CN108811082A - 一种无线定位方法、系统及定位终端 - Google Patents

一种无线定位方法、系统及定位终端 Download PDF

Info

Publication number
CN108811082A
CN108811082A CN201810673899.1A CN201810673899A CN108811082A CN 108811082 A CN108811082 A CN 108811082A CN 201810673899 A CN201810673899 A CN 201810673899A CN 108811082 A CN108811082 A CN 108811082A
Authority
CN
China
Prior art keywords
base station
path length
goal
selling
entity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810673899.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108811082B (zh
Inventor
刘德亮
史云飞
韩冬
郭希维
何鹏
谢建华
翟优
许葆华
杨超超
张状和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Army Engineering University of PLA
Original Assignee
Army Engineering University of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Army Engineering University of PLA filed Critical Army Engineering University of PLA
Priority to CN201810673899.1A priority Critical patent/CN108811082B/zh
Publication of CN108811082A publication Critical patent/CN108811082A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108811082B publication Critical patent/CN108811082B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/0009—Transmission of position information to remote stations
    • G01S5/0045—Transmission from base station to mobile station
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/318—Received signal strength
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • H04W64/006—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management with additional information processing, e.g. for direction or speed determination
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/029—Location-based management or tracking services

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明适用于定位技术领域，提供了一种无线定位方法、系统及定位终端，包括：其中，定位方法包括：根据实体基站接收到的预设目标发出的信号强度值，计算得到预设目标与实体基站之间的距离作为第一路径长度；根据实体基站测得的信号到达时间和信号到达角度，计算得到预设目标与实体基站之间的距离作为第二路径长度，根据室内障碍物的位置，基于反射原理，建立反射虚拟基站，计算预设目标与反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度；根据室内障碍物的位置，基于绕射原理，建立绕射虚拟基站，计算预设目标与绕射虚拟基站之间的距离作为第四路径长度；根据第一路径长度、第二路径长度、第三路径长度和第四路径长度，计算所述预设目标的位置。

