CN106060777A - 一种定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定位方法和系统，包括：待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征；将参与定位的锚节点中每两个锚节点分为一个定位组，并针对每一定位组执行以下操作：确定定位组内两个锚节点之间的参考位置，并根据待定位目标与两个锚节点之间的无线信号特征确定与参考位置之间的位置关系；根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置。

Description

一种定位方法和系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，特别是指一种定位方法和系统。

背景技术

名词解释：

(1)锚节点(或称为信标节点)，是指预先布设的一种具有通讯能力的节点，通常需要在待定位区域内设置一个或多个锚节点以进行定位；锚节点的数量和布置方式会影响定位的精度。

(2)待定位目标，是指具有通讯能力的一种设备，在进入到待定位区域后通过与锚节点进行通讯来进行定位。在本发明实施例中，锚节点可以是任何具有通讯能力的设备，包括但不限于：智能手环、移动终端、智能手表等。

定位是一种非常常用的技术，精确的定位是导航等很多技术领域的基础。无线定位是一种非常常用的定位技术，传统的定位技术包括：

GPS定位方法，是指具有通讯功能的定位目标通过卫星信号进行定位，以实现精确的室外定位，但是在室内时定位精度极差。

Wi-Fi信号地图定位方法，利用无线信号的强度进行定位；在定位之前需要将待定位区域进行细分，然后通过实测获得每一区域的无线信号特征。这种定位方法广泛应用在室内定位领域，但是需要大量的先期训练数据才能够构建出准确的Wi-Fi信号地图，且训练数据的数量和新鲜程度直接影响以后定位的精度。其中，典型的一种无线信号特征可以是无线信号强度；待定位目标只需能够与三个锚节点进行通讯，就可以利用三个锚节点的信号强度采用三点定位的方式进行定位。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种定位方法和系统，可以进行无训练的定位。

为了达到上述目的，本发明实施例提出了一种定位方法，包括：

待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征；

将参与定位的锚节点中每两个锚节点分为一个定位组，并针对每一定位组执行以下操作：确定定位组内两个锚节点之间的参考位置，并根据待定位目标与两个锚节点之间的无线信号特征确定与参考位置之间的位置关系；

根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置。

其中，所述无线信号特征为信号强度或无线信号到达时间。

其中，所述两个锚节点之间的参考位置为两个锚节点的位置之间的中间线或中垂面；其中所述中间线或中垂面上的每一个点到两个锚节点的距离相等。

其中，根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置，具体包括：

根据每一定位组确定的中间线或中垂面，确定待定位目标位于中间线或中垂面的哪一侧，以确定待定位目标相对于该定位组所处的区域；

将所有定位组确定的待定位目标所处的区域之间执行“与”操作，以确定待定位目标在所述定位区域中的位置。

其中，所述待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征，具体包括：

所述待定位目标发送无线信号，所述锚节点接收该无线信号以获取用于定位的无线信号特征；

或

所述锚节点发送无线信号，所述待定位目标接收该无线信号以获取用于定位的无线信号特征。

其中，所述参与定位的锚节点为定位区域内能够与待定位目标进行通讯的所有锚节点，

或

所述参与定位的锚节点为定位区域内能够与待定位目标进行通讯的所有锚节点中满足预设条件的锚节点。

其中，所述预设条件为：锚节点与待定位目标之间信号强度阈值，

或，

锚节点与待定位目标之间无线信号到达时间阈值。

同时，本发明实施例还提出了一种定位系统，包括设置在定位区域内用于对待定位目标进行定位的锚节点，所述系统还包括：

无线信号特征获取模块，用于获取待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征；

粗定位模块，用于将参与定位的锚节点中每两个锚节点分为一个定位组，并针对每一定位组执行以下操作：确定定位组内两个锚节点之间的参考位置，并根据待定位目标与两个锚节点之间的无线信号特征确定与参考位置之间的位置关系；

