CN107677991A - 基于低功耗信号源的室内定位方法、电子设备、存储介质 - Google Patents

基于低功耗信号源的室内定位方法、电子设备、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供基于低功耗信号源的室内定位方法，包括步骤获取信号，获取有效信号强度，获取距离，室内定位，通过被定位终端接收信号源信号，对信号源信号进行滤波处理，获取信号源信号的有效信号强度，根据有效信号强度获取距离，将信号源进行分组，采用三边定位算法对分组信号源进行定位，直至得到最终定位结果；本发明还涉及一种电子设备和计算机可读存储介质，用于执行基于低功耗信号源的室内定位方法；本发明实现室内被定位终端的定位，无需布置信号源的电气线路，无需更改室内电气环境，设备功耗低，硬件投入成本低，可控性高，部署难度小，通过布置若干信号源，实现高定位精度。

Description

基于低功耗信号源的室内定位方法、电子设备、存储介质
技术领域
本发明涉及室内定位领域，尤其涉及基于低功耗信号源的室内定位方法、电子设备、存储介质。
背景技术
室内定位是指在室内环境中实现位置定位，目前，室内定位技术主要采用蓝牙、超声，红外、信标、射频、WIFI等，由于室内空间布局复杂多变，障碍物多，干扰源多等因素对室内定位的精度和稳定性影响较大，目前的室内定位大多依赖于室内环境，而在实际情况下，无法获得室内环境信息，造成定位困难，当前室内定位环境的建设成本较高，稳定性较差，能耗较大，不同的室内定位技术根据其定位性能有一定的应用局限，还没有一种普适化技术能满足当前所有的室内定位服务需求，随着室内定位概念和应用的推广，人们对于实现低投入、高精度的室内定位方法的需求越来越迫切。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供基于低功率信号源的室内定位方法，通过布置室内定位信号源，实现室内被定位终端的定位，无需布置信号源的电气线路，无需更改室内电气环境，设备功耗低，硬件投入成本低，可控性高，部署难度小，定位精度高。
本发明提供基于低功耗信号源的室内定位方法，包括以下步骤：
获取信号，获取被定位终端接收的若干信号源信号，所述信号源信号包括信号强度；
获取有效信号强度，获取所述信号源信号的有效信号强度；
获取距离，根据所述有效信号强度获取所述信号源与所述被定位终端的距离；
室内定位，采用三边定位算法根据所述距离进行室内定位，得到所述被定位终端的定位结果。
进一步地，所述步骤获取有效信号强度具体为获取所述信号强度的众数，所述众数为所述信号源信号的有效信号强度。
进一步地，在所述步骤获取信号和所述步骤获取有效信号强度之间还包括步骤信号预处理，采用时间协同滤波算法对所述信号源信号进行滤波处理。
进一步地，所述采用时间协同滤波算法对所述信号源信号进行滤波处理包括以下步骤：
获取初始数据，获取所述若干信号源信号的信号强度，并初始化定位系统；
时间更新，根据上一时刻的状态更新数据，计算信号强度的先验估计和先验估计的方差；
状态更新，根据所述先验估计和所述先验估计的方差，计算增益，更新信号强度的估计值和估计值的方差，得到信号强度的后验估计和后验估计的方差；
循环滤波，重复所述步骤时间更新和所述步骤状态更新，直至迭代结束。
进一步地，在所述步骤获取有效信号强度和所述步骤获取距离之间还包括步骤获取目标信号源，根据所述有效信号强度的强弱，选取若干信号源为目标信号源。
进一步地，所述信号源信号还包括信号源标识，所述信号源标识与所述信号强度关联，所述信号源标识用于识别所述信号源。
进一步地，所述步骤室内定位包括以下步骤：
信号源分组，根据所述信号源标识，将所述目标信号源的每三个信号源分为一组；
分组定位，根据所述信号源标识，获取所述目标信号源的坐标，根据所述坐标和所述距离，采用三边定位算法对分组信号源进行定位，得到分组定位点；
被定位终端定位，获取所述分组定位点，重复执行所述步骤信号源分组和所述步骤分组定位，得到所述被定位终端的定位结果。
进一步地，所述采用三边定位算法对分组信号源进行定位具体为分别以所述分组信号源的坐标为圆心，分别以所述分组信号源与所述被定位终端的距离为半径画圆，每两个圆间的交点为所述分组定位点。