Description

一种无线定位方法、系统及定位终端
技术领域
本发明属于定位技术领域，尤其涉及一种无线定位方法、系统及定位终端。
背景技术
随着定位技术的飞速发展，基于位置的服务(Location Based Service，LBS)应运而生，受到人们越来越多的关注。在生活中，LBS为人们的生活提供越来越多的便捷服务，例如外出旅游时，LBS可以在当时的位置提供餐饮、娱乐等信息查询服务，在发生事故时可以更快地提供应急救援服务和人员位置跟踪，但是LBS对位置精度要求很高。在室外环境中，通常采用全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，但是，卫星信号进入室内后，由于障碍物(如墙壁和橱柜等)的阻挡，信号变弱，导致定位误差较大，不能满足室内环境对定位的需求，因此需要采用其他技术对室内环境进行定位。影响室内无线定位的主要因素有两个：信号的非视距传播和多路径传播，为解决这两个问题，常利用信号到达时间TOA(time of arrival)、信号到达角度DOA(direction of arrival)和接收信号强度RSS(received signal strength)等定位参数来进行室内环境下的定位分析。利用TOA进行定位估计时，能在视距情况下取得一个好的效果，但是在NLOS(not line of sight)非视距环境中其定位精度下降严重，虽然可以利用基于随机特征的粗NLOS检测方案，再使用迭代最小残差的方法来减轻NLOS的影响，但其定位精度十分依赖于随机特征检测方案；在室内定位中也常常利用RSS，因其具有低成本，易获取的特性，但其定位精度十分依赖于路径损耗预测模型，虽可以使用Bluetooth LE蓝牙技术时提高RSS的计算值准确度，它是一种高精度，小误差率的路径损耗模型，但其只适用于10-12英尺之间的非常短的范围；在之前的利用虚拟基站的定位方法中，一种利用虚拟基站和凸优化算法来处理信号在NLOS情况下的传输问题，但其只适用于室外情况。后一种基于虚拟基站的TOA、DOA室内信号模型和算法，利用虚拟基站将非视距路径转化为视距路径，以此减少非视距的影响，但其定位至少需要使用两个基站，成本较高，受到基站的限制较大。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种无线定位方法、系统及定位终端，以解决现有技术中室内环境下由于障碍物的阻挡，信号变弱，导致定位误差较大的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种无线定位方法，包括：根据实体基站接收到的预设目标发出的信号强度值，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第一路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第一路径长度得到第一位置轨迹。
根据所述实体基站测得的信号到达时间和信号到达角度，基于直射和透射原理，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第二路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第二路径长度得到第二位置轨迹。
根据室内障碍物的位置，基于反射原理，建立与所述实体基站对应的反射虚拟基站，计算所述预设目标与所述反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度，并根据所述反射虚拟基站的坐标和所述第三路径长度得到第三位置轨迹。
根据室内障碍物的位置，基于绕射原理，建立与所述实体基站对应的绕射虚拟基站，计算所述预设目标与所述绕射虚拟基站之间的距离作为第四路径长度，并根据所述绕射虚拟基站的坐标和所述第四路径长度得到第四位置轨迹。
根据第一位置轨迹、第二位置轨迹、第三位置轨迹和第四位置轨迹，计算所述预设目标的位置。
本发明实施例的第二方面提供了一种定位系统，包括：第一轨迹计算模块，用于根据实体基站接收到的预设目标发出的信号强度值，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第一路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第一路径长度得到第一位置轨迹。
第二轨迹计算模块，用于根据所述实体基站测得的信号到达时间和信号到达角度，基于直射和透射原理，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第二路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第二路径长度得到第二位置轨迹。
第三轨迹计算模块，用于根据室内障碍物的位置，基于反射原理，建立与所述实体基站对应的反射虚拟基站，计算所述预设目标与所述反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度，并根据所述反射虚拟基站的坐标和所述第三路径长度得到第三位置轨迹。
