CN104133190A - 一种基于无线通信的目标定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于无线通信的目标定位方法及装置，其中，方法包括：获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值；分别判断参考节点集合中的每个参考节点对是否符合第一几何约束条件；对不符合第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第一距离值；根据修正后的第一距离值，确定目标节点的位置。可以有效提高目标节点位置的准确性。

Description

一种基于无线通信的目标定位方法及装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于无线通信的目标定位方法及装置。

背景技术

随着无线通信和传感技术的飞速发展，无线传感网络(Wireless SensorNetwork，WSN)已成为作为未来科技的三大热点技术之一。由于无线传感网络具有低功耗、布设方便等特点，其在定位系统中得到了广泛应用，如用于提供电子导游服务或建立监控系统等。

目前，在无线传感网络定位中，定位目标位置的方法主要分为两种：一种是基于测距技术的定位方法，另一种是无需测距的定位方法。其中，基于测距技术的定位方法实现原理主要是，通过测量目标节点发送的信号在到达参考节点时的接收信号强度(Received Signal Strength Indicator,RSSI)，或不同参考节点间的距离或角度来确定参考节点(往往是基站，或者无线传感网络中的其他节点)相距目标节点的距离的估计值，进而直接根据确定的估计值确定目标的位置。该方法的优势在于稳定性强、可在各种环境中应用；缺陷在于，确定出的参考节点相距目标节点的距离的估计值有可能与参考节点相距目标节点的距离的实际值存在较大偏差，从而导致最终确定出的目标节点的位置的准确度较低。

发明内容

本申请实施例提供一种基于无线通信的目标定位方法，用以解决现有技术中对定位目标的位置的准确度偏差较大的问题。

本申请实施例还提供一种基于无线通信的目标定位装置，用以解决现有技术中对定位目标的位置的准确度偏差较大的问题。

本申请实施例提供的技术方案包括：

一种基于无线通信的目标定位方法，包括：

获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值；分别判断所述参考节点集合中的每个参考节点对是否符合第一几何约束条件；其中，所述第一几何约束条件包括：该参考节点对分别相距目标节点的距离的估计值平方之差的绝对值不大于该对参考节点之间距离值的平方；对不符合所述第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第一距离值；根据所述修正后的第一距离值，确定所述目标节点的位置。

一种基于无线通信的目标定位装置，包括：

获取模块，用于获取参考节点集合中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值；第一判断模块，用于分别判断所述参考节点集合中的每个参考节点对是否符合第一几何约束条件；其中，所述第一几何约束条件包括：该参考节点对分别相距目标节点的距离的估计值平方之差的绝对值不大于该对参考节点之间距离值的平方；第一修正模块，用于对不符合所述第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第一距离值；第一定位输出模块，用于根据所述修正后的第一距离值，确定所述目标节点的位置。

一种基于无线通信的目标定位方法，包括：

获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值；分别判断参考节点集合中的每个参考节点对是否符合几何约束条件；其中，几何约束条件包括：第一和值与第二和值的差值等于零；对不符合所述几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的距离值；其中，参考节点子集合由第一参考节点对和第二参考节点对构成；根据修正后的距离值，确定目标节点的位置；其中，第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和；第二和值为：第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

一种基于无线通信的目标定位装置，包括：

获取模块，用于获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值；判断模块，用于分别判断参考节点集合中的每个参考节点对是否符合几何约束条件；其中，几何约束条件包括：第一和值与第二和值的差值等于零；修正模块，用于对不符合所述几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的距离值；其中，参考节点子集合由第一参考节点对和第二参考节点对构成；定位输出模块，用于根据修正后的距离值，确定所述目标节点的位置；其中，所述第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和；第二和值为：第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

通过第一几何约束条件，对参考节点对分别相距目标节点的距离的估计值是否准确性进行判断，并将不准确的估计值进行修正，从而使得根据修正后的估计值确定出的目标节点的位置更为准确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例1提供的一种基于无线通信的目标定位方法的具体实现流程图；

