CN104486834B

CN104486834B - 室内定位方法和设备

Info

Publication number: CN104486834B
Application number: CN201410709776.0A
Authority: CN
Inventors: 桑媛
Original assignee: Inventec Pudong Technology Corp; Inventec Corp
Current assignee: Inventec Pudong Technology Corp; Inventec Corp
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: CN104486834A

Abstract

本发明提供一种室内定位方法和设备，该方法包括：获取目标节点相对于多个参考节点T_i的接收信号功率P_i，以及多个参考节点T_i之间的接收信号功率P_ij，其中i,j分别代表参考节点序列号，且有i≠j；根据P_im＝P_ij‑10n_ilg(d_im/d_ij)+X_i获得目标节点与参考节点T_i之间的距离d_i，其中i,j,m分别代表参考节点序列号，且有i≠j≠m，d_ij为参考节点T_j与T_i之间的距离，X_i为参考节点T_i覆盖区域内的接收功率对应的随机变量，n_i为参考节点T_i覆盖区域内的环境参考因子；以及根据至少三个不同的参考节点T_i对应的距离d_i确定目标节点的位置信息。在本发明中，每个参考节点T_i覆盖区域内X_i和n_i可以根据其他参考节点的接收信号功率以及参考节点之间的距离来实时调整，因此本发明的方案有利于提高室内定位精度。

Description

室内定位方法和设备

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种室内定位方法和设备。

背景技术

现有的室内定位技术，例如，基于Zigbee的室内定位技术，通常采用被定位节点到参考基站之间的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)数值计算来实现定位。通常需要使用3个以上的参考基站，并且需要参考当前的环境因子。目前的技术通常采用一个固定的经验因子或者固定的环境参考因子来计算目标节点的位置信息。然而，随着环境因素不断变化，这些固定的经验因子或者固定的环境参考因子无法精确的表达实时的环境参数，导致计算出的目标节点的位置信息存在很大误差。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种环境参考因子可调的室内定位方法和设备。

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本发明的一个方面，提供了一种室内定位方法，其特征在于，包括：获取目标节点相对于多个参考节点T_i的接收信号功率P_i，以及多个参考节点T_i之间的接收信号功率P_ij，其中i,j分别代表参考节点序列号，且有i≠j；根据获得目标节点与参考节点T_i之间的距离d_i，其中i,j,m分别代表参考节点序列号，且有i≠j≠m，d_ij为参考节点T_j与T_i之间的距离，X_i为参考节点T_i覆盖区域内的接收功率对应的随机变量，n_i为参考节点T_i覆盖区域内的环境参考因子；以及根据至少三个不同的参考节点T_i对应的距离d_i确定目标节点的位置信息。根据本发明的一个实施例，每个参考节点T_i覆盖区域内X_i和n_i可以根据其他参考节点的接收信号功率以及参考节点之间的距离来实时调整。

在一个示例中，参考节点T_i覆盖区域内的X_i和n_i可以按如下方式调整：获取参考节点T_i相对于至少三个其他参考节点T_j的接收信号功率P_ij，以及参考节点T_i与T_j之间的距离d_ij；在所获取的至少三组P_ij和d_ij中选取三组 P_ij和d_ij，作为(P_i、d_i)、(P_j、d_j)、(P_m、d_m)，并根据公式：获得参考节点T_i覆盖区域内的X_i；并且根据公式：获得参考节点T_i覆盖区域内的n_i。

根据本发明的另一方面，提供了一种室内定位设备，其特征在于，包括：获取模块，用于获取目标节点相对于多个参考节点T_i的接收信号功率P_i，以及多个参考节点T_i之间的接收信号功率P_ij，其中i,j分别代表参考节点序列号，且有i≠j；计算模块，用于根据获得目标节点与参考节点T_i之间的距离d_i，其中i,j,m分别代表参考节点序列号，且有 i≠j≠m，d_ij为参考节点T_j与T_i之间的距离，X_i为参考节点T_i覆盖区域内的接收功率对应的随机变量，n_i为参考节点T_i覆盖区域内的环境参考因子；定位模块，用于根据至少三个不同的参考节点T_i对应的所述距离d_i确定目标节点的位置信息；以及环境因子调整模块，用于实时调整每个参考节点T_i覆盖区域内X_i和n_i，其中参考节点T_i覆盖区域内X_i和n_i根据其他参考节点的接收信号功率以及参考节点之间的距离来进行调整。