第四轨迹计算模块，用于根据室内障碍物的位置，基于绕射原理，建立与所述实体基站对应的绕射虚拟基站，计算所述预设目标与所述绕射虚拟基站之间的距离作为第四路径长度，并根据所述绕射虚拟基站的坐标和所述第四路径长度得到第四位置轨迹。
位置计算模块，用于根据第一位置轨迹、第二位置轨迹、第三位置轨迹和第四位置轨迹，计算所述预设目标的位置。
本发明实施例的第三方面提供了一种定位终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述定位方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述定位方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本方法利用信号强度值估算出预设目标的第一路径长度，结合直射、透射时信号到达时间和信号到达角度估算出的预设目标的第二路径长度，以及通过建立虚拟基站将非视距问题转化成视距问题的反射和绕射在现有视距环境下得到的第三路径长度和第四路径长度，对预设目标位置进行筛选，减少了非视距和多路径传播造成的误差，同时建立一个实体基站就能得到预设目标的位置，降低了成本，提高了室内无线定位的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一个实施例提供的定位方法的实现流程示意图；
图2是本发明的一个实施例提供的定位方法的多次反射情况示意图；
图3是本发明的一个实施例提供的定位方法的绕射情况示意图；
图4是本发明的一个实施例提供的仿真示例图；
图5是本发明的本定位方法与其他方法预设目标在A点时的对比图；
图6是本发明的本定位方法与其他方法预设目标在B点时的对比图；
图7是本发明的本定位方法与其他方法预设目标在C点时的对比图；
图8是本发明的一个实施例提供的定位终端的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例1：
图1示出了本发明一实施例所提供的一种无线定位方法的实现流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图1所示，本发明实施例所提供的一种无线定位方法，包括：
步骤S101，根据实体基站接收到的预设目标发出的信号强度值，计算得到预设目标与实体基站之间的距离作为第一路径长度，并根据实体基站的坐标和第一路径长度得到第一位置轨迹。
测量得到实体基站与预设目标之间的信号强度值RSS，将弗里斯传输公式Friis传输公式和CIR模型相结合，假设有N条多径分量，每条多径分量的传播距离为di，其中i＝1，2，…，N；并且假设每条多径分量仅发生一次反射，对应的反射系数为Γi，根据定义，Γ1＝1。则波长为λk的发射信号经由第i条多径分量传播，可以得到接收功率P(di，Γi，λk)，
其中，di为第i条多径分量的传播距离，Γi为第i条多径分量的反射系数，Pt为接收到的信号功率，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益。
将该发射信号的N条多径传播的接收功率叠加，并进行正交分解，可得
其中， 为波长为λk的单音信号经由全部N条路径传播的总接收功率。如果测量足够多个频点fk＝υ/λk就可以求解出该组方程，从而可以得到无线信号的视线传输LOS路径的传播距离d1且令dR＝d1。由此可以得到预设目标处于以基站为圆心，以解算得到的距离dR为半径的圆上。
综上可得到第一路径长度为dR，第一位置轨迹是以实体基站为圆心以第一路径长度为半径的圆。
步骤S102，根据所述实体基站测得的信号到达时间TOA和信号到达角度DOA，基于直射和透射原理，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第二路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第二路径长度得到第二位置轨迹。
假设预设目标坐标为xm＝[xm，ym]T，已知位置的实体基站坐标为xB＝[xB，yB]T，当传播路径是直射或透射路径时，第二路径长度为：
d＝c·t+egauss+bnlos＝||xm-xB||2
其中，c为传播速度，egauss为高斯噪声，bnlos为非视距误差，t为信号到达时间，遵循指数分布，且有：
其中：f(b)为分布函数，λ为率参数，θ为信号到达角度。
所以，最终预设目标的位置轨迹即第二位置轨迹可以表示为：
xm＝xB+[dcos(θ)，dsin(θ)]T
步骤S103，根据室内障碍物的位置，基于反射原理，建立与所述实体基站对应的反射虚拟基站，计算所述预设目标与所述反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度，并根据所述反射虚拟基站的坐标和所述第三路径长度得到第三位置轨迹。
参照图2建立反射的虚拟基站假设信号发生反射时为镜面反射，简历虚拟基站将非视距问题转化成视距问题，并且假设接收信号最多经历了三次反射或一次绕射，因为多次散射后，信号能量衰减很大，不易探测到。反射面用直线li表示：