图2为采用本申请实施例中参考节点与目标节点的一种位置关系示意图；

图3为根据本申请实施例1的变型实施例的基于无线通信的目标定位方法的具体实现流程图；

图4为本申请实施例2提供的一种基于无线通信的目标定位装置的具体结构示意图；

图5为本申请实施例3提供的一种基于无线通信的目标定位方法的具体实现流程图；

图6为本申请实施例4提供的一种基于无线通信的目标定位装置的具体结构示意图；

图7为采用本申请实施例提供的基于无线通信的目标定位方案与采用现有技术分别得到的目标节点定位误差累计概率对比示意图；

图8为采用本申请实施例提供的基于无线通信的目标定位方案与采用现有技术分别得到的目标节点位置误差对比示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中，目标节点可以是用户设备(例如，可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置)、移动终端或移动用户设备等可接入无线网络的设备。参考节点可以是各种类型移动通信基站(例如，GSM或CDMA中的基站(BTS，BaseTransceiver Station)，也可以是WCDMA中的基站)，还可以是其他可接收目标节点发信号的设备等，本申请实施例在此并不对参考节点的类型做限定。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

实施例1

为了解决现有技术中对定位目标的位置的准确度偏差较大的问题，本申请实施例1提供一种基于无线通信的目标定位方法。该方法的具体实现流程图如图1所示，主要包括下述步骤：

步骤S101：获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值。

其中，可以根据目标节点发送的信号在到达参考节点时的RSSI的大小，从能够接收到目标节点发送的信号的众多参考节点中选取参考节点，构成上述参考节点集合，但本申请并不限于采用此方式获得参考节点集合。

该参考节点集合包含的参考节点的数目可以大于等于三。

具体而言，步骤S101的一种实现方式可以如下：

由于无线信号传播衰落服从对数正态分布，因此，可以根据公式[1]得到RSSI，公式[1]为：

$P\left(d\right)=P\left(d_0\right)-{10n}_p{\log }_{10}\left(\frac{d}{d_0}\right)---\left[1\right]$

其中，d为信号的传播距离，即信号发送端(即目标节点)与信号接收端(即参考节点)之间的距离；P(d)为当信号发送端与信号接收端之间相距d时，信号发送端发送的信号在到达信号接收端时的平均接收信号强度，即信号发送端发送的信号在到达信号接收端时的平均RSSI；d₀为特定的信号传播距离(一般d₀选择为1m)；P(d₀)为信号发送端与信号接收端之间的距离为d₀时，信号发送端发送的信号在到达信号接收端时的平均RSSI；n_p为与实际环境相关的路径损耗参数。

进一步地，根据公式[1]，可以推出如下式[2]所示的公式。根据公式[2]，可以得到参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值d_i。

$d_i={10}^{\frac{P\left(d_0\right)-R_i}{{10n}_p}}---\left[2\right]$

其中，i为参考节点集合中的参考节点的编号，i的取值范围为[1，I]，I为参考节点集合所包含的参考节点总数目；R_i为目标节点发送的信号在到达编号为i的参考节点时的平均RSSI。

本申请实施例中，还可以采用其他的方式，计算参考节点分别相距目标节点的距离的估计值，本申请对此不做限定。

以下举例说明，如何获取参考节点集合，以及如何确定参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值：

假设目标节点定时或不定时广播发送数据，且参考节点A、B、C、D、….、A1、B1、….均可接收到目标节点的数据。那么，由公式[1]可得到目标节点发送的数据在到达上述各参考节点时的RSSI(一般为平均RSSI)，假设这些RSSI分别为R₁、R₂、R₃、R₄、…、R_A、R_B….，则当参考节点A、B、C、D所接收到的信号强度R₁、R₂、R₃、R₄优于其它参考节点的信号强度时，可以选取参考节点A、B、C、D构成参考节点集合，记为{A、B、C、D}。参考节点A、B、C、D和目标节点的位置关系示意图可以如图2所示。