一种电子设备，其特征在于包括：处理器；存储器；以及程序，所述存储器包括云端存储器和电子存储器，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行上述基于低功耗信号源的室内定位方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述基于低功耗信号源的室内定位方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明基于低功耗信号源的室内定位方法，包括步骤获取信号，获取有效信号强度，获取距离，室内定位，通过被定位终端接收信号源信号，对信号源信号进行滤波处理，获取信号源信号的有效信号强度，根据有效信号强度获取距离，将信号源进行分组，采用三边定位算法对分组信号源进行定位，直至得到最终定位结果；本发明还涉及一种电子设备和计算机可读存储介质，用于执行基于低功耗信号源的室内定位方法；本发明实现室内被定位终端的定位，无需布置信号源的电气线路，无需更改室内电气环境，设备功耗低，硬件投入成本低，可控性高，部署难度小，通过布置若干信号源，实现高定位精度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种基于信号源的室内定位方法流程图；
图2为本发明实施例的信号源信号采样流程图；
图3为本发明实施例的三边定位算法定位分组信号源示意图；
图4为本发明实施例的室内定位流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种基于信号源的室内定位方法，如图1所示，包括以下步骤：
获取信号，获取被定位终端接收的若干信号源信号，信号源信号包括信号强度，优选地，信号源信号还包括信号源标识，信号源标识与信号强度关联，信号源标识用于识别信号源。在一实施例中，室内布置若干信号源，每个信号源有自身的标识和相对于室内坐标原点的坐标，信号源坐标保存在数据库中，被定位终端接收若干信号源信号，信号源信号包括信号源标识和信号强度，如图2所示，在采样周期内采集若干信号源信号，被定位终端将信号源标识、信号强度和自身的标识发送至服务器。
在一实施例中，优选地，在步骤获取信号和步骤获取有效信号强度之间还包括步骤信号预处理，采用时间协同滤波算法对信号源信号进行滤波处理，不需要记录信号源信号的历史测量值或者信号源信号的历史估计值，能够从若干包含噪声的信号源信号中估计信号源信号的动态状态，减少定位精度的误差，优选地，采用时间协同滤波算法对信号源信号进行滤波处理包括以下步骤：
获取初始数据，获取若干信号源信号的信号强度，并初始化定位系统；
时间更新，根据上一时刻的状态更新数据，计算信号强度的先验估计和先验估计的方差；
状态更新，根据先验估计和先验估计的方差，计算增益，更新信号强度的估计值和估计值的方差，得到信号强度的后验估计和后验估计的方差；
循环滤波，重复步骤时间更新和步骤状态更新，直至迭代结束。
在一实施例中，信号源发送信号过程中存在信号抖动，即使被定位终端保持静止状态，为了保持信号源信号的稳定性，采用时间协同滤波算法对信号源信号进行滤波处理，系统的状态方程为：
X(i，k+1)＝AX(i，k)+W(i，k)
S(i，k)＝CX(i，k)+V(i，k)
式中，X(i,k)为k时刻待优化的信号强度估计值，X(i,k+1)为k+1时刻待优化的信号强度估计值，S(i,k)为k时刻信号强度观测值，A为系统矩阵，C为系统输出矩阵，W(i,k)和V(i,k)分别为k时刻系统状态噪声和观测噪声，设W(i,k)和V(i,k)为相互独立的零均值白噪声序列，满足：
E[W(i，k)]＝E[V(i，k)]＝0
E[W(i，k)W(i，k)T]＝Q(i)
E[V(i，k)V(i，k)T]＝R(i)
则系统的预测方程为：
P(i，k|k-1)＝AP(i，k-1|k-1)AT+Q(i)
式中，X(i，k|k-1)为在k时刻利用k-1时刻状态预测的结果，为在k时刻利用k-1时刻状态预测最优的结果，U(i，k)为在k时刻的状态控制量，P(i，k|k-1)是对应的协方差矩阵；