Aix+Biy+Ci＝0
其中i＝1，2，…，n表示障碍物序号。
将虚拟基站xVi设置在实体基站xV(i-1)关于直线li的对称点处，则其位置可以表示为：
xVi＝xV(i-1)+Gi
其中：
xV0＝xB
其中，xVi为虚拟基站位置，xV(i-1)为实体基站位置，为直线li与x轴正向的夹角，d′为基站与直线li间的距离，i为障碍物序号。
当实体基站位于直线li的下方或者左侧时，d′取正值，反之取负值。αi和βi分别为直线li的反射边界。
利用现有的视距环境下的TOA和DOA，计算预设目标的第三位置轨迹为：
xmi＝xv(i-1)+Fi-1
其中：
Fi-1＝[dcos(θ′i-1)，dsin(θ′i-1)]T
θ′0＝θ
为了满足反射条件，估计的TOA距离大于实体基站与反射面之间的距离，且反射点需要在反射面li上：
其中：xmi为预设目标位置，xV(i-1)为实体基站位置，Fi-1为从xV(i-1)到xmi的增量，d为第三路径长度，θ′i为第i个虚拟基站角度看的到达角度，d′为基站与直线li间的距离，αi和βi分别为直线li的反射边界，i为障碍物序号。
步骤S104，根据室内障碍物的位置，基于绕射原理，建立与所述实体基站对应的绕射虚拟基站，计算所述预设目标与所述绕射虚拟基站之间的距离作为第四路径长度，并根据所述绕射虚拟基站的坐标和所述第四路径长度得到第四位置轨迹。
参照图3建立绕射的虚拟基站，将虚拟基站xV设立在绕射点A处，信号由预设目标发出，经过障碍物端点，即绕射点A到达基站。根据绕射性质，信号经过绕射点时，会在所有方向上发生绕射，即θ′∈[-π，π]，因此只能知道预制目标可能的位置，其轨迹为一个圆，且圆心位于绕射点A，所以有：(B是什么点)
r＝d-dV＝||xm-xv||2
dV＝||xB-xv||2
dV为基站到绕射点之间的距离，可以从室内布局图中得到。
因为在视距的区域中，直射信号能量要远远高于绕射信号，所以预设目标的第四位置轨迹应处于实体基站与障碍物两端的延长线所夹的轨迹圆的圆弧上，即：
其中：r为第四路径长度，d为预设目标到虚拟基站的距离(即第四路径长度)，dV为实体基站到绕射点之间的距离，xm为预设目标的坐标，xv为虚拟基站的坐标，xB为实体基站的坐标，θ为实体基站与水平面之间的夹角，为直线l与x轴正向夹角，θ′为虚拟基站与水平面之间的夹角。
步骤S105，根据障碍物具体情况，为每一个实体基站建立一个虚拟基站组，并根据基站测得的TOA和DOA值，计算出预设目标可能的位置。
根据第一位置轨迹、第二位置轨迹、第三位置轨迹和第四位置轨迹，计算所述预设目标的位置。
对一个实体基站而言，当信号发生反射时，每条路径均有一组成对的TOA距离值和DOA值，可以通过设立多个虚拟基站，从而计算出多个可能的预设目标的位置，即有i+1个解算点，但在这些解算点中，只有一个是预设目标的真实位置。
而对于信号发生绕射的情况，只能得到预设目标在一段圆弧上，通过RSS测量值解算出的预设目标位置也是一个轨迹圆。
因此可以利用RSS协助TOA、DOA筛选出预设目标真正所处的位置，令为通过TOA、DOA解算出的可能的预设目标的位置，其中i＝1，2，…，n1，n1为可能的预设目标的数量；为通过RSS解算出的可能的预设目标的位置，其中j＝1，2，…，n2，n2为可能的预设目标的数量。
对直射、反射和绕射路径，因为RSS能量在传播中信号能量会衰减损耗，所以通过TOA和DOA所测量得到的距离值d是大于RSS测量值解算出的距离值dR，即d＞dR。
对于反射路径，以虚拟基站为圆心，以RSS测量值解算出的距离值dR为半径，建立一个圆，即：
(x-xVi)2+(y-yVi)2＝dR 2
对于直射、透射和绕射则以实体基站为圆心，以RSS测量值解算出的距离值dR为半径，建立一个圆：
(x-xBi)2+(y-yBi)2＝dR 2
因为对于每个虚拟基站都会计算得到两个解算点xmi和xm(i+1)，对每个虚拟基站，将两个解算点带入上式中，即：
若解算点满足上式，因其明显小于RSS解算出距离值dR，这显然是与现实不符的，故可以将该解算点排除。
对于绕射路径，因为只通过TOA和DOA估计时其轨迹是圆弧，而通过RSS估计时，得到的是一个圆(也可视为圆弧)，其必相交于一点如图3所示，相交的这一点就为预设目标的实际位置。
但是，由于误差的确存在，因此，将距离最短的一对和作为期望的和即目标的位置为：
其中：
由此，便可以筛选出预设目标的位置，并且这个过程需满足步骤3、4中所述反射和绕射发生的条件。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本发明的思路是：首先利用室内布局图和实体基站测得的TOA、DOA和RSS值，考虑反射、绕射等影响，建立虚拟基站，将非视距问题转化为视距问题，然后利用现有的视距环境下的TOA和DOA定位算法来估计未知目标可能的位置，最后利用RSS估计出的位置对可能的位置进行筛选，得到未知目标的位置。