精定位模块，用于根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置。

其中，所述无线信号特征为信号强度或无线信号到达时间。

其中，所述两个锚节点之间的参考位置为两个锚节点的位置之间的中间线或中垂面；其中所述中间线或中垂面上的每一个点到两个锚节点的距离相等。

其中，根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置，具体包括：

根据每一定位组确定的中间线或中垂面，确定待定位目标位于中间线或中垂面的哪一侧，以确定待定位目标相对于该定位组所处的区域；

将所有定位组确定的待定位目标所处的区域之间执行“与”操作，以确定待定位目标在所述定位区域中的位置。

其中，所述待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征，具体包括：

所述待定位目标发送无线信号，所述锚节点接收该无线信号以获取用于定位的无线信号特征；

或

所述锚节点发送无线信号，所述待定位目标接收该无线信号以获取用于定位的无线信号特征。

其中，所述参与定位的锚节点为定位区域内能够与待定位目标进行通讯的所有锚节点，

或

所述参与定位的锚节点为定位区域内能够与待定位目标进行通讯的所有锚节点中满足预设条件的锚节点。

其中，所述预设条件为：锚节点与待定位目标之间信号强度阈值，

或，

锚节点与待定位目标之间无线信号到达时间阈值。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述技术方案通过两两锚节点之间划分参考线并根据待定位节点与每一参考线之间位置关系来唯一的确定待定位节点的位置，这种方式无需预先测量定位区域内每一位置的信号强度，就可以比较精确的确定出待定位节点的位置，以实现区域定位。本发明实施例的方法和系统不仅可以用于室内定位，也可以用于任何已经预设了锚节点的区域。

附图说明

图1为本发明实施例的一种典型的实施方式的网络结构示意图；

图2为根据本发明实施例的方法进行定位的结果的示意图；

图3为图2定位后再进行数据融合的示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实例进行详细描述。

为了达到上述目的，本发明实施例提出了一种定位方法，包括：

待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征；

将参与定位的锚节点中每两个锚节点分为一个定位组，并针对每一定位组执行以下操作：确定定位组内两个锚节点之间的参考位置，并根据待定位目标与两个锚节点之间的无线信号特征确定与参考位置之间的位置关系；

根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置。

同时，本发明实施例还提出了一种定位系统，包括设置在定位区域内用于对待定位目标进行定位的锚节点，所述系统还包括：

无线信号特征获取模块，用于获取待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征；

粗定位模块，用于将参与定位的锚节点中每两个锚节点分为一个定位组，并针对每一定位组执行以下操作：确定定位组内两个锚节点之间的参考位置，并根据待定位目标与两个锚节点之间的无线信号特征确定与参考位置之间的位置关系；

精定位模块，用于根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置。

下面以一个具体的例子来对上述技术方案进行进一步说明：：

步骤1、第i个锚节点的位置信息为d_i＝(x_i，y_i，z_i)；待定位目标以固定频率发射无线信息，第i个锚节点在预定时间窗内接收到的信号强度向量为R_i＝{r_i0，r_i1，…，r_im}，其中m为预定时间窗内应接收到的所有信号；

步骤2、对第i个锚节点的信号强度向量为R_i进行预处理：所述预处理包括降噪、数值扩充、利用滑窗进行处理；其中数据扩充是指：由于信号传输有可能损失，因此如果两次信号之间接收到信号，则将其对应的r_ix记数值为0；然后计算平均信号强度r_i；

步骤3、获取平均信号强度r_i和信号强度与距离的关系

r_i＝A-10nlgd_i

其中A为发射功率对应的信号强度，n表示衰减因子；

步骤4、估算待定位目标与锚节点i之间的距离为：

$d_i={10}^{\frac{A-r_i}{10n}};$

步骤5、基于计算的N个距离数值{d₁，d₂，...，d_N}{d₁，d₂，...，d_N}，使用加权k近邻weighted k-nearest neighbor方法，在N个数值中选取k个最小数值及其对应的锚节点位置{d₁，d₂，...，d_k}，且其中的k个锚节点的位置为：

