CN109618284A - 三维基站定位方法及装置 - Google Patents

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CN109618284A
CN109618284A CN201910136416.9A CN201910136416A CN109618284A CN 109618284 A CN109618284 A CN 109618284A CN 201910136416 A CN201910136416 A CN 201910136416A CN 109618284 A CN109618284 A CN 109618284A
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CN201910136416.9A
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裴玉奎
夏天琪
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Guangzhou Yao Chinese Mdt Infotech Ltd
Tsinghua Research Institute Of Pearl River Delta
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Guangzhou Yao Chinese Mdt Infotech Ltd
Tsinghua Research Institute Of Pearl River Delta
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Abstract

本公开提出一种三维基站定位方法及装置,涉及定位技术领域。所述方法包括:确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息,获取与所述一维位置信息对应的多个定位基站,基于所述多个定位基站的权重,在所述多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站,基于所述至少两个目标定位基站,确定所述定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息,将所述一维位置信息和所述二维位置信息确定为所述定位终端的定位结果。本公开能够提高三维定位的准确性。

Description

三维基站定位方法及装置
技术领域
本公开涉及定位技术领域,具体而言,涉及一种三维基站定位方法及装置。
背景技术
随着科学技术的发展,定位技术的应用已经越来越广泛,给用户的生活来带了极大的便利。其中,基站定位是一种重要的定位方式,能够对无线电覆盖区域中的定位终端进行定位。
现有技术中,在三维定位的过程中,可以事先确定多个定位基站的位置信息,然后基于定位终端与定位基站之间的信号的传输时长,确定定位终端的位置信息,从而完成定位。
但由于在定位基站和定位终端所处的环境中,通常会存在多径效应,从而使定位基站以及定位终端的信号经不同的路径传播而失真,甚至发生错误,也就难以确定定位终端的位置。
发明内容
本公开的目的在于提供一种三维基站定位方法及装置,以提高三维定位的准确性。
为了实现上述目的,本公开采用的技术方案如下:
第一方面,本公开提出一种三维基站定位方法,所述方法包括:
确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息;
获取与所述一维位置信息对应的多个定位基站;
基于所述多个定位基站的权重,在所述多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站;
基于所述至少两个目标定位基站,确定所述定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息;
将所述一维位置信息和所述二维位置信息确定为所述定位终端的定位结果。
第二方面,本公开还提出一种三维基站定位装置,所述装置包括:
第一确定模块,用于确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息;
获取模块,用于获取与所述一维位置信息对应的多个定位基站;
选择模块,用于基于所述多个定位基站的权重,在所述多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站;
第二确定模块,用于基于所述至少两个目标定位基站,确定所述定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息;
第三确定模块,用于将所述一维位置信息和所述二维位置信息确定为所述定位终端的定位结果。