根据本发明，由于每个参考基站覆盖区域内的环境参考因子(例如参考节点T_i覆盖区域内的X_i和n_i)可以利用其它参考基站的接收信号功率和参考基站的距离来进行实时的调整，因此提高了定位精度，减少定位误差。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为根据本发明的室内定位系统的应用场景的示意图；

图2为根据本发明的室内定位方法的流程图；

图3为在图2所示的室内定位方法中用于调整环境参考因子的子步骤的流程图；

图4为根据本发明的室内定位设备的框图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1为根据本发明的室内定位系统的应用场景的示意图。如图1所示，该应用场景包括：目标节点0(统一标号为31)和多个(图1中例如示出4 个)参考基站(参考节点)1、2、3、4(统一标号为32)。该定位系统例如可以使用Zigbee室内定位技术来定位目标节点的位置信息，也就是说，采用目标节点到每个参考基站之间的RSSI计算来实现定位。例如，可以根据如下公式(1)来确定目标节点的位置：

例如，在该系统中，发射端为目标节点0，接收端为参考基站1，并任意选取另一参考基站(例如参考基站2)作为参考节点。

其中：P_d是接收端的接收信号功率；

P_d0是参考距离d₀点对应的接收信号功率；

d是接收端与发射端的距离；

d₀是参考节点到接收端的距离。

n是路径损耗指数，与环境有关。

X反映出当距离一定时，接收信号功率的变化；X为平均值为0的高斯随机变量。

如在背景技术部分所述，在传统Zigbee定位技术中，环境因子n和X都是不随时间与空间变化的固定值。由于固定的环境参考因子无法精确的表达实时的环境参数变化，因此造成定位误差。

在本发明中，环境因子n和X不是固定参数，而是取决于每个参考基站的覆盖范围有所不同，并且每个参考基站的环境因子n和X可以根据其他参考基站的接收信号功率和参考基站之间的距离来实时调整。在随后的部分中，将对环境参考因子的实时调整方法做更详细的描述。

图2示出根据本发明的室内定位方法的流程图。

在步骤S201处，获取目标节点(例如图1所示目标节点0)相对于多个参考节点T_i(例如图1所示参考基站1、2、3、4)的接收信号功率P_i，以及多个参考节点T_i之间的接收信号功率P_ij，其中i,j分别代表参考节点的序列号，且有i≠j。获取多个参考节点T_i之间的接收信号功率P_ij可随后被用于更新环境参考因子。

在步骤S202处，实时调整每个参考节点T_i覆盖范围内的环境因子n_i和 X_i。例如，可以根据与其他参考节点之间的接收信号功率P_ij和距离d_ij来进行调整。具体调整环境参考因子的方法随后将详细描述。

然后，在步骤S203处，根据如下公式(2)获得目标节点与所述参考节点T_i之间的距离d_i，

其中，P_i是接收端参考节点T_i的接收信号功率，P_d0是参考距离d₀点对应的接收信号功率，d_i是参考节点T_i与目标节点的距离，d₀是参考节点(例如另一参考基站T_j,i≠j)到接收端的距离，n_i是参考节点T_i对应的路径损耗指数，X_i是参考节点T_i对应的反应接收信号功率变化的环境因子。

在步骤S204处，根据至少三个不同的参考节点T_i对应的距离d_i确定目标节点的位置信息。

例如，根据“三点定位”原理，从得到的多个距离d_i中提取出至少三个d_i，即可以确定一个或多个目标节点相对于被提取的三个T_i之间的相对位置；再根据这三个不同的T_i对应的位置信息，如全球定位系统(Global Positioning System，GPS)坐标或预先设定的参考坐标来确定目标节点的位置信息。当上述确定的相对位置为多个时，可将这多个相对位置的中心位置确定为目标节点的所在的位置。当然，定位方法并不局限于此。本领域技术人员容易设想其他已知的定位方法用于实现目标节点的位置确定。

然后，流程结束。

如图2所示，在本发明中，每个参考节点T_i覆盖区域内的环境参考因子X_i和n_i可以根据其他参考节点的接收信号功率P_ij以及参考节点之间的距离d_ij来实时调整，以提高定位精度，减小定位误差。

图3示出在图2所示室内定位方法中用于调整环境参考因子的子步骤 S202的一个示例性方法的流程图。

在步骤S301中，获取参考节点T_i相对于至少三个其他参考节点T_j的接收信号功率P_ij，以及参考节点T_i与T_j之间的距离d_ij。

在步骤S302中，在所获取的至少三组P_ij和d_ij中选取三组P_ij和d_ij，作为(P1、 d1)、(P2、d2)、(P3、d3)。

然后，在步骤S303中，例如可以根据如下公式(3)来计算参考基站T_i覆盖范围内的环境因子n_i：

在步骤S304中，例如可以根据如下公式(4)来计算参考基站T_i覆盖范围内的环境因子X_i：

或

然后，流程结束。

值得注意的是，实时更新参考节点所对应的环境参考因子的方法并不局限使用以上公开的公式(3)和(4)。本领域技术人员可以设想其他已知方法，用来对环境参考因子执行实时调整，以实现更精确的定位。

图4为根据本发明的室内定位设备的框图。

如图4所示，该定位设备例如包括获取模块401、计算模块402、定位模块403和环境因子调整模块404。

获取模块401用于获取目标节点相对于多个参考节点T_i的接收信号功率 P_i，多个参考节点T_i之间的接收信号功率P_ij，以及参考节点之间的距离d_ij，其中i,j分别代表参考节点序列号，且有i≠j。

计算模块402用于根据以上公式(1)，利用目标节点相对于参考节点T_i的接收信号功率P_i来计算目标节点与参考节点T_i之间的距离d_i。如上所述，在利用公式(1)计算目标节点与参考节点之间的距离的过程中，环境因子n和 X是参考节点T_i覆盖范围内的参考节点，并可以实时更新。

环境因子调整模块404从获取模块401接收到参考节点之间的接收信号功率P_ij以及参考节点之间的距离d_ij，用于对环境参考因子的实时更新，并把更新后的环境因子n和X定期发送到计算模块403，用于定位计算。

定位模块403根据至少三个不同的参考节点T_i对应的距离d_i确定目标节点的位置信息。

举例说明，在图1所示定位系统中，假设目标节点0为发射端，参考基站1为接收端，其他参考基站2、3、4配合进行参考基站1覆盖范围内环境因子n和X的实时更新。

获取模块401获取参考基站1相对于目标节点0的接收信号功率P₁，以及与其他参考节点2、3、4之间的接收信号功率P₁₂、P₁₃、P₁₄，作为(P₂、 P₃、P₄)以及距离d₁₂、d₁₃、d₁₄，作为(d₂、d₃、d₄)。接收信号功率P1被提供到计算模块402，用于计算目标节点0与参考节点1的距离。接收信号功率(P₂、P₃、P₄)以及距离(d₂、d₃、d₄)被提供到环境因子调整模块404，用于实时更新环境参考因子n和X。

计算模块402根据以上公式(1)计算目标节点0与参考节点1的距离 d₁。值得注意的是，在本发明中，公式(1)中的环境因子n_i和X_i都是经过环境因子调整模块404实时更新的环境参考因子。环境因子调整模块404更新环境因子n_i和X_i的方法例如参考以上公式(2)和(3)。

然后，定位模块403根据至少三个不同的参考节点T_i对应的距离d_i确定目标节点的位置信息。

值得注意的是，虽然图1所示的系统中示出4个参考基站，但是参考基站的数目并不局限于此。只要在参考基站的数目满足n≥3的情况下即可以实现目标节点的定位。并且，在满足参考基站的数目n≥4的情况下，可以实现对于环境参考因子的实时更新。

本领域技术人员可以明了，图4所示室内定位设备可以通过软件、硬件或软硬件结合的方式来实现，该设备可以集成到目标节点或参考基站中，也可以集成到单独的控制设备或服务器端，以实现目标定位。

根据本发明，通过实时更新环境参考因子，可以对定位方程进行实时调整，从而得到更准确的定位信息，提高定位精度并减小定位误差。

上面对本发明的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技术人员所能理解的，本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算设备(包括处理器、存储介质等)或者计算设备的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在了解本发明的内容的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的，因此不需在此具体说明。

此外，显而易见的是，在上面的说明中涉及到可能的外部操作的时候，无疑要使用与任何计算设备相连的任何显示设备和任何输入设备、相应的接口和控制程序。总而言之，计算机、计算机系统或者计算机网络中的相关硬件、软件和实现本发明的前述方法中的各种操作的硬件、固件、软件或者它们的组合，即构成本发明的设备及其各组成部件。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims

1.一种室内定位方法，其特征在于，包括：

获取目标节点相对于多个参考节点T_i的接收信号功率P_i，以及所述多个参考节点T_i之间的接收信号功率P_ij，其中i,j分别代表参考节点序列号，且有i≠j；

根据P_im＝P_ij-10n_ilg(d_im/d_ij)+X_i获得所述目标节点与所述参考节点T_i之间的距离d_i，其中i,j,m分别代表参考节点序列号，且有i≠j≠m，d_ij为所述参考节点T_j与T_i之间的距离，X_i为所述参考节点T_i覆盖区域内的接收功率对应的随机变量，n_i为所述参考节点T_i覆盖区域内的环境参考因子；以及

根据至少三个不同的所述参考节点T_i对应的所述距离d_i确定所述目标节点的位置信息，

其中，所述每个参考节点T_i覆盖区域内X_i和n_i根据其他参考节点的接收信号功率以及参考节点之间的距离来实时调整，

所述参考节点T_i覆盖区域内的X_i和n_i以如下方式调整：

获取所述参考节点T_i相对于至少三个其他参考节点T_j的接收信号功率P_ij，以及所述参考节点T_i与T_j之间的距离d_ij；

在所获取的至少三组P_ij和d_ij中选取三组P_ij和d_ij，作为(P_i、d_i)、(P_j、d_j)、(P_m、d_m)，并根据公式：

获得所述参考节点T_i覆盖区域内的X_i；并且

根据公式：获得所述参考节点T_i覆盖区域内的n_i。

2.一种室内定位设备，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取目标节点相对于多个参考节点T_i的接收信号功率P_i，以及所述多个参考节点T_i之间的接收信号功率P_ij，其中i,j分别代表参考节点序列号，且有i≠j；

计算模块，用于根据P_im＝P_ij-10n_ilg(d_im/d_ij)+X_i获得所述目标节点与所述参考节点T_i之间的距离d_i，其中i,j,m分别代表参考节点序列号，且有i≠j≠m，d_ij为所述参考节点T_j与T_i之间的距离，X_i为所述参考节点T_i覆盖区域内的接收功率对应的随机变量，n_i为所述参考节点T_i覆盖区域内的环境参考因子；

定位模块，用于根据至少三个不同的所述参考节点T_i对应的所述距离d_i确定所述目标节点的位置信息；以及

环境因子调整模块，用于实时调整每个参考节点T_i覆盖区域内X_i和n_i，其中参考节点T_i覆盖区域内X_i和n_i根据其他参考节点的接收信号功率以及参考节点之间的距离来进行调整，

所述环境因子调整模块包括：

获取单元，用于获取所述参考节点T_i相对于至少三个其他参考节点T_j的接收信号功率P_ij，以及所述参考节点T_i与T_j之间的距离d_ij；

选取单元，用于在所获取的至少三组P_ij和d_ij中选取三组P_ij和d_ij，作为(P_i、d_i)、(P_j、d_j)、(P_m、d_m)；

第一计算单元，用于根据公式：

获得所述参考节点T_i覆盖区域内的X_i；以及

第二计算单元，用于根据公式：获得所述参考节点T_i覆盖区域内的n_i。