{(x₁，y₁，z₁)，(x₂，y₂，z₂)，...，(x_k，y_k，z_k)}

步骤6、确定第i个锚节点的权重数值w_i，并依据所有锚节点的权重数值计算总权重数值

步骤7、预估待定位节点的位置{x，y，z}为：

$\left\{\begin{array}{c}x={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k\frac{w_i}{W}{x}_i\\ y={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k\frac{w_i}{W}{y}_i\\ z={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k\frac{w_i}{W}{z}_i\end{array}\right.$

步骤8、基于每对锚节点的信号强度缩小定位区域，具体包括：

对于两个锚节点i和j的位置(x_i，y_i，z_i)和(x_j，y_j，z_j)，确定两个锚节点作中垂面；判断如果r_i＞r_j，选取靠近接收器i的区域；

对于每对接收器进行区域划分，选出所有交集部分记为P；

步骤9、判断步骤7中预估的待定位节点的位置{x，y，z}是否位于步骤8划分的区域P中；如果是则将该预估的待定位节点的位置确定为最终定位位置；否则从区域P中选取距离估算节点{x，y，z}最近的节点{x°，y^-，z^*}作为最终定位位置。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种定位方法，其特征在于，包括：

待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征；

将参与定位的锚节点中每两个锚节点分为一个定位组，并针对每一定位组执行以下操作：确定定位组内两个锚节点之间的参考位置，并根据待定位目标与两个锚节点之间的无线信号特征确定与参考位置之间的位置关系；

根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述无线信号特征为信号强度或无线信号到达时间。

3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述两个锚节点之间的参考位置为两个锚节点的位置之间的中间线或中垂面；其中所述中间线或中垂面上的每一个点到两个锚节点的距离相等。

4.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置，具体包括：

根据每一定位组确定的中间线或中垂面，确定待定位目标位于中间线或中垂面的哪一侧，以确定待定位目标相对于该定位组所处的区域；

将所有定位组确定的待定位目标所处的区域之间执行“与”操作，以确定待定位目标在所述定位区域中的位置。

5.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征，具体包括：

所述待定位目标发送无线信号，所述锚节点接收该无线信号以获取用于定位的无线信号特征；

或

所述锚节点发送无线信号，所述待定位目标接收该无线信号以获取用于定位的无线信号特征。

6.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述参与定位的锚节点为定位区域内能够与待定位目标进行通讯的所有锚节点，

或

所述参与定位的锚节点为定位区域内能够与待定位目标进行通讯的所有锚节点中满足预设条件的锚节点。

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，所述预设条件为：锚节点与待定位目标之间信号强度阈值，

或，

锚节点与待定位目标之间无线信号到达时间阈值。

8.一种定位系统，包括设置在定位区域内用于对待定位目标进行定位的锚节点，其特征在于，所述系统还包括：

无线信号特征获取模块，用于获取待定位目标与定位区域内参与定位的锚节点进行通讯，并获取待定位目标与每一参与定位的锚节点之间的通讯时的用于定位的无线信号特征；

粗定位模块，用于将参与定位的锚节点中每两个锚节点分为一个定位组，并针对每一定位组执行以下操作：确定定位组内两个锚节点之间的参考位置，并根据待定位目标与两个锚节点之间的无线信号特征确定与参考位置之间的位置关系；

精定位模块，用于根据获得所有定位组确定的待定位节点与参考位置的位置关系，确定待定位节点的位置。

9.根据权利要求8所述的定位方法，其特征在于，所述两个锚节点之间的参考线为两个锚节点的位置之间的中间线或中垂面；其中所述中间线或中垂面上的每一个点到两个锚节点的距离相等。

10.根据权利要求9所述的定位方法，其特征在于，其中所述精定位模块执行以下操作：

根据每一定位组确定的中间线或中垂面，确定待定位目标位于中间线或中垂面的哪一侧，以确定待定位目标相对于该定位组所处的区域；

将所有定位组确定的待定位目标所处的区域之间执行“与”操作，以确定待定位目标在所述定位区域中的位置。