第三方面,本公开还提出一种电子设备,包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器,所述计算机程序被所述处理器读取并运行时,实现上述第一方面所述的方法。
第四方面,本公开还提出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读取并运行时,实现上述第一方面所述的方法。
在本公开实施例中,首先,可以独立地确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息,从而能够极大地减少多径效应等问题对第一方向维度定位准确性影响,其次,可以获取与该一维位置信息对应的多个定位基站,根据多个定位基站的权重,该多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站,然后通过该至少两个目标定位基站确定定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息,从而能够进一步选择受多径效应问题影响的目标定位基站,确定得到准确的二维位置信息,因此,将一维位置信息和二维位置信息确定该定位终端的定位结果,即能够极大地提高三维定位中多径效应等问题对定位准确性的影响,从而大幅提高三维定位的准确性。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本公开了解。本公开的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本公开的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本公开的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1示出了本公开所提供的一种基站定位系统的结构示意图;
图2示出了本公开所提供的一种三维基站定位方法的流程示意图;
图3示出了本公开所提供的另一种三维基站定位方法的流程示意图;
图4示出了本公开所提供的一种三维基站定位装置的功能模块示意图;
图5示出了本公开所提供的另一种三维基站定位装置的功能模块示意图;
图6示出了本公开所提供的一种电子设备的功能模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开中附图,对本公开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公开一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本公开的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围,而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本公开的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在对本公开进行详细地解释之前,先对本公开的应用场景予以介绍。
基站定位已经广泛应用于仓库、疗养院、监狱、商场、展厅、隧道、广场、机场、体育场等多种室内或室外的场景中,从而对人员、物品或车辆等各种对象进行定位。请参照图1,基站定位系统包括多个定位基站101、服务器102和定位终端103。其中,多个定位基站101以及服务器102,可以设置在需要进行基站定位的场景中,定位终端103可以设置在该场景中的需要进行基站定位的对象上,且各定位基站101与服务器102以及其它定位基站101之间可以通过有线或无线方式进行通信连接,且该定位基站101也可以与定位终端103通过无线通信连接。各定位基站101可以与定位终端103通过无线通信信号进行通信,并将通信过程中的时钟信息发送给服务器102,该服务器102可以根据获取到的时钟信息,确定各定位基站101与定位终端103之间的测量距离,进而确定定位终端103所在的位置。
定位基站101是指在一定的无线电覆盖区中,与定位终端103之间进行信息传递的无线电收发信电台。
需要说明的是,设置于同一场景中的多个定位基站101可以包括一个主定位基站101和至少一个从定位基站101,且任一个定位基站101作为主定位基站101或从定位基站101可以由服务器102确定。
例如,为了增加系统的鲁棒性,可以通过服务器102将该多个定位基站101轮流配置为主定位基站101,并将其它定位基站配置为从定位基站101。
其中,主定位基站101可以发送和接收无线通信信号,从定位基站101只接收无线通信信号且可以向服务器102发送无线通信信号。
定位终端103能够与定位基站101进行通信,并能够通过外置、嵌入或携带的方式设置在需要定位的对象上,比如,当对人员进行定位时,该定位终端103可以包括手表或手环,从而佩戴在该人员上;当对物品进行定位时,该定位终端103可以嵌入在该物品上。
