CN105717485B - 一种室内定位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种室内定位方法及装置，方法包括：在预设时间段内，利用接收信号强度RSSI定位技术，对待定位的目标对象进行至少一次定位，获得至少一个初步RSSI定位结果；对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果；将所述目标RSSI定位结果作为到达时间差TDOA定位技术中的初始估计位置，利用TDOA定位技术对所述目标对象进行定位，获得目标TDOA定位结果；利用预设的定位结果模型，对所述目标RSSI定位结果和所述目标TDOA定位结果进行加权融合，获得所述目标对象的最终定位结果。应用本发明实施例，可以提高室内定位精确度。

Description

一种室内定位方法及装置
技术领域
本发明涉及无线定位领域，特别涉及一种室内定位方法及装置。
背景技术
随着信息时代的到来，通信与导航技术得到了快速的发展，导航系统与通信系统紧密结合，使个人用户的导航定位信息产生了更大的应用价值，发挥出更多的效能。在导航卫星信号难以覆盖的室内环境，按照定位时是否进行距离测量，无线定位技术可分为：基于非测距(Range free)和基于测距(Range based)。常用的基于测距的有：基于接收信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication)和基于到达时间差TDOA(Time Differenceof Arrival)。
所谓RSSI定位技术，即通过接收信号强度进行定位估计。其中，对于RSSI定位而言，由于接收信号强度与空间位置的关系十分密切，因此通过接收信号强度与室内位置的关系模型，可以通过测得的信号强度推断出接收端的位置。该定位方法的缺点：接收信号强度与距离是在一定的距离范围内存在关系模型，超过一定的距离后，信号强度值并不会随着距离增大而减小，并且周围环境对信号强度值影响较大，导致最终定位结果不准确。
所谓TDOA定位技术，即通过接收信号到达时间差进行定位估计。其中，对于TDOA定位而言，通过计算接收端到不同接收端之间的时间差，不要求接收端与接收端之间的绝对时间同步，降低了对同步性的要求。具体的，TDOA定位过程中，在多个事件同步发射器和多种同步信号发射器的工作模式下，信号接收端对连续抵达的多个信号记录下时间差，并根据信号到达时间差，通过建立双曲线方程求得交点，即为移动的目标位置。该定位方法缺点：建立双曲线方程需要测量得到3个TDOA值，在环境较为复杂的地方，由于信号遮挡等原因，存在接收信号不足的缺点，同时，解算该双曲线方程需要一个与初始位置相差不大的初始值，如无法提供初始值对最终定位结果有较大影响。
可见，提供一种定位精确度较高的室内定位方法是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例公开了一种室内定位方法及装置，以提高室内定位精确度。技术方案如下：
为达到上述目的，本发明实施例公开了一种室内定位方法，包括步骤：
在预设时间段内，利用RSSI定位技术，对待定位的目标对象进行至少一次定位，获得至少一个初步RSSI定位结果；
对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果；
将所述目标RSSI定位结果作为TDOA定位技术中的初始估计位置，利用TDOA定位技术对所述目标对象进行定位，获得目标TDOA定位结果；
利用预设的定位结果模型，对所述目标RSSI定位结果和所述目标TDOA定位结果进行加权融合，获得所述目标对象的最终定位结果。
较佳的，所述对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果，具体为：
对所述至少一个初步RSSI定位结果求均值；
将所述均值作为目标RSSI定位结果。
较佳的，所述对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果，具体为：
对所述至少一个初步RSSI定位结果求均值；
剔除与均值差值最大的初步RSSI定位结果，对剩余的初步RSSI定位结果再次求均值；
将再次求均值所得的结果，作为目标RSSI定位结果。
较佳的，所述预设的定位结果模型为：
POS＝αPOStdoa+βPOSrssi
其中，POS表示最终定位结果，POStdoa表示目标TDOA定位结果，POSrssi表示目标RSSI定位结果，α表示为目标TDOA定位结果设置的权重值，β表示为目标RSSI定位结果设置的权重值。
较佳的，所述α和β的值基于TDOA定位过程中接收到的信号数量确定。
为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种室内定位装置，包括：
RSSI模块，用于在预设时间段内，利用RSSI定位技术，对待定位的目标对象进行至少一次定位，获得至少一个初步RSSI定位结果；