本方法利用信号强度值估算出预设目标的第一路径长度，结合直射、透射时信号到达时间和信号到达角度估算出的预设目标的第二路径长度，以及通过建立虚拟基站将非视距问题转化成视距问题的反射和绕射在现有视距环境下得到的第三路径长度和第四路径长度，对预设目标位置进行筛选，减少了非视距和多路径传播造成的误差，同时建立一个实体基站就能得到预设目标的位置，降低了成本，提高了室内无线定位的精度。
仿真说明：
(1)仿真条件：
在如图4的室内环境中，所有障碍物(包括墙面)都被认为是光滑的反射面。在仿真中，使用三个基站，位置分别为：BS1(4，22)，BS2(4，16)，BS3(28，20)，三个预设目标，位置分别为：A(6，20)，B(14，6)，C(30，4)。假设每个实体基站与预设目标之间，提取了RSS信号值，并估计出了TOA和DOA值，信号的路径如图4中所表示。当预设目标位于A点时，预设目标处于所有基站的视距路径下，因此所有的主路径为直射路径，次路径为一次反射路径；当预设目标位于B点时，所有的主次路径为一次反射路径或者一次绕射路径；当预设目标位于C点时，几乎所有的路径为多重反射路径或者混合路径.
(2)仿真内容：
下面我们将。将本发明与其它两种算法通过3000次蒙特·卡罗方法来进行比较分析，算法1同是利用ray-tracing原理和虚拟基站的TOA和DOA参数模型算法，但是它是通过两个基站的得出两条信号路径，得到的最后的结果，在通过最小二乘法来计算出最后的位置；算法2利用加权因子来减少多径的影响。
利用平均均方根定位误差(average root mean square error，ARMSE)来评估各算法的定位性能。设置仿真条件为TOA的噪声标准差为1m，DOA的噪声标准差从1°到10°，其间隔为1s，仿真结果如图5-图7所示。由仿真结果可以看出，当预设目标处于A点时如图5所示，由于基站都处于视距情况下，因此三种算法的定位误差相差不多，但总的而言，本发明和算法1误差更小，算法1的误差为0.39-0.43m，本发明为0.38-0.42m，优于算法1。当预设目标处于B点时如图6所示，因为处于非视距的情况，本发明和算法1的误差相差不多，均在0.58-0.65m之间，但算法2的误差达到了3.4-3.5m，明显不足以用于室内环境。当预设目标出于C点时，如图7所示，非视距情况十分严重，但本发明的误差在0.785-0.9m，算法1的误差为0.95-1m。得益于精确的CIR信道模型，本发明精度优于使用两个基站的算法1。
综上所述，本发明可以实现室内非视距和多路径环境下的基于RSS协助的TOA、DOA定位，不仅降低了定位成本且精度较高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
实施例2：
本发明的一个实施例提供的一种定位系统，用于执行图1所对应的实施例中的方法步骤，其包括：
第一轨迹计算模块，用于根据实体基站接收到的预设目标发出的信号强度值，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第一路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第一路径长度得到第一位置轨迹；
第二轨迹计算模块，用于根据所述实体基站测得的信号到达时间和信号到达角度，基于直射和透射原理，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第二路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第二路径长度得到第二位置轨迹；
第三轨迹计算模块，用于根据室内障碍物的位置，基于反射原理，建立与所述实体基站对应的反射虚拟基站，计算所述预设目标与所述反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度，并根据所述反射虚拟基站的坐标和所述第三路径长度得到第三位置轨迹；
第四轨迹计算模块，用于根据室内障碍物的位置，基于绕射原理，建立与所述实体基站对应的绕射虚拟基站，计算所述预设目标与所述绕射虚拟基站之间的距离作为第四路径长度，并根据所述绕射虚拟基站的坐标和所述第四路径长度得到第四位置轨迹；
位置计算模块，用于根据第一位置轨迹、第二位置轨迹、第三位置轨迹和第四位置轨迹，计算所述预设目标的位置。
在本发明的一个实施例中，基于直射和透射原理，预设目标与所述实体基站之间的距离作为第二路径长度，包括：
d＝c·t+egauss+bnlos＝||xm-xB||2
xm＝xB+[dcos(θ)，dsin(θ)]T
其中：c为传播速度，egauss为高斯噪声，bnlos为非视距误差，t为信号到达时间，xm为预设目标坐标，xB为实体基站坐标，p(b)为分布函数，λ为率参数，d为第二路径长度，θ为信号到达角度。
如图6所示，在本发明的一个实施例中，图4所对应的实施例中的监测模块130还包括用于执行图3所对应的实施例中的方法步骤的结构，其包括：
计算所述预设目标与所述反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度，包括：
xmi＝xV(i-1)+Fi-1
其中：
Fi-1＝[dcos(θ＇i-1)，dsin(θ′i-1)]T