需要说明的是,定位基站101与定位终端103之间可以通过UWB(Ultra Wideband,超带宽)信号、RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)信号、WIFI(Wireless-Fidelity,无线保真)信号、蓝牙信号,ZIGBEE(紫蜂协议)信号等无线通信信号进行通信。当然,在实际应用中,定位基站101也可以通过其它类型的无线通信信号与定位终端103进行通信。
服务器102为具有计算能力的设备,比如计算机。该服务器102可以对各定位基站101管理、并针对来自各定位基站101的数据进行处理,比如,对各定位基站101进行配置、控制、升级、检测心跳等操作。
例如,服务器102可以包括上位机解算单元和数据库。
需要说明的是,服务器102也可以通过无线通信信号与定位终端103进行通信。
时钟信息为根据系统时钟得到能够说明时间的信息,比如可以包括时间戳。
在三维定位过程中,可以通过定位终端与定位基站之间信号传输的时长,对定位终端进行定位,但由于定位终端与定位基站的信号在传输时,通常会收到多径效应的影响,定位终端与定位基站周围的障碍物(比如墙体或物品)会导致定位基站以及定位终端的信号而失真,进而导致定位不准确。为了降低多径效应对定位准确性的影响,本公开提供了一种三维基站定位方法,一方面可以独立地确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息,第一方向维度可以是受多径效应影响较大的方向维度,比如高度;另一方面可以从与一维位置信息对应的多个定位基站中选择至少两个目标定位基站,来确定定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息,即在与已确定的一维位置信息对应的定位基站中,进一步选择受多径效应影响较小的至少两个目标定位基站来确定定位终端的二维位置信息,以进一步减少多径效应对定位准确性的影响,因此,将该一维位置信息和二维位置信息确定为定位终端最终的定位结果,即能够大幅度提高对定位终端进行定位的准确性。
第一方向维度、第二方向维度和第三方向维度分别为三维定位中的方向维度。比如,可以包括高度、经度和纬度;或者,可以包括X轴、Y轴和Z轴。
其中,第一方向维度可以通过事先确定,比如,可以由相关技术人员根据基站定位过程,选择受多径效应影响最大的方向维度作为第一方向维度。
例如,第一方向维度可以为高度。
一维位置信息为三维定位中针对一个方向维度的位置信息,比如高度信息、纬度信息或经度信息。
二维位置信息为三维定位中针对另外两个维度的位置信息,比如,当一维位置信息包括高度信息时,二维位置信息可以包括经度信息和纬度信息。
目标定位基站为在多个定位基站中选择得到的定位基站,目标定位基站受多径效应影响的程度可以小于其它定位基站。
定位基站的权重用于说明定位基站受多径效应影响的程度。当权重越高,说明该定位基站受多径效应影响的程度越低。
其中,各定位基站的权重可以通过事先确定得到,比如可以事先对各定位基站与定位终端之间的信号传输过程进行检测,根据信号传输受干扰程度的高低,确定各定位基站的权重。
例如,在对高层建筑中,由于各层楼层的墙体可能会阻挡信号在不同楼层之间的传播,如果直接通过定位基站对该高层建筑内部的定位终端进行定位,则高度可能会严重失真,因此,可以独立确定定位终端的高度信息(即Z轴坐标),再按照该高度信息,在与该高度信息对应楼层的定位基站中进一步选择受多径效应影响的目标定位基站,通过目标定位基站确定定位终端的二维位置信息(即X轴和Y轴坐标),进而可以得到定位终端的定位结果(即X轴、Y轴和Z轴坐标)。
当然,在实际应用中,处于减少多径效应影响意外的其它目的,也可以通过本公开所提供的三维基站定位方法进行定位。
在对本公开的应用场景进行介绍之后,将对本公开所提供的三维基站定位方法进行详细说明。
请参照图2,为本公开所提供的一种三维基站定位方法的流程示意图。需要说明的是,本公开所述的三维基站定位方法并不以图2以及以下所述的具体顺序为限制,应当理解,在其它实施例中,本公开所述的三维基站定位方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换,或者其中的部分步骤也可以省略或删除。下面将对图2所示的流程进行详细阐述。
步骤201,确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息。
为了减少多径效应等问题对基站定位准确性的影响,可以独立确定定位终端在受多径效应等问题影响较大的第一方向维度的位置信息。
可以事先在第一方向维度设置多个传感器,各传感器可以分别对应一个一维位置信息。当该传感器感应到定位终端时,即向服务器发送一维定位信号,该一维定位信号可以包括一维位置信息和/或传感器标识。当该服务器接收到该一维定位信号时,即可确定一维位置信息。