系统的校正方程为：
K(i，k)＝P(i，k|k-1)CT[CP(i，k|k-1)CT+R(i)]-1
P(i，k|k)＝[I(i)-K(i，k)C]P(i，k|k-1)
式中，K(i，k)为卡尔曼增益；
设系统矩阵A和系统输出矩阵C均为单位阵，则系统预测方程为：
P(i，k|k-1)＝P(i，k-1|k-1)+Q(i)
系统的校正方程为：
K(i，k)＝P(i，k|k-1)[P(i，k|k-1)+R(i)]-1
P(i，k|k)＝[I(i)-K(i，k)]P(i，k|k-1)
获取有效信号强度，获取信号源信号的有效信号强度，在一实施例中，优选地，步骤获取有效信号强度具体为获取信号强度的众数，众数为信号源信号的有效信号强度，通过时间协同滤波处理后，得到每个信号源信号的信号强度数组，获取每个信号源信号的信号强度的众数，信号强度的众数为采样周期内每个信号源信号的实际信号强度，信号强度的众数更加能够反应信号源的实际信号强度。
在一实施例中，优选地，在步骤获取有效信号强度和步骤获取距离之间还包括步骤获取目标信号源，根据有效信号强度的强弱，选取若干信号源为目标信号源，若信号源离被定位终端的距离太远，将降低定位精度，如按照有效信号强度的大小，选择有效信号强度最大的5个信号源进行室内定位。
获取距离，根据有效信号强度获取信号源与被定位终端的距离，根据信号强度的渐变模型获取信号源与被定位终端的直线距离，然后再根据高度补偿法，获取信号源与被定位终端的平面距离。
室内定位，根据距离，采用三边定位算法进行室内定位，得到被定位终端的定位结果，优选地，步骤室内定位包括以下步骤：
信号源分组，根据信号源标识，将目标信号源的每三个信号源分为一组，如获取的目标信号源包括A信号源、B信号源、C信号源、D信号源、E信号源，根据信号源标识不同，将目标信号源每三个分为一组，分组结果为：ABC、ABD、ABE、ACD、ACE、ADE、BCD、BCE、BDE、CDE。
分组定位，根据信号源标识，获取目标信号源的坐标，根据坐标和距离，采用三边定位算法对每组信号源进行定位，得到分组定位点，优选地，采用三边定位算法对分组信号源进行定位具体为分别以分组信号源的坐标为圆心，分别以分组信号源与被定位终端的距离为半径画圆，每两个圆间的交点为分组定位点。在一实施例中，服务器接收到被定位终端发送的信号源标识、信号强度和被定位终端标识，并根据信号源标识获取信号源的坐标，采用三边定位算法分别对ABC、ABD、ABE、ACD、ACE、ADE、BCD、BCE、BDE、CDE分组信号源进行定位，以ABC信号源组为例，分别以A信号源坐标(x1,y1),B信号源坐标(x2,y2),C信号源坐标(x3,y3)为圆心，分别以A信号源到被定位终端的距离d1,B信号源到被定位终端的距离d2,C信号源到被定位终端的距离d3为半径画圆，如图3所示，三个圆相交有三种情况，若三个圆交于1点，即如图3中(a)所示，则分组定位点为交点a，若三个圆不交于1点，如图3中(b)所示，则分组定位点为交点b，c，d,或者如图3中(c)所示，则分组定位点为交点e，f，g。
被定位终端定位，获取分组定位点，重复执行步骤信号源分组和步骤分组定位，得到被定位终端的定位结果，在一实施例中，如图4所示，在定位过程中判断信号源数量，若信号源数量不大于1，则定位位置坐标为该信号源的坐标，否则若信号源数量不大于2，则定位位置坐标为两个信号源的坐标的连线的中心点坐标，否则按照上述步骤信号源分组和步骤分组定位进行定位，再对各分组定位点进行分组和定位，以图3中(b)为例，再分别以b，c，d的坐标为圆心，分别以b到被定位终端的距离，c到被定位终端的距离，d到被定位终端的距离为半径设圆，得到分组交点，重复上述步骤，直至得到被定位终端的定位结果，即三个圆相交于一点时，交点的坐标为被定位终端的定位坐标，由于多次采用了三边定位算法，当少数信号源发生信号跳变时，其他信号源的信号强度中和跳变信号，提高了定位精度。