在获得参考节点集合后，进一步可以由公式[2]，得到参考节点集合中的各个参考节点分别与目标节点之间距离的估计值，即图2所示的参考节点A、B、C、D分别到目标节点的距离d₁、d₂、d₃、d₄。

步骤S102：分别判断参考节点集合中的每个参考节点对是否符合第一几何约束条件。

其中，第一几何约束条件包括：该参考节点对分别相距目标节点的距离的估计值平方之差的绝对值不大于该对参考节点之间距离值的平方。

具体而言，第一几何约束条件可以用公式[3]表示：

$d_{j1}^2-d_{j2}^2\≥{n_j}^2---\left[3\right]$

其中，j为参考节点集合所包含的参考节点对的编号，j的取值范围为[1，参考节点集合所包含的参考节点对的总数目]；d_j1为编号为j的参考节点对中的第1个参考节点与目标节点之间的距离的估计值；d_j2为编号为j的参考节点对中的第2个参考节点与目标节点之间的距离的估计值；n_j为编号为j的参考节点对包含的两个参考节点之间的距离值。

参考节点之间的距离值可以根据参考节点的位置坐标确定，该位置坐标可以但不限于通过全球定位系统(Global Position System，GPS)定位方式确定。

以下结合附图2，以(A,C)、(B,D)两个参考节点对为例，具体说明如何实现步骤S102：

根据参考节点A、B、C、D分别相距目标节点的距离d₁、d₂、d₃、d₄、参考节点A和参考节点C之间的距离(假设为n₁)，以及参考节点B和参考节点D之间的距离(假设为n₂)，判断表达式[4]是否成立：

$\begin{array}{c}|d_3^2-d_1^2|\≤n_1^2\\ |d_4^2-d_2^2|\≤n_2^2\end{array}---\left[4\right]$

可进一步解析表达式[4]得到表达式[5]：

$\begin{array}{c}-n_1^2\&le;d_3^2-d_1^2<n_1^2\\ -n_2^2\&le;d_4^2-d_2^2<n_2^2\end{array}---\left[5\right]$

通过上述判断，若成立，则判定(A,C)符合第一几何约束条件；若不成立，则判定(A,C)不符合第一几何约束条件。

类似地，若成立，则判定(B,D)符合第一几何约束条件；若不成立，则判定(B,D)不符合第一几何约束条件。

步骤S103：对不符合第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第一距离值。

可选的，步骤S103的具体实现方式可以包括下述步骤：

针对不符合第一几何约束条件的每个参考节点对，分别执行：根据该参考节点对中的不同于特定参考节点的另一参考节点相距目标节点的距离的估计值，以及该参考节点对之间的距离值，修正该参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值，得到修正后的第一距离值。

进一步地，以下举例说明如何确定特定参考点，以及如何对特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正：