一维定位信号为在第一方向维度对定位终端进行定位的信号。
其中,当一维定位信号中包括传感器标识时,服务器可以根据该传感器标识获取对应的一维位置信息。比如,服务器可以根据该传感器标识,从预先存储的传感器标识与一维位置信息中,获取与该传感器标识对应的一维位置信息。
传感器标识为对传感器进行标识的信息,比如传感器名称或传感器编号。
其中,传感器可以包括基于光通信、WIFI、蓝牙或RFID的传感器。当然,在实际应用中,该传感器也可以包括其它类型的传感器。
步骤202,获取与一维位置信息对应的多个定位基站。
由于已经确定了定位终端在第一方向维度的位置,所以为了便于后续直接在所确定的第一方向维度,对定位终端进行二维定位,从而减少来自第一方向维度其它位置的信号对定位过程的影响,即减少多径效应等问题对定位准确性的影响,可以获取与一维位置信息对应的多个定位基站。
服务器可以按照一维位置信息,获取与该一维位置信息对应的多个基站标识,从而得到与该一维位置信息对应的多个定位基站。
需要说明的是,服务器可以事先获取多个一维位置信息以及与各一维位置信息对应的基站标识,并将该多个一维位置信息以及与各一维位置信息对应的基站标识进行存储。
还需要说明的是,基站标识为对基站进行标识的信息,比如基站标识可以包括基站名称或基站编号等信息。
步骤203,基于多个定位基站的权重,在该多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站。
为了进一步减少多径效应等问题对定位准确性的影响,即为了进一步提高定位的准确性,可以基于多个定位基站的权重,在该多个定位基站中进一步选择至少两个目标定位基站。
可以按照预设的目标基站数目,在多个定位基站中选择该目标基站数目个权重最高的定位基站作为目标定位基站。或者,在该多个定位基站中选择权重大于预设权重的定位基站作为目标定位基站。
其中,目标基站数目和权重可以通过事先确定,比如,对于目标基站数目,可以通过接收用户提交的数值作为目标基站数目。
服务器可以事先确定各定位基站的权重,比如根据各定位基站发射信号的功率确定该定位基站的权重,当定位基站发射信号的功率越大时,该定位基站所发射信号耐受干扰的能力也就越强,因此,当定位基站发射信号的功率越大时,说明该定位基站受多径效应等问题的影响越小,相应的,该定位基站的权重越大;或者,根据各定位基站的历史定位精度确定各定位基站的权重,当定位基站的历史定位精度越高,说明该定位基站受多径效应等问题的影响越小,相应的,该定位基站的权重越大;相应的,该定位基站的权重越大;或者,获取定位终端分别接收到各定位基站的信号的信号强度,当该信号强度越大时,说明该定位基站与定位终端之间的信号传输受多径效应等问题的影响越小,相应的,该定位基站的权重越大。
需要说明的是,历史定位精度为在当前时刻之前对定位终端进行定位的精度。服务器可以事先获取由该定位基站与定位终端之间信号传输的时长所确定的该定位基站与该定位终端之间的第一距离、以及根据对该定位终端的定位结果与该定位基站的位置信息所确定的该定位基站与该定位终端之间的第二距离,基于第一距离和第二距离的差值,确定定位精度,且当该差值越小时,该定位精度越高。
其中,第一距离可以为测量距离,第二距离可以为实际距离。
当确定定位终端与定位基站之间的第一距离时,定位终端发送测距请求信号的时钟信息为T2,定位基站接收到该测距请求信号时的时钟信息为T4,且该定位基站向该定位终端发送测距反馈信号时的时钟信息为T5,定位终端接收到该测距反馈信号时的时钟信息为T7,则可以通过R0=0.5c[(T7-T2tag-(T5-T4mbs]-τmbstag确定该定位终端与定位基站之间的第一距离R0
其中,λtag为定位终端的时钟转换系数,时钟转换系数用于当T2、T4、T5或T7等时钟信息包括时间戳时,将该时间戳转换为物理时间;λmbs为定位基站的时钟转换系数;τmbs为定位基站的天线延时;τtag为定位终端的天线延时;c为光速。
需要说明的是,λtag、λmbs、τmbs和τtag可以通过事先设置得到。
还需要说明的是,定位基站的位置信息可以通过事先确定得到,比如可以事先通过高精度的测量仪器测量得到该位置信息。
当然,在实际应用中,服务器也可以通过其它方式来确定各定位基站的权重。
步骤204,基于至少两个目标定位基站,确定定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息。
由于所选择的至少两个目标定位基站为受多径效应等问题影响较小的定位基站,因此,通过该至少两个目标定位基站即能够准确地确定定位终端在第二维度方向和第三维度方向二维位置信息。
可以通过定位终端与各目标定位基站之间信号传输的时长,分别确定定位终端至目标定位基站的第一距离,基于定位终端分别距离目标定位基站的第一距离、以及目标定位基站的位置信息,确定定位终端的位置信息。