θ′0＝θ
其中：xmi为预设目标位置，xV(i-1)为实体基站位置，Fi-1为从xV(i-1)到xmi的增量，d为第三路径长度，θ′i为从第i个虚拟基站角度看的到达角度，d′为基站与直线li间的距离，αi和βi分别为直线li的反射边界，i为障碍物序号。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即所述定位系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述定位系统中模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例的对应过程，在此不再赘述。
实施例3：
图8是本发明一实施例提供的一种定位终端的示意图。如图8所示，该实施例的定位终端6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现如实施例1中所述的各实施例中的步骤。
所述定位终端6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述定位终端6可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是定位终端6的示例，并不构成对定位终端6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述定位终端6还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器61可以是所述定位终端6的内部存储单元，例如定位终端6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述定位终端6的外部存储设备，例如所述定位终端6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述定位终端6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述定位终端6所需的其他程序和数据。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
实施例4：
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如实施例1中所述的各实施例中的步骤。或者，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例2中所述的各系统实施例中的各模块/单元的功能。
所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本发明实施例系统中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线定位方法，其特征在于，包括：
根据实体基站接收到的预设目标发出的信号强度值，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第一路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第一路径长度得到第一位置轨迹；
根据所述实体基站测得的信号到达时间和信号到达角度，基于直射和透射原理，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第二路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第二路径长度得到第二位置轨迹；
根据室内障碍物的位置，基于反射原理，建立与所述实体基站对应的反射虚拟基站，计算所述预设目标与所述反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度，并根据所述反射虚拟基站的坐标和所述第三路径长度得到第三位置轨迹；
根据室内障碍物的位置，基于绕射原理，建立与所述实体基站对应的绕射虚拟基站，计算所述预设目标与所述绕射虚拟基站之间的距离作为第四路径长度，并根据所述绕射虚拟基站的坐标和所述第四路径长度得到第四位置轨迹；
根据第一位置轨迹、第二位置轨迹、第三位置轨迹和第四位置轨迹，计算所述预设目标的位置。
2.如权利要求1所述的一种无线定位方法，其特征在于，所述计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第二路径长度，包括：
d＝c·t+egauss+bnlos＝||xm-xB||2；
xm＝xB+[dcos(θ)，dsin(θ)]T；
其中：c为传播速度，egauss为高斯噪声，bnlos为非视距误差，t为信号到达时间，xm为预设目标坐标，xB为实体基站坐标，f(b)为分布函数，λ为率参数，d为第二路径长度，θ为到达角度。
3.如权利要求1所述的一种无线定位方法，其特征在于，所述根据室内障碍物的位置，基于反射原理，建立与所述实体基站对应的反射虚拟基站，包括：