以编号为j的参考节点对为例，当成立时，表明d_j1误差较大(即，d_j1出现异常)，需要进行修正，修正公式[6]为：

$d_{j1}^{\&prime;2}=d_{j2}^2+n_j^2---\left[6\right]$

其中，d′_j1为对d_j1进行修正而得到的距离值。

类似地，当时，表明d_j2误差较大(即，d_j2出现异常)需要进行修正，修正公式[7]为：

$d_{j2}^{\&prime;2}=d_{j1}^2+n_j^2---\left[7\right]$

其中，d′_j2为对d_j2进行修正而得到的距离值。

具体地，结合附图2中的d₁、d₂、d₃、d₄而言，若根据公式[4]判断出成立，则可以根据公式[6]，得到d₃的修正方式如公式[8]所示：

$d_3^{\&prime;2}=d_1^2+n_1^2---\left[8\right]$

其中，d′₃为对d₃进行修正后得到的修正值。

类似地，若根据公式[4]判断出成立，则可以根据公式[7]，得到d₂的修正方式如公式[9]所示：

$d_2^{\&prime;2}=d_4^2+n_2^2---\left[9\right]$

其中，d′₂为对d₂进行修正后得到的修正值。

步骤S104，根据修正后的第一距离值，确定目标节点的位置。

比如，可根据参数矩阵和修正后的第一距离值，确定目标节点的位置。其中，该参数矩阵是根据参考节点集合中的各参考节点的坐标值预先确定的。

可选的，以下结合附图2，具体说明如何实现步骤S104：

若下述假设成立：

1、参考节点A点坐标为(0,0)，参考节点B点坐标为(m,0)，参考节点C点坐标为(0,n)，参考节点D点坐标为(m,n)。

2、参考节点A、B、C、D分别相距目标节点的距离的估计值依次为d₁、d₂、d₃、d₄。

3、通过执行前述步骤S102和步骤S103，确定出需要对d₃和d₂进行修正，且对这两个距离的估计值进行修正后得到的距离值分别为d′₃和d′₂。这里的d′₃和d′₂即为步骤S104中所述的修正后的第一距离值。

4、待定位的目标节点坐标设为X＝(x,y)。

基于上述假设，可以采用公式[10]计算目标节点坐标：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^2+y^2=d_1^2\\ {(x-m)}^2+y^2=d_2^{\&prime;2}\\ x^2+{(y-n)}^2=d_3^{\&prime;2}\\ {(x-m)}^2+{(y-n)}^2=d_4^2\end{array}\right.---\left[10\right]$

将表达式[10]进一步整理得到表达式[11]为：

$\left\{\begin{array}{c}2\mathrm{mx}=d_1^2-d_2^{\&prime;2}\\ 2\mathrm{ny}=d_1^2-d_3^{\&prime;2}\\ 2\mathrm{mx}+2\mathrm{my}=d_1^2-d_4^2\end{array}\right.---\left[11\right]$

进一步将公式[11]写成矩阵表达式[12]为：

2AX＝b        [12]

其中， $A=\left[\begin{array}{cc}m& 0\\ 0& n\\ m& n\end{array}\right],$ $b=\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{d}_1^2-d_2^{\&prime;2}\\ d_1^2-d_3^{\&prime;2}\\ d_1^2-d_4^2\end{array}\right]$ 为第一距离值的矩阵形式，那么目标节点的坐标值表达式[13]为：

$X=\frac{1}{2}{\left(A^{T}A\right)}^{-1}{A}^T\&CenterDot;b---\left[13\right]$

对不同的目标节点的坐标进行计算都可以使用表达式[13]。在利用表达式[13]计算不同的目标节点的坐标的过程中，如果定位某目标节点时所利用的参考节点集合与定位另一目标节点时所利用的参考节点集合相同，则对这两个目标节点的坐标进行计算时可以采用相同的(A^TA)^-1A^T的值。考虑到这样的情况，本申请实施例中，可以预先根据参考节点的坐标计算矩阵(A^TA)^-1A^T的值，并在利用相同的参考点集合对不同目标节点进行定位的过程中，重复使用该值。采用这样的方式可极大降低定位过程中的计算复杂度，大大缩短定位所需的时间。

至此描述了根据本申请实施例1的基于无线通信的目标定位方法，其中将获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值用第一几何约束条件进行误差判断，快速有效的判断出目标定位中误差距离值，并将所判断出的误差距离值进行修正，有效地提高了目标定位的精准性。

变型实施例

下面结合图2描述根据本申请第一实施例的变型实施例的基于无线通信的目标定位方法。

与实施例1相比，变型实施例的不同之处主要在于，当参考节点集合包含的参考节点的数目为大于等于四的偶数时，步骤S104的具体实现方式可以包括步骤S301至步骤S303。步骤S301～步骤S303的具体示意图如图3所示，以下具体说明各步骤：