步骤205,将一维位置信息和二维位置信息确定为定位终端的定位结果。
通过一维位置信息和二维位置信息即能够准确说明定位终端的位置,因此可以将一维位置信息和二维位置信息作为定位结果。
当然,在实际应用中,定位结果还可以包括其它信息,比如定位精度、多个定位基站的基站数目、至少两个目标定位基站的基站数目中的至少一个。
在本公开实施例中,首先,可以独立地确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息,从而能够极大地减少多径效应等问题对第一方向维度定位准确性影响,其次,可以获取与该一维位置信息对应的多个定位基站,根据多个定位基站的权重,该多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站,然后通过该至少两个目标定位基站确定定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息,从而能够进一步选择受多径效应问题影响的目标定位基站,确定得到准确的二维位置信息,因此,将一维位置信息和二维位置信息确定该定位终端的定位结果,即能够极大地提高三维定位中多径效应等问题对定位准确性的影响,从而大幅提高三维定位的准确性。
请参照图3,为本公开所提供的一种三维基站定位方法的流程示意图。需要说明的是,本公开所述的三维基站定位方法并不以图3以及以下所述的具体顺序为限制,应当理解,在其它实施例中,本公开所述的三维基站定位方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换,或者其中的部分步骤也可以省略或删除。下面将对图3所示的流程进行详细阐述。
步骤301,服务器确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息。
可选地,通过电子标签读卡器获取所述一维位置信息。
由于RFID技术可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触,具有体积小、抗污染能力强、穿透性强和安全性高等有点,因此,为了提高获取到一维位置信息的可靠性,可以通过电子标签阅读器获取一维位置信息。
电子标签又称射频标签,能够与电子标签读卡器通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合,在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递和数据交换。
可选地,一维位置信息包括高度信息。
例如,在对多层建筑中的三维基站定位场景中,可以分别在各楼层设置至少一个的电子标签读卡器、RFID天线以及多个(三个以上)定位基站,用户携带有定位终端,且该用户或定位终端上设置有电子标签,该电子标签中携带有定位终端的终端标识。电子标签读卡器读取到电子标签中的终端标识为终端1,将该终端1及19层通过RFID天线发送给服务器。
其中,终端标识为对定位终端进行标识的信息,比如可以包括终端名称或终端编号。
步骤302,服务器获取与一维位置信息对应的多个定位基站。
其中,服务器获取与一维位置信息对应的多个定位基站的方式,可以参见前述步骤202中的相关描述,此处不再一一赘述。
例如,在前述步骤301对多层建筑中的三维基站定位场景中,服务器可以根据19层,获取对应的多个定位基站,包括定位基站1、定位基站2、定位基站3和定位基站4。
步骤303,服务器将定位终端的终端标识发送至多个定位基站。
为了确保与定位终端的一维位置信息对应的定位基站能够对定位终端进行定位,提高定位的可靠性,服务器可以将该定位终端通知给与一维位置信息对应的多个定位基站。
其中,当服务器将定位终端的终端标识发送给定位基站时,该定位基站可以将该终端标识存储至测距响应列表。
需要说明的是,测距响应列表存储有至少一个终端标识,且该至少一个终端标识一维位置信息可以相同。
例如,在前述步骤301对多层建筑中的三维基站定位场景中,服务器可以将终端1发送给定位基站1、定位基站2、定位基站3和定位基站4。
步骤304,定位终端向多个定位基站发送基站获取信号。
为了确保定位终端确定与该定位终端的一维位置信息对应的各定位基站,减少后续定位过程与其它定位基站进行交互的可能,进一步减少信号干扰,提高定位的准确性,定位终端可以发送基站获取信号。
其中,定位获取信号用于请求获取与该定位终端的一维位置信息对应的定位基站,该基站获取信号中可以携带该定位终端的终端标识。
定位终端可以通过广播的形式发送基站获取信号。
步骤305,各定位基站对该定位终端验证通过后,向该定位终端发送第一基站列表,第一基站列表包括与该定位终端的一维位置信息对应的多个定位基站的基站标识。
为了确保对同一一维位置信息的定位终端进行定位,减少后续定位过程定位终端与其它定位基站进行交互的可能,进一步减少信号干扰,提高定位的准确性,定位基站可以对定位终端进行验证,并在验证通过后,将包括与该定位终端的一维位置信息对应的多个定位基站通知给该定位终端。