根据所述室内障碍物的位置，仿真得到反射面直线li；
将所述反射虚拟基站设置在所述实体基站关于所述反射面直线li的镜面对称点处：
其中，所述反射面直线li表示为Aix+Biy+Ci＝0；
所述反射虚拟基站的位置为：
xVi＝xV(i-1)+Gi；
xV0＝xB；
其中，xVi为虚拟基站位置，xV(i-1)为实体基站位置，为直线li与x轴正向的夹角，d′为基站与直线li间的距离，i为障碍物序号。
4.如权利要求1所述的一种无线定位方法，其特征在于，所述计算所述预设目标与所述反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度，包括：
xmi＝xV(i-1)+Fi-1；
其中：
Fi-1＝[dcos(θ＇i-1)，dsin(θ＇i-1)]T；
θ＇0＝θ；
其中：xmi为预设目标位置，xV(i-1)为实体基站位置，Fi-1为从xV(i-1)到xmi的增量，d为第三路径长度，θ′i为第i个虚拟基站角度看的到达角度，d′为基站与直线li间的距离，αi和βi分别为直线li的反射边界，i为障碍物序号。
5.如权利要求1所述的一种无线定位方法，其特征在于，所述根据室内障碍物的位置，基于绕射原理，建立与所述实体基站对应的绕射虚拟基站，计算所述预设目标与所述绕射虚拟基站之间的距离作为第四路径长度，包括：
根据所述室内障碍物的位置，仿真得到绕射点；
将所述绕射虚拟基站设置在绕射点处，则所述第四路径长度为：
r＝d-dV＝||xm-xv||2；
dV＝||xB-xv||2；
其中：r为第四路径长度，d为预设目标到虚拟基站的距离，dV为实体基站到绕射点之间的距离，xm为预设目标的坐标，xv为虚拟基站的坐标，xB为实体基站的坐标，θ为实体基站与水平面之间的夹角，为直线l与x轴正向夹角，θ′为虚拟基站与水平面之间的夹角。
6.一种定位系统，其特征在于，包括：
第一轨迹计算模块，用于根据实体基站接收到的预设目标发出的信号强度值，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第一路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第一路径长度得到第一位置轨迹；
第二轨迹计算模块，用于根据所述实体基站测得的信号到达时间和信号到达角度，基于直射和透射原理，计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第二路径长度，并根据所述实体基站的坐标和所述第二路径长度得到第二位置轨迹；
第三轨迹计算模块，用于根据室内障碍物的位置，基于反射原理，建立与所述实体基站对应的反射虚拟基站，计算所述预设目标与所述反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度，并根据所述反射虚拟基站的坐标和所述第三路径长度得到第三位置轨迹；
第四轨迹计算模块，用于根据室内障碍物的位置，基于绕射原理，建立与所述实体基站对应的绕射虚拟基站，计算所述预设目标与所述绕射虚拟基站之间的距离作为第四路径长度，并根据所述绕射虚拟基站的坐标和所述第四路径长度得到第四位置轨迹；
位置计算模块，用于根据第一位置轨迹、第二位置轨迹、第三位置轨迹和第四位置轨迹，计算所述预设目标的位置。
7.如权利要求6所述的定位系统，其特征在于，所述计算得到所述预设目标与所述实体基站之间的距离作为第二路径长度，包括：
d＝c·t+egauss+bnlos＝||xm-xB||2；
xm＝xB+[dcos(θ)，dsin(θ)]T；
其中：c为传播速度，egauss为高斯噪声，bnlos为非视距误差，t为信号到达时间，xm为预设目标坐标，xB为实体基站坐标，f(b)为分布函数，λ为率参数，d为第二路径长度，θ为信号到达角度。
8.如权利要求6所述的定位系统，其特征在于，所述计算所述预设目标与所述反射虚拟基站之间的距离作为第三路径长度，包括：
xmi＝xV(i-1)+Fi-1
其中：
Fi-1＝[dcos(θ′i-1)，dsin(θ′i-1)]T
θ′0＝θ
其中：xmi为预设目标位置，xV(i-1)为实体基站位置，Fi-1为从xV(i-1)到xmi的增量，d为第三路径长度，θ′i为从第i个虚拟基站角度看的到达角度，d′为基站与直线li间的距离，αi和βi分别为直线li的反射边界，i为障碍物序号。
9.一种定位终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述定位方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述定位方法的步骤。
CN201810673899.1A 2018-06-26 2018-06-26 一种无线定位方法、系统及定位终端 Active CN108811082B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810673899.1A CN108811082B (zh) 2018-06-26 2018-06-26 一种无线定位方法、系统及定位终端