一种电子设备，其特征在于包括：处理器；存储器；以及程序，存储器包括云端存储器和电子存储器，其中程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，程序包括用于执行上述基于低功耗信号源的室内定位方法；一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行上述基于低功耗信号源的室内定位方法。
本发明提供基于低功耗信号源的室内定位方法，包括步骤获取信号，获取有效信号强度，获取距离，室内定位，通过被定位终端接收信号源信号，对信号源信号进行滤波处理，获取信号源信号的有效信号强度，根据有效信号强度获取距离，将信号源进行分组，采用三边定位算法对分组信号源进行定位，直至得到最终定位结果；本发明还涉及一种电子设备和计算机可读存储介质，用于执行基于低功耗信号源的室内定位方法；本发明实现室内被定位终端的定位，无需布置信号源的电气线路，无需更改室内电气环境，设备功耗低，硬件投入成本低，可控性高，部署难度小，通过布置若干信号源，实现高定位精度。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于低功耗信号源的室内定位方法，其特征在于包括以下步骤：
获取信号，获取被定位终端接收的若干信号源信号，所述信号源信号包括信号强度；
获取有效信号强度，获取所述信号源信号的有效信号强度；
获取距离，根据所述有效信号强度获取所述信号源与所述被定位终端的距离；
室内定位，采用三边定位算法根据所述距离进行室内定位，得到所述被定位终端的定位结果。
2.如权利要求1所述的基于低功耗信号源的室内定位方法，其特征在于：所述步骤获取有效信号强度具体为获取所述信号强度的众数，所述众数为所述信号源信号的有效信号强度。
3.如权利要求1所述的基于低功耗信号源的室内定位方法，其特征在于：在所述步骤获取信号和所述步骤获取有效信号强度之间还包括步骤信号预处理，采用时间协同滤波算法对所述信号源信号进行滤波处理。
4.如权利要求3所述的基于低功耗信号源的室内定位方法，其特征在于：所述采用时间协同滤波算法对所述信号源信号进行滤波处理包括以下步骤：
获取初始数据，获取所述若干信号源信号的信号强度，并初始化定位系统；
时间更新，根据上一时刻的状态更新数据，计算信号强度的先验估计和先验估计的方差；
状态更新，根据所述先验估计和所述先验估计的方差，计算增益，更新信号强度的估计值和估计值的方差，得到信号强度的后验估计和后验估计的方差；
循环滤波，重复所述步骤时间更新和所述步骤状态更新，直至迭代结束。
5.如权利要求1所述的基于低功耗信号源的室内定位方法，其特征在于：在所述步骤获取有效信号强度和所述步骤获取距离之间还包括步骤获取目标信号源，根据所述有效信号强度的强弱，选取若干信号源为目标信号源。
6.如权利要求5所述的基于低功耗信号源的室内定位方法，其特征在于：所述信号源信号还包括信号源标识，所述信号源标识与所述信号强度关联，所述信号源标识用于识别所述信号源。
7.如权利要求6所述的基于低功耗信号源的室内定位方法，其特征在于：所述步骤室内定位包括以下步骤：
信号源分组，根据所述信号源标识，将所述目标信号源的每三个信号源分为一组；
分组定位，根据所述信号源标识，获取所述目标信号源的坐标，根据所述坐标和所述距离，采用三边定位算法对分组信号源进行定位，得到分组定位点；
被定位终端定位，获取所述分组定位点，重复执行所述步骤信号源分组和所述步骤分组定位，得到所述被定位终端的定位结果。
8.如权利要求7所述的基于低功耗信号源的室内定位方法，其特征在于：所述采用三边定位算法对分组信号源进行定位具体为分别以所述分组信号源的坐标为圆心，分别以所述分组信号源与所述被定位终端的距离为半径画圆，每两个圆间的交点为所述分组定位点。
9.一种电子设备，其特征在于包括：处理器；存储器；以及程序，所述存储器包括云端存储器和电子存储器，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行权利要求1-8任意一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行如权利要求1-8任意一项所述的方法。
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