定位基站可以将定位终端的终端标识,与该定位基站存储的测距响应列表所包括的至少一个终端标识进行比较。如果该终端标识存在于该测距响应列表,则确定对该定位终端验证通过,从而获取第一基站列表发送给该定位终端。如果该终端标识不存在于该测距响应列表,则确定对该定位终端验证未通过,从而停止执行本公开所提供的三维基站定位方法。
需要说明的是,定位基站可以通过事先确定与该定位基站对应同一一维位置信息的其它定位基站,从而获取得到对应该一维位置信息的多个定位基站,并将该多个定位基站的基站标识存储至第一基站列表。
其中,定位基站可以从服务器获取与该定位基站对应同一维位置信息的定位基站的基站标识。
可选地,第一基站列表还包括该第一基站列表所归属的定位基站,分别与该第一基站列表中其它定位基站的距离。
需要说明的是,各定位基站与其它定位基站之间的距离通过事先确定,比如接收服务器发送得到。
步骤306,定位终端向多个定位基站发送测距请求信号,接收各定位基站发送的测距反馈信号,并向服务器发送测距信息。
测距请求信号用于请求测量定位终端与定位基站之间的第一距离,该测距请求信号中可以携带定位终端的终端标识以及发送该测距请求信号的时钟信息。
测距反馈信号用于对测距请求信号进行响应,该测距反馈信号中可以携带基站标识、接收到测距请求信号的时钟信息和发送测距反馈信号的时钟信息。
测距信息为用于确定定位终端与定位基站之间的第一距离的信息。测距信息可以包括终端标识、该定位终端发送测距请求信号的时钟信息、定位基站标识、该定位基站接收到测距请求信号的时钟信息、该定位基站发送测距反馈信号的时钟信息和该定位终端接收到该测距反馈信号的时钟信息。
定位终端可以按照随机顺序或者特定顺序依次向多个定位基站发送测距请求信号,并确定发送该测距请求信号时的时钟信息;各定位基站确定接收到该测距请求信号时的时钟信息,向定位终端发送测距反馈信号,并确定发送该测距反馈信号时的时钟信息;该定位终端接收该测距反馈信号,并确定接收到该测距反馈信号时的时钟信息,通过该定位基站向服务器发送测距信息。
可选地,若定位终端接收到任一定位基站的第一基站列表,且第一基站列表还包括该第一基站列表所归属的定位基站,分别与该第一定位基站列表中其它定位基站的距离,则该定位终端可以按照该定位基站与其它定位基站之间的距离从近到远的次序,向各定位基站发送测距请求信号。
由于当定位终端与定位基站的距离越近时,会更快接收到来自该定位基站的信号,因此,定位终端可以最先接收到距离该定位终端最近的定位基站反馈的第一基站列表,且第一基站列表包括该定位基站与该第一基站列表中其它定位基站的距离,从而提高了获取测距反馈信号效率,便于后续在多个定位基站中选择目标定位基站,即提高了确定目标定位基站的效率。
步骤307,服务器分别确定定位终端至多个定位基站的第一距离,基于该定位终端至各定位基站的第一距离,分别确定各定位基站的权重,第一距离与权重反相关。
由于定位终端与定位基站之间的距离越近时,信号传输受多径效应等问题影响的程度越小,因此,为了提高后续选择目标定位基站的准确性,从而通过受多径效应等问题影响较小的定位基站对定位终端进行定位,进一步提高定位的准确性,可以基于定位终端与各定位基站之间的第一距离,分别确定各定位基站的权重。
其中,确定定位终端分别至多个定位基站的第一距离的方式,可以参见前述中的相关描述,此处不再一一赘述。
例如,在前述步骤301对多层建筑中的三维基站定位场景中,服务器确定终端1至定位基站1的第一距离为10米、终端1至定位基站2的第一距离为15米、终端1至定位基站3的第一距离为15米、终端1至定位基站4的第一距离为50米,因此,分别确定定位基站1的权重为0.5、定位基站2的权重为0.2、定位基站3的权重为0.2、定位基站4的权重为0.1。
另外,在本公开的另一可选实施例中,也可以由定位终端,按照与服务器相同的方式,确定该定位终端至各定位基站之间的第一距离。
步骤308,服务器基于多个定位基站的权重,在多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站。
其中,服务器基于多个定位基站的权重,在多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站,可以参见前述步骤203中的相关描述,此处不再一一赘述。
例如,在前述步骤301对多层建筑中的三维基站定位场景中,服务器确定定位基站1的权重为0.5、定位基站2的权重为0.2、定位基站3的权重为0.2、定位基站4的权重为0.1,目标定位基站数目为3,则选择权重最高的定位基站1、定位基站2和定位基站3作为目标定位基站。
步骤309,服务器基于至少两个目标定位基站,确定定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息。
可选地,服务器根据至少两个目标定位基站的基站数目,选择与该基站数目对应的基站定位策略,基于该基站定位策略,确定二维位置信息。
由于当参与定位的定位基站较少时,能够提高定位的效率,当参与定位的定位基站较多时,能够提高定位的准确性,因此,为了灵活地基于所确定的目标定位基站的数目,对定位终端进行定位,确保对定位终端进行定位的准确性和效率,可以基于所确定的目标基站数目,选择相应的定位方式对定位终端进行定位。
基站定位策略为对定位终端进行定位策略。
其中,服务器可以通过事先确定各基站数目以及与各基站数目对应的定位策略。
当至目标定位基站的基站数目为2时,可以通过双定位基站二维平面定位方法确定定位终端的二维位置信息。
其中,服务器确定定位终端分别与两个目标定位基站之间的第一距离,可以基于定位终端分别与两个目标定位基站之间的第一距离、预先设置的定位终端与目标定位基站的高度差,确定定位终端在该两个目标定位基站所在的二维平面中,分别与该两个目标定位基站的投影距离,基于定位终端和两个目标定位基站,在该二维平面中投影的几何关系,确定定位终端相对于任一目标定位基站的偏移,根据该偏移以及该目标定位基站的位置信息,即可确定该定位终端的位置信息。
需要说明的是,若确定得到两个位置信息,则可以根据预设的终端方向信息从该两个位置信息中选择一个。
终端方向信息为说明定位终端所在主定位基站或从定位基站方向的信息。该终端方向信息可以包括终端历史位置、终端速度方向和定位基站有效区域中的至少一个。
其中,终端历史位置为在当前时刻之前,定位终端所在的位置。定位终端当前在主定位基站或从定位基站的方向,可以与该定位终端的终端历史位置在主定位基站或从定位基站的方向相同;终端速度方向为定位终端移动的速度方向。根据定位终端内置的其他传感器,如GPS(Global Positioning System,全球定位系统)或惯性传感器等,可以获取定位终端的速度方向信息。由于终端的移动是一个连续的过程,可以根据历史时刻到当前时刻之间,定位终端定位结果到定位基站连线的距离的变化(增大/减小),以及定位终端移动的速度方向,确定定位终端的有效位置;基站有效区域为与定位基站对应的有效定位区域,该定位基站有效区域可以通过事先确定得到。比如,对于一个设置在墙边的定位基站,定位终端不可能处于该定位基站靠近墙的区域,即对于该定位基站,仅有远离墙的部分区域有效,因此,可以事先将该部分有效的区域作为该定位基站的基站有效区域。
当目标定位基站的基站数目为3时,可以通过TOA(Time of Arrival,到达时间)的三角质心算法确定定位终端的二维位置信息。
其中,三角质心法的原理如下:在圆周定位模型中,如果知道定位终端到三个目标定位基站的物理距离,用这三个目标定位基站做三个圆的圆心,到定位终端的物理距离为半径,画三个圆,这三个圆与定位终端都应该是相交的,即三个圆的公共交点就是定位终端的位置。但在实际中,由于噪声的影响,信号遇到障碍物以后的急剧衰落,测量工具带来的误差等原因,在圆周模型中的三个圆是不可能相交于一点的。由于在室内环境下,周围的障碍物等对电磁波信号的吸收,一般使得接收到的信号强度值会小于预计的信号强度值,反映到推导出来的定位终端到目标定位基站的估计距离上,结果就是所画的三个圆的半径都偏大。因此,可以根据上述三个圆三个交点,构成一个三角形区域,该三角形区域的质心,作为定位终端的位置。
当目标定位基站的基站数目为4时,可以通过TDOA(Time Difference ofArrival,到达时间差)中的chan算法确定定位终端的二维位置信息。
其中,TDOA是一种通过信号在定位终端与定位基站之间的传输时长,确定定位终端与定位基站之间距离的方法。通过比较定位终端发送的信号到达各个定位基站的时间差,就能作出以定位基站为焦点,距离差为长轴的双曲线,双曲线的交点就是定位终端的位置。Chan算法为一种基于TDOA技术、具有解析表达式解的定位算法。
假设二维平面存在m(m为正整数)个目标定位基站,定位终端的位置(x,y)到第i(0<i<m)个目标定位基站的第一距离ri,则可以得到公式1、公式2、公式3、公式4和公式5:
Δri 2+2Δri 2r1=Ki-K1-2Δxix-2Δyiy (公式1)
Rn,0=Rn-R0 (公式4)
其中,Δri=ri-r1;Ki=xi 2+yi 2;Δxi=xi-x1;Δyi=yi-y1;Kn=xn 2+yn 2,表示目标定位基站至坐标系原点的平方和;n=1,2,3。
由上述方程可得下述公式6:
其中,m=[x0 y0 z0]T
由公式6可得当R0的两个根包括一正一负或者相同的两个正根时,将该正根带入前述矩阵方程即可得到定位终端的二维位置信息;当R0的两个根包括两个不相同的正根时,可以得到两个定位终端的二维位置信息,然后通过预设的终端方向信息,在该两个定位终端的二维位置信息中选择一个。
需要说明的是,通过预设的终端方向信息,在该两个定位终端的二维位置信息中选择一个的方式可以参见前述中的相关描述,此处不再一一赘述。