步骤S301：根据修正后的第一距离值，以及符合第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值，确定参考节点集合所包含的参考节点子集合是否符合第二几何约束条件。

其中，参考节点子集合为由两个参考节点对构成的集合，这两个参考节点对可以假设为第一参考节点对和第二参考节点对。

第二几何约束条件包括：第一和值与第二和值的差值等于零。其中，第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。第二和值为：第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

以下结合附图2，具体说明如何实现步骤S201。

若下述假设成立：

1、参考节点A、B、C、D分别相距目标节点的距离的估计值依次为d₁、d₂、d₃、d₄。

2、通过执行前述步骤S102和步骤S103，确定出需要对d₃和d₂进行修正，且对这两个距离的估计值进行修正后得到的距离值分别为d′₃和d′₂。这里的d′₃和d′₂即为步骤S301中所述的修正后的第一距离值。

基于上述假设，若参考节点A和参考节点D为第一参考节点对，参考节点B和参考节点C为第二参考节点对，则可以通过判断下述公式[13]是否成立，来确定参考节点子集合是否符合第二几何约束条件：

$d_1^2+d_4^2=d_2^{\&prime;2}+d_3^{\&prime;2}---\left[13\right]$

通过表达式[13]进行变形，可得到其中，为前文所述的第一和值，为前文所述的第二和值。

基于上述公式，若△＝0成立，则判定参考节点对(A,D)、(B,C)均符合第二几何约束条件；若△>0成立，则判定(A,D)不符合第二几何约束条件；若△<0成立，判定(B,C)不符合第二几何约束条件。

步骤S302：对不符合第二几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值。

以下结合附图2，具体说明如何实现步骤S302：

根据步骤S301判断结果，对判断出有误差的距离进行修正的方式可如下表达式[14]或公式[15]所示：

其中，当△>0时，修正方法可以参考公式[14]：

$\left\{\begin{array}{c}{d}_1^{\&prime;\&prime;2}=d_1^2-\frac{d_1^2}{d_1^2+d_4^2}\mathrm{\&Delta;}\\ d_4^{\&prime;\&prime;2}=d_4^2-\frac{d_4^2}{d_4^2{+d}_1^2}\mathrm{\&Delta;}\end{array}\right.---\left[14\right]$

而当△<0时，修正方法可参考公式[15]：

$\left\{\begin{array}{c}{d}_2^{\&prime;\&prime;2}=d_2^{\&prime;2}-\frac{d_2^{\&prime;2}}{d_2^{\&prime;2}+d_3^{\&prime;2}}\mathrm{\&Delta;}\\ d_3^{\&prime;\&prime;2}=d_3^{\&prime;2}-\frac{d_3^{\&prime;2}}{d_2^{\&prime;2}+d_3^{\&prime;2}}\mathrm{\&Delta;}\end{array}\right.---\left[15\right]$

其中，上述d″₁为对d₁进行修正而到的距离值；d″₂为对d′₂进行修正而到的距离值；d″₃为对d′₃进行修正而到的距离值；d″₄为对d₄进行修正而到的距离值。d″₁、d″₂、d″₃和d″₄均为前文所述的修正后的第二距离值。

步骤S303：根据修正后的第二距离值，确定目标节点的位置。

具体而言，根据图1中表达式[13]，可以确定目标节点的位置表达式[16]如下：

$X=\frac{1}{2}{{\left(A^{T}A\right)}^{-1}A}^T\&CenterDot;b=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{ccc}\frac{2}{3m}& -\frac{1}{3m}& \frac{1}{3m}\\ -\frac{1}{3n}& \frac{2}{3n}& \frac{1}{3n}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\end{array}\right]---\left[16\right]$

其中， $b=\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{d}_1^{\&prime;\&prime;2}-d_2^{\&prime;\&prime;2}\\ d_1^{\&prime;\&prime;2}-d_3^{\&prime;\&prime;2}\\ d_1^{\&prime;\&prime;2}-d_4^{\&prime;\&prime;2}\end{array}\right]$ 为根据修正后的第二距离值确定的矩阵。

由此，通过本申请实施例所提出的变型实施例的目标定位方法，可以有效地防止目标定位中异常情况的出现，从而降低了应用成本，提高了目标定位的准确性。

上述实施例1和变型实施例中的目标方法仅为本申请的优选示例，本申请不限于此，而是还可以进行各种改型。例如，还可以采用其他方式实现参考节点的选取、参考节点对的分配等。

实施例2

实施例2提供一种基于无线通信的目标定位装置，用以解决现有技术中对目标定位准确度不高的问题。该目标定位装置的具体结构示意图如图4所示，包括获取模块401、第一判断模块402、第一修正模块403、第一定位输出模块403。这四个功能单元的具体介绍如下：

获取模块401，用于获取参考节点集合中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值。

第一判断模块402，用于分别判断参考节点集合中的每个参考节点对是否符合第一几何约束条件；其中，第一几何约束条件包括：该参考节点对分别相距目标节点的距离的估计值平方之差的绝对值不大于该对参考节点之间距离值的平方。

第一修正模块403，用于对不符合所述第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第一距离值。

可选地，针对不符合第一几何约束条件的每个参考节点对，分别执行：根据该参考节点对中的不同于特定参考节点的另一参考节点相距目标节点的距离的估计值，以及该参考节点对之间的距离值，修正该参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值，得到修正后的第一距离值。

第一定位输出模块404，用于根据修正后的第一距离值，确定目标节点的位置。

可选地，根据参数矩阵和修正后的第一距离值，确定目标节点的位置。其中，参数矩阵是根据参考节点集合中的各参考节点的坐标值预先确定的。

可选地，当参考节点集合包含的参考节点的数目为大于等于四的偶数时，第一定位输出模块包括：判断子模块、修正子模块、第二定位输出子模块。具体介绍如下：

判断子模块，用于根据修正后的第一距离值，以及符合第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值，确定参考节点集合所包含的参考节点子集合是否符合第二几何约束条件；其中，参考节点子集合由第一参考节点对和第二参考节点对构成。

修正子模块，用于对不符合所述第二几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值。

第二定位输出子模块，用于根据修正后的第二距离值，确定目标节点的位置。

可选地，第二几何约束条件包括：

第一和值与第二和值的差值等于零。其中：

第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

第二和值为：第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

可选地，修正子模块用于：

当第一和值与第二和值的差值大于零时，对第一参考节点对中的两个参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值。

当第一和值与第二和值的差值小于零时，对第二参考节点对中的两个参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值。

采用实施例2提供的装置，通过对第一几何约束和第二几何约束的判断分析，可以得到精准的各个参考节点到目标节点的距离值，提高了目标定位的准确性，避免现有技术中目标定位误差大的问题。

实施例3

为了解决现有技术中对定位目标的位置的准确度偏差较大的问题，本申请实施例3提供一种基于无线通信的目标定位方法。该方法的具体实现流程图如图5所示，主要包括下述步骤：

步骤S501:获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值。

其中，上述获取的参考节点集合包含的参考节点数目为大于等于四的偶数。

步骤S502:分别判断参考节点集合中的每个参考节点对是否符合几何约束条件。

其中，几何约束条件包括：第一和值与第二和值的差值等于零。

上述第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和；第二和值为：第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

步骤S503：对不符合几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的距离值。

其中，参考节点子集合由第一参考节点对和第二参考节点对构成。

步骤S504：根据修正后的距离值，确定目标节点的位置。

对于步骤S504与图1步骤S104功能类似在此不一一赘述。

至此结合图5描述了根据本申请实施例3的基于无线通信的目标定位方法，获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值用几何约束条件进行误差判断，快速有效的判断出目标定位中误差距离值，并将所判断出的误差距离值进行修正，以得到相应的修正后的距离值。因此，有效地提高了目标定位的精准性。

实施例4

实施例4提供一种基于无线通信的目标定位装置，用以解决现有技术中对目标定位准确度不高的问题。该目标定位装置的具体结构示意图如图6所示，包括获取模块601、判断模块602、修正模块603、定位输出模块604。这四个功能单元的具体介绍如下：

获取模块601，用于获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值。

判断模块602，用于分别判断所述参考节点集合中的每个参考节点对是否符合几何约束条件。

可选地，几何约束条件包括：第一和值与第二和值的差值等于零。

修正模块603，用于对不符合几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的距离值。

可选地，参考节点子集合由第一参考节点对和第二参考节点对构成。

定位输出模块604，用于根据修正后的距离值，确定目标节点的位置。

可选地，第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

第二和值为：第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

采用实施例4提供的装置，通过几何约束的判断分析，可以得到精准的各个参考节点到目标节点的距离值，提高了目标定位的准确性，避免现有技术中目标定位误差大的问题。

本申请实施例中，通过实验，对比了采用本申请实施例提供的目标定位方案，以及采用现有技术的目标定位。对比结果如图7-图8所示。

图7所示坐标系中，横坐标为误差距离(单位：m)；纵坐标为误差概率。其中，(1)表示原始目标定位方法计算出的目标节点位置的误差和累计概率分布，该误差最大可达50M，严重影响了定位的精准性。相比较，(2)为本申请提出的基于几何约束的定位方法，保证了在相同条件下，消除了异常误差，将最大误差缩小至5M范围内，大幅度地提高了定位精准性能。(3)表示CE-MLE方法的定位结果，其最大误差约为8M左右。相比较而言，误差最大的为(1)其次是(3)皆大于比本申请所提出的目标定位方法计算出的目标节点位置。同时，在同样的误差允许范围内，本申请提出的目标定位方法的准确率也高于(1)和(3)，从而证明了本申请提出的定位方法的优越定位性能。

图8所示坐标系中，横坐标为目标节点的位置ID；纵坐标为误差距离(单位：m)。由图7中所示的三种方法进行目标定位，表示三种定位方法在实验中不同目标节点位置下的定位误差。比较三者发现，原始LSE方法的定位误差最大，且远大于其他两种方法，容易出现8M以上的定位误差，定位性能完全不符合精准定位的要求。比较本申请所提出的基于几何约束的定位方法和CE-MLE方法，本申请提出的目标定位方法所出现的误差小于CE-MLE提出的定位误差。这表明本申请提出的定位方法不仅能用第一几何约束条件处理不合理的异常误差，还能利用第二几何约束条件提升小误差下的定位性能。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种基于无线通信的目标定位方法，其特征在于，包括：

获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值；分别判断所述参考节点集合中的每个参考节点对是否符合第一几何约束条件；其中，所述第一几何约束条件包括：该参考节点对分别相距目标节点的距离的估计值平方之差的绝对值不大于该对参考节点之间距离值的平方；

对不符合所述第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第一距离值；

根据所述修正后的第一距离值，确定所述目标节点的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对不符合所述第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第一距离值，包括：

针对不符合所述第一几何约束条件的每个参考节点对，分别执行：

根据该参考节点对中的不同于特定参考节点的另一参考节点相距目标节点的距离的估计值，以及该参考节点对之间的距离值，修正该参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值，得到修正后的第一距离值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述参考节点集合包含的参考节点的数目为大于等于四的偶数时，根据所述修正后的第一距离值，确定所述目标节点的位置，包括：

根据所述修正后的第一距离值，以及符合所述第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值，确定参考节点集合所包含的参考节点子集合是否符合第二几何约束条件；其中，所述参考节点子集合由第一参考节点对和第二参考节点对构成；

对不符合所述第二几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值；

根据所述修正后的第二距离值，确定所述目标节点的位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二几何约束条件包括：

第一和值与第二和值的差值等于零；其中：

第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和；

第二和值为：第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对不符合所述第二几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值，包括：

当所述第一和值与第二和值的差值大于零时，对第一参考节点对中的两个参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值；

当所述第一和值与第二和值的差值小于零时，对第二参考节点对中的两个参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值。

6.根据权利要求1～5任一权项所述的方法，其特征在于，根据所述修正后的第一距离值，确定所述目标节点的位置，包括：

根据参数矩阵和所述修正后的第一距离值，确定所述目标节点的位置；

其中，所述参数矩阵是根据参考节点集合中的各参考节点的坐标值预先确定的。

7.一种基于无线通信的目标定位装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取参考节点集合中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值；

第一判断模块，用于分别判断所述参考节点集合中的每个参考节点对是否符合第一几何约束条件；其中，所述第一几何约束条件包括：该参考节点对分别相距目标节点的距离的估计值平方之差的绝对值不大于该对参考节点之间距离值的平方；

第一修正模块，用于对不符合所述第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第一距离值；

第一定位输出模块，用于根据所述修正后的第一距离值，确定所述目标节点的位置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一修正模块用于：

针对不符合所述第一几何约束条件的每个参考节点对，分别执行：根据该参考节点对中的不同于特定参考节点的另一参考节点相距目标节点的距离的估计值，以及该参考节点对之间的距离值，修正该参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值，得到修正后的第一距离值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，当所述参考节点集合包含的参考节点的数目为大于等于四的偶数时，所述第一定位输出模块包括：

判断子模块，用于根据所述修正后的第一距离值，以及符合所述第一几何约束条件的各个参考节点对中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值，确定参考节点集合所包含的参考节点子集合是否符合第二几何约束条件；其中，所述参考节点子集合由第一参考节点对和第二参考节点对构成；

修正子模块，用于对不符合所述第二几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值；

第二定位输出子模块，用于根据所述修正后的第二距离值，确定所述目标节点的位置。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二几何约束条件包括：

第一和值与第二和值的差值等于零；其中：

第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和；

第二和值为：第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述修正子模块用于：

当所述第一和值与第二和值的差值大于零时，对第一参考节点对中的两个参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值；

当所述第一和值与第二和值的差值小于零时，对第二参考节点对中的两个参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的第二距离值。

12.根据权利要求7～11任一权项所述的装置，其特征在于，所述第一定位输出模块，用于根据参数矩阵和所述修正后的第一距离值，确定所述目标节点的位置；

其中，所述参数矩阵是根据参考节点集合中的各参考节点的坐标值预先确定的。

13.一种基于无线通信的目标定位方法，其特征在于，包括：

获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值；分别判断所述参考节点集合中的每个参考节点对是否符合几何约束条件；其中，所述几何约束条件包括：第一和值与第二和值的差值等于零；

对不符合所述几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的距离值；其中，所述参考节点子集合由第一参考节点对和第二参考节点对构成；

根据所述修正后的距离值，确定所述目标节点的位置；

其中，所述第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和；

第二和值为：所述第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。

14.一种基于无线通信的目标定位装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取参考节点集合中的各个参考节点分别相距目标节点的距离的估计值；

判断模块，用于分别判断所述参考节点集合中的每个参考节点对是否符合几何约束条件；其中，所述几何约束条件包括：第一和值与第二和值的差值等于零；

修正模块，用于对不符合所述几何约束条件的参考节点子集合中的特定参考节点相距目标节点的距离的估计值进行修正，得到修正后的距离值；其中，所述参考节点子集合由第一参考节点对和第二参考节点对构成；

定位输出模块，用于根据所述修正后的距离值，确定所述目标节点的位置；

其中，所述第一和值为：第一参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和；

所述第二和值为：第二参考节点对中的各参考节点分别相距目标节点的距离的估计值的平方和。