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810673899.1A CN108811082B (zh) 2018-06-26 2018-06-26 一种无线定位方法、系统及定位终端

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108811082A true CN108811082A (zh) 2018-11-13
CN108811082B CN108811082B (zh) 2020-07-21

Family

ID=64071120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810673899.1A Active CN108811082B (zh) 2018-06-26 2018-06-26 一种无线定位方法、系统及定位终端

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108811082B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111220959A (zh) * 2019-12-30 2020-06-02 广州市番禺奥莱照明电器有限公司 室内多径假目标识别方法、装置、电子设备以及存储介质
CN111650575A (zh) * 2020-05-30 2020-09-11 Oppo广东移动通信有限公司 障碍物检测方法、装置、电子设备及存储介质
CN114222366A (zh) * 2021-08-06 2022-03-22 深圳技术大学 一种基于单基站的室内定位方法及装置
CN116008906A (zh) * 2023-03-24 2023-04-25 厦门大学 一种基于tdoa的室内多径辅助定位系统及方法
WO2024016708A1 (zh) * 2022-07-19 2024-01-25 中兴通讯股份有限公司 感知方法、接收机及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008063946A2 (en) * 2006-11-13 2008-05-29 Honeywell International Inc. Method and system for automatically estimating the spatial positions of cameras in a camera network
CN102213755A (zh) * 2011-04-02 2011-10-12 中国矿业大学(北京) 煤矿井下超宽带定位方法及系统
CN103997780A (zh) * 2013-02-19 2014-08-20 北京三星通信技术研究有限公司 定位移动终端的方法及基站
CN104812063A (zh) * 2015-04-08 2015-07-29 天津大学 室内环境下基于虚拟传感器的波达时间toa定位方法
CN106793087A (zh) * 2017-03-16 2017-05-31 天津大学 一种基于aoa和pdoa的阵列天线室内定位算法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008063946A2 (en) * 2006-11-13 2008-05-29 Honeywell International Inc. Method and system for automatically estimating the spatial positions of cameras in a camera network
CN102213755A (zh) * 2011-04-02 2011-10-12 中国矿业大学(北京) 煤矿井下超宽带定位方法及系统
CN103997780A (zh) * 2013-02-19 2014-08-20 北京三星通信技术研究有限公司 定位移动终端的方法及基站
CN104812063A (zh) * 2015-04-08 2015-07-29 天津大学 室内环境下基于虚拟传感器的波达时间toa定位方法
CN106793087A (zh) * 2017-03-16 2017-05-31 天津大学 一种基于aoa和pdoa的阵列天线室内定位算法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘德亮: "室内环境下无线定位关键技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111220959A (zh) * 2019-12-30 2020-06-02 广州市番禺奥莱照明电器有限公司 室内多径假目标识别方法、装置、电子设备以及存储介质
CN111220959B (zh) * 2019-12-30 2022-01-11 广州市番禺奥莱照明电器有限公司 室内多径假目标识别方法、装置、电子设备以及存储介质
CN111650575A (zh) * 2020-05-30 2020-09-11 Oppo广东移动通信有限公司 障碍物检测方法、装置、电子设备及存储介质
CN114222366A (zh) * 2021-08-06 2022-03-22 深圳技术大学 一种基于单基站的室内定位方法及装置
CN114222366B (zh) * 2021-08-06 2023-08-01 深圳技术大学 一种基于单基站的室内定位方法及装置
WO2024016708A1 (zh) * 2022-07-19 2024-01-25 中兴通讯股份有限公司 感知方法、接收机及存储介质
CN116008906A (zh) * 2023-03-24 2023-04-25 厦门大学 一种基于tdoa的室内多径辅助定位系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108811082B (zh) 2020-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108811082A (zh) 一种无线定位方法、系统及定位终端
CN105188082B (zh) 用于室内wlan环境下rss/aoa/tdoa定位性能的评价方法
KR101186476B1 (ko) 역방향 광선 추적을 사용하여 송신기들의 위치를 결정하는 방법들 및 송수신기
US20080261622A1 (en) Method and System for Determining Position of Mobile Communication Device Using Ratio Metric
CN109298396A (zh) 一种无人机定位方法、装置及计算机可读存储介质
CN104812063B (zh) 室内环境下基于虚拟传感器的波达时间toa定位方法
CN106125043B (zh) 一种基于定位位置残差加权的定位方法
CN105979584B (zh) 一种基于边长残差加权的定位方法
CN105898865A (zh) 非线性非高斯条件下基于ekf和pf的协同定位方法
CN108054522A (zh) 室内gnss天线阵列、定位系统、定位方法及装置
CN105372506A (zh) 一种用于区域电磁环境计算的变尺度栅格化方法及系统
CN103618997A (zh) 一种基于信号强度概率的室内定位方法和装置
CN112034421A (zh) 一种基于球面波的室内散射体定位方法及系统
CN106535124B (zh) 一种在nlos环境下的基于toa的无线网络定位方法
KR100953435B1 (ko) 두 개의 기지국 신호를 사용하여 ＡｏＡ방식과ＴｏＡ방식을 결합한 위치 측위 방법
US8229483B2 (en) Method for mapping a coverage area
CN107801168A (zh) 一种室外自适应的被动式目标的定位方法
CN106990210A (zh) 一种气体检测装置的定位方法及定位系统
US20230091448A1 (en) Method and positioning engine for determining a position of a mobile device
Verma et al. Doa estimation for autonomous systems in complex propagation environments
Liao et al. Multipath Cluster‐Assisted Single Station Localization Based on SSA‐GA in Outdoor NLOS Environment
Al‐Bawri et al. Localization of outdoor mobile estimation using a single base station scattering distance technique
Ryzhov Robust Outdoor Positioning via Ray Tracing
Ke et al. Constrained least squares algorithm for TOA-based mobile location under NLOS environments
CN109061562A (zh) 基于定位芯片内部参数的对象定位方法、装置和电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Liu Deliang

Inventor after: Zhang Zhuanghe

Inventor after: Shi Yunfei

Inventor after: Han Dong

Inventor after: Guo Xiwei

Inventor after: He Peng

Inventor after: Xie Jianhua

Inventor after: Zhai You

Inventor after: Xu Baohua

Inventor after: Yang Chaochao

Inventor before: Liu Deliang

Inventor before: Zhang Zhuanghe

Inventor before: Shi Yunfei

Inventor before: Han Dong

Inventor before: Guo Xiwei

Inventor before: He Peng

Inventor before: Xie Jianhua

Inventor before: Zhai You

Inventor before: Xu Baohua

Inventor before: Yang Chaochao

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant