(x_C,y_C,z_C)为标校点C的三维坐标信息，(x_D,y_D,z_D)为标校点D的三维坐标信息，(x₁,y₁,z₁)为基站1的三维镜像点坐标，(x₂,y₂,z₂)为基站2的三维镜像点坐标，(x₃,y₃,z₃)为基站3的三维镜像点坐标，(x₄,y₄,z₄)为基站4的三维镜像点坐标，(x,y,z)为定位终端的三维坐标，c为光速；TDOA_12A为标校点A测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_12B为标校点B测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_12C为标校点C测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_12D为标校点D测量的基站1与基站2发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA_13A为标校点A测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_13B为标校点B测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_13C为标校点C测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_13D为标校点D测量的基站1与基站3发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA_14A为标校点A测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点A的时延差，TDOA_14B为标校点B测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点B的时延差、TDOA_14C为标校点C测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点C的时延差，TDOA_14D为标校点D测量的基站1与基站4发送的信号到达标校点D的时延差；TDOA₁₂为定位终端测得的基站1与基站2发送的信号到达定位终端的时延差，TDOA₁₃为基站1与基站3发送的信号到达定位终端的时延差，TDOA₁₄为基站1与基站4发送的信号到达定位终端的时延差。

5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息具体包括：

根据牛顿迭代法或Chan算法，对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息。

6.一种基于标校点的定位装置，其特征在在于，所述装置包括：

确定标校点模块，用于在预设的待测区域内确定出至少四个标校点的坐标信息；

确定镜像点模块，用于根据所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系，确定出至少三个基站的镜像点，并设定所述至少三个基站的镜像点坐标；

定位模块，用于根据所述确定标校点模块确定出的至少四个标校点的坐标信息、所述确定镜像点模块设定的所述至少三个基站的镜像点坐标及所述待测区域内的基站与所述标校点之间的位置关系建立关系式，对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息；

其中，所述确定镜像点模块具体包括：

所述待测区域内的至少三个基站分别向所述至少四个标校点发送信号，当每个基站发送的信号经过最后一次反射到达所述标校点时，根据所述信号最后一次反射的反射点和镜像原理确定出每个基站的镜像点；

其中，所述定位模块，具体包括：

根据所述至少四个标校点中的任一标校点与所述至少三个基站中的第一基站的镜像点之间的距离，所述任一标校点与所述至少三个基站中的第二基站的镜像点之间的距离，所述标校点测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述标校点的时延差，定位终端与所述至少三个基站中的第一基站的镜像点之间的距离，所述定位终端与所述至少三个基站中的第二基站的镜像点之间的距离及所述定位终端测量的所述第一基站和所述第二基站发送的信号到达所述定位终端的时延差，建立关系式，对所述关系式进行求解运算得到定位终端的坐标信息。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定标校点模块具体包括：

标校点数据库，用于预存待测区域内的标校点的坐标信息和所述标校点测得的各个基站的信号特征值；

获取单元，用于在所述标校点数据库中获取所述预设的待测区域中的标校点的信号特征值；

计算单元，用于根据定位终端接收到的待测区域内的基站发送的信号特征值与所述获取单元获取的所述待测区域中的标校点的信号特征值，计算出所述定位终端与所述待测区域中的标校点的欧式距离；

确定单元，用于根据所述计算单元计算出的欧式距离确定出至少四个标校点，并在所述标校点数据库中确定出所述至少四个标校点的坐标信息。

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