校正模块，用于对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果；
TDOA模块，用于将所述目标RSSI定位结果作为TDOA定位技术中的初始估计位置，利用TDOA定位技术对所述目标对象进行定位，获得目标TDOA定位结果；
融合模块，用于利用预设的定位结果模型，对所述目标RSSI定位结果和所述目标TDOA定位结果进行加权融合，获得所述目标对象的最终定位结果。
较佳的，所述校正模块包括：
第一均值计算单元，用于对所述至少一个初步RSSI定位结果求均值；
第一结果确定单元，用于将所述均值作为目标RSSI定位结果。
较佳的，所述校正模块包括：
第二均值计算单元，用于对所述至少一个初步RSSI定位结果求均值；
均值处理单元，用于剔除与均值差值最大的初步RSSI定位结果，对剩余的初步RSSI定位结果再次求均值；
第二结果确定单元，用于将再次求均值所得结果，作为目标RSSI定位结果。
较佳的，所述预设的定位结果模型为：
POS＝αPOStdoa+βPOSrssi
其中，POS表示最终定位结果，POStdoa表示目标TDOA定位结果，POSrssi表示目标RSSI定位结果，α表示为目标TDOA定位结果设置的权重值，β表示为目标RSSI定位结果设置的权重值。
较佳的，所述α和β的值基于TDOA定位过程中接收到的信号数量确定。
由上述的技术方案可见，本发明实施例公开了一种室内定位方法及装置，在预设时间段内，利用接收信号强度RSSI定位技术，对待定位的目标对象进行至少一次定位，获得至少一个初步RSSI定位结果；对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果；将所述目标RSSI定位结果作为TDOA定位技术中的初始估计位置，利用到达时间差TDOA定位技术对所述目标对象进行定位，获得目标TDOA定位结果；利用预设的定位结果模型，对所述目标RSSI定位结果和所述目标TDOA定位结果进行加权融合，获得所述目标对象的最终定位结果。可见，本方案通过结合RSSI定位技术和TDOA定位技术来实现室内定位，避免了单独利用RSSI定位技术或TDOA定位技术的弊端，因此，能够提高室内定位精度。
当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例提供的一种室内定位方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种室内定位装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术问题，本发明实施例公开了一种室内定位方法及装置，以结合RSSI定位技术和TDOA定位技术来实现室内定位的方式，避免单独利用RSSI定位技术或TDOA定位技术的弊端，从而提高室内定位精度。
下面通过具体实施例，对本发明进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种室内定位方法的流程示意图，包括如下步骤：
S101：在预设时间段内，利用RSSI定位技术，对待定位的目标对象进行至少一次定位，获得至少一个初步RSSI定位结果；
其中，待定位的目标对象可以为电子设备，例如：智能手机、平板电脑等。
其中，RSSI定位技术中，RSSI值是一种指示传播介质中电磁波能量大小的数值，RSSI值随距离增加而减小，无线信号传输中普遍采用的理论模型为渐变模型，公式如下：
Figure BDA0000930258760000051
式中，d为射频信号接收端与发射端之间的距离，d0为参考距离，pr(d0)是在参考距离点处的接收信号功率，pr(d)是接收端的接收信号功率，XdBm是一个均值为0的高斯随即变量，反映当距离一定时，接收信号功率的变化，n为路径损耗指数，通常是由实际测量得到，障碍物越多，n值越大，从而接收到的平均能量下降的速度会随着距离的增加而变得越来越快。实际应用中一般采用简化的渐变模型，公式如下：
Figure BDA0000930258760000052
为便于表达和计算，通常将参考距离d0取为1m。于是可得：
[pr(d)]dBm＝RSSI0-10nlg(d)
把上式写成RSSI的形式得到：
RSSI＝RSSI0-10nlg(d)
其中，RSSI0为射频信号接收端与发射端相距1m时接收端接收到的无线信号强度RSSI值。上述公式为RSSI测距方法的经典模型，给出了RSSI和d的函数关系。RSSI0和n都是经验值，和具体的无线信号传播的环境密切相关，因此在不同的实际环境下RSSI0和n参数不同，其测距模型不同。为使模型能够最大程度符合当前环境中的无线信号传播特性，使RSSI测距能获得更高的精度，需要对参数RSSI0和n进行优化，得到当前室内环境下的最优值。一般通过线性回归分析来估计参数RSSI0和n的值，公式如下：
ρi＝-10lgdi,i＝1,2,……N
Figure BDA0000930258760000061
Figure BDA0000930258760000062
其中，
Figure BDA0000930258760000063
Figure BDA0000930258760000064
通过线性回归分析最终能得到当前环境下的测距模型。测距模型可以很好地拟合出适应当前实验环境的模型曲线，从而明确RSSI值和距离的关系，通过测量值便可得到RSSI定位结果。
另外，需要强调的是，利用接收信号强度RSSI定位技术对待定位的目标对象所进行的每次定位，均可以参照现有技术中的利用RSSI定位技术进行定位的方式，在此不做限定。
S102：对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果；
其中，在获得至少一个初步RSSI定位结果后，可以对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果，从而得到通过RSSI技术所确定出的定位结果。
具体的，在一种实现方式中，所述对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果，可以为：对所述至少一个初步RSSI定位结果求均值，将所述均值作为目标RSSI定位结果。
具体的，在另一种实现方式中，所述对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果，可以为：对所述至少一个初步RSSI定位结果求均值，剔除与均值差值最大的初步RSSI定位结果，对剩余的初步RSSI定位结果再次求均值，将再次求均值所得的结果，作为目标RSSI定位结果。
需求强调的是，上述所给出的关于S102的具体实现方式仅仅作为示例，并不应该构成对本发明实施例的限定。
S103：将所述目标RSSI定位结果作为TDOA定位技术中的初始估计位置，利用TDOA定位技术对所述目标对象进行定位，获得目标TDOA定位结果；
将所述目标RSSI定位结果作为TDOA微分法解算的初始估计位置，在每一次递归中通过求解TDOA测量值误差的局部最小二乘解来改进估计位置，直到误差满足设定的门限，便得到了目标TDOA定位结果，从而得到基于DOA定位技术所确定出的定位结果。
其中，利用TDOA定位技术对该目标对象进行定位，获得目标TDOA定位结果的具体实现方式可以参照现有技术中利用TDOA定位技术进行定位的具体实现方式，在此不做赘述。
S104：利用预设的定位结果模型，对所述目标RSSI定位结果和所述目标TDOA定位结果进行加权融合，获得所述目标对象的最终定位结果。
由于TDOA定位中接收到的信号可能出现不足的情况，同时为了提高定位结果的稳定性和准确性，在精确定位过程中还需要进行数据融合，通过RSSI定位结果和TDOA定位结果相融合，由于采用TDOA和RSSI定位技术定位精度相差很大，不能在数据融合中平等对待采用不同定位方式取得的结果，鉴于TDOA的定位精度更高，因此，将TDOA定位结果分配更高的权重，为此，将定位结果模型表示为：
POS＝αPOStdoa+βPOSrssi
其中，POS表示最终定位结果，POStdoa表示目标TDOA定位结果，POSrssi表示目标RSSI定位结果，α表示为目标TDOA定位结果设置的权重值，β表示为目标RSSI定位结果设置的权重值。在定位过程中，根据接收到的TDOA信号数量，动态的改变α、β的权重，从而通过最佳线性加权数据融合来得到最终定位结果。TDOA信号数量与权重值α、β的对应关系可以如下表所示：
Figure BDA0000930258760000081
可见，本方案通过结合RSSI定位技术和TDOA定位技术来实现室内定位，避免了单独利用RSSI定位技术或TDOA定位技术的弊端，因此，能够提高室内定位精度。
图2为本发明实施例提供的一种室内定位装置的结构示意图，与图1所示的流程相对应，包括RSSI模块201、校正模块202、TDOA模块203、融合模块204。
其中，RSSI模块201，用于在预设时间段内，利用接收信号强度RSSI定位技术，对待定位的目标对象进行至少一次定位，获得至少一个初步RSSI定位结果。
校正模块202，用于对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果。
TDOA模块203，用于将所述目标RSSI定位结果作为TDOA定位技术中的初始估计位置，利用到达时间差TDOA定位技术对所述目标对象进行定位，获得目标TDOA定位结果。
融合模块204，用于利用预设的定位结果模型，对所述目标RSSI定位结果和所述目标TDOA定位结果进行加权融合，获得所述目标对象的最终定位结果。
可见，本方案通过结合RSSI定位技术和TDOA定位技术来实现室内定位，避免了单独利用RSSI定位技术或TDOA定位技术的弊端，因此，能够提高室内定位精度。
具体的，在一种实现方式中，所述校正模块202包括：
第一均值计算单元，用于对所述至少一个初步RSSI定位结果求均值；
第一结果确定单元，用于将所述均值作为目标RSSI定位结果。
具体的，在另一种实现方式中，所述校正模块202包括：
第二均值计算单元，用于对所述至少一个初步RSSI定位结果求均值；
均值处理单元，用于剔除与均值差值最大的初步RSSI定位结果，对剩余的初步RSSI定位结果再次求均值；
第二结果确定单元，用于将再次求均值所得结果，作为目标RSSI定位结果。
具体的，所述预设的定位结果模型为：
POS＝αPOStdoa+βPOSrssi
其中，POS表示最终定位结果，POStdoa表示目标TDOA定位结果，POSrssi表示目标RSSI定位结果，α表示为目标TDOA定位结果设置的权重值，β表示为目标RSSI定位结果设置的权重值。
具体的，所述α和β的值基于TDOA定位过程中接收到的信号数量确定。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种室内定位方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
在预设时间段内，利用接收信号强度RSSI定位技术，对待定位的目标对象进行至少一次定位，获得至少一个初步RSSI定位结果；
对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果；
将所述目标RSSI定位结果作为到达时间差TDOA定位技术中的初始估计位置，利用TDOA定位技术对所述目标对象进行定位，获得目标TDOA定位结果；
利用预设的定位结果模型，对所述目标RSSI定位结果和所述目标TDOA定位结果进行加权融合，获得所述目标对象的最终定位结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果，具体为：
对所述初步RSSI定位结果求均值；
将所述均值作为目标RSSI定位结果。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果，具体为：
对所述初步RSSI定位结果求均值；
剔除与均值差值最大的初步RSSI定位结果，对剩余的初步RSSI定位结果再次求均值；
将再次求均值所得的结果，作为目标RSSI定位结果。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的定位结果模型为：
POS＝αPOStdoa+βPOSrssi
其中，POS表示最终定位结果，POStdoa表示目标TDOA定位结果，POSrssi表示目标RSSI定位结果，α表示为目标TDOA定位结果设置的权重值，β表示为目标RSSI定位结果设置的权重值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述α和β的值基于TDOA定位过程中接收到的信号数量确定。
6.一种室内定位装置，其特征在于，所述装置包括：
RSSI模块，用于在预设时间段内，利用RSSI定位技术，对待定位的目标对象进行至少一次定位，获得至少一个初步RSSI定位结果；
校正模块，用于对所述至少一个初步RSSI定位结果进行预设的结果校正操作，获得目标RSSI定位结果；
TDOA模块，用于将所述目标RSSI定位结果作为TDOA定位技术中的初始估计位置，利用TDOA定位技术对所述目标对象进行定位，获得目标TDOA定位结果；
融合模块，用于利用预设的定位结果模型，对所述目标RSSI定位结果和所述目标TDOA定位结果进行加权融合，获得所述目标对象的最终定位结果。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述校正模块包括：
第一均值计算单元，用于对所述初步RSSI定位结果求均值；
第一结果确定单元，用于将所述均值作为目标RSSI定位结果。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述校正模块包括：
第二均值计算单元，用于对所述初步RSSI定位结果求均值；
均值处理单元，用于剔除与均值差值最大的初步RSSI定位结果，对剩余的初步RSSI定位结果再次求均值；
第二结果确定单元，用于将再次求均值所得结果，作为目标RSSI定位结果。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设的定位结果模型为：
POS＝αPOStdoa+βPOSrssi
其中，POS表示最终定位结果，POStdoa表示目标TDOA定位结果，POSrssi表示目标RSSI定位结果，α表示为目标TDOA定位结果设置的权重值，β表示为目标RSSI定位结果设置的权重值。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述α和β的值基于TDOA定位过程中接收到的信号数量确定。
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