当目标定位基站的基站数目大于4时,可以通过TDOA(Time Difference ofArrival,到达时间差)中的RLS(Recursive Least Square,递推最小二乘法)算法确定定位终端的二维位置信息。
其中,最小二乘法为一种数学优化方法,能够通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配,利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据,并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。
假设目标定位基站包括一个主定位基站以及多个从定位基站,主定位基站的位置信息为[x0 y0 z0]T,第i个从定位基站的位置信息为[xi yi zi]T,定位终端的位置信息为[xy z]T。通过前述的相关方式,确定定位终端分别到第i个从定位基站和到主定位基站的第一距离,基于定位终端到第i个从定位基站和主定位基站之间的第一距离的差值Ri0,可以构建得到公式7:
其中,1<i<M,M为至少三个从定位基站的数目,引入中间变量
表示定位终端到主定位基站之间的距离,可以将公式7进行线性化处理,得到公式8:
Au=b (公式8)
其中,
u=[x-x0,y-y0,z-z0,r]T,k0=[x0 2+y0 2+z0 2]T,ki=[xi 2+yi 2+zi 2]T
且由于定位终端的一轴的坐标已知,则上述方程可以从4维降低至3维,从而可以对公式3进行简化: zassump为定位终端的z轴坐标,u=[x,y,r]T
因此,由公式3可得u=(ATA)-1ATb,得到定位终端的位置信息。
步骤310,服务器将一维位置信息和二维位置信息确定为定位终端的定位结果。
其中,服务器将一维位置信息和二维位置信息确定为定位终端的定位结果的方式,可以参见前述步骤205中的相关描述,此处不再一一赘述。
在本公开实施例中,首先,可以独立地确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息,从而能够极大地减少多径效应等问题对第一方向维度定位准确性影响,其次,可以获取与该一维位置信息对应的多个定位基站,根据多个定位基站的权重,该多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站,然后通过该至少两个目标定位基站确定定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息,从而能够进一步选择受多径效应问题影响的目标定位基站,确定得到准确的二维位置信息,因此,将一维位置信息和二维位置信息确定该定位终端的定位结果,即能够极大地提高三维定位中多径效应等问题对定位准确性的影响,从而大幅提高三维定位的准确性。
另外,可以根据至少两个目标定位基站的基站数目,灵活地选择与基站数目对应的基站定位策略,从而基于所选择的基站定位策略,确定二维位置信息,确保了对定位终端进行定位的准确性和效率。
另外,由于定位基站与定位终端之间的距离越近,信号传输受多径效应等问题影响的程度越小,所以通过分别确定定位终端至多个定位基站的第一距离,基于该定位终端至各定位基站的第一距离分别确定各定位基站的权重,即能够确保选择目标定位基站的可靠性,进而提高对定位终端进行定位的准确性。
请参照图4,为本公开所提供的一种三维基站定位装置400的功能模块示意图。需要说明的是,本实施例所提供的三维基站定位装置400,其基本原理及产生的技术效果与前述对应的方法实施例相同,为简要描述,本实施例中未提及部分,可参考方法实施例中的相应内容。该三维基站定位装置300包括:
第一确定模块401,用于确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息;
获取模块402,用于获取与该一维位置信息对应的多个定位基站;
选择模块403,用于基于该多个定位基站的权重,在该多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站;
第二确定模块404,用于基于该至少两个目标定位基站,确定该定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息;
第三确定模块405,用于将该一维位置信息和该二维位置信息确定为该定位终端的定位结果。
可选地,该第二确定模块404具体用于:
根据该至少两个目标定位基站的基站数目,选择与该基站数目对应的基站定位策略;
基于该基站定位策略,确定该二维位置信息。
可选地,请参照图5,该装置还包括:
第四确定模块406,用于分别确定该定位终端至该多个定位基站的第一距离;
第五确定模块407,用于基于该定位终端至各定位基站的第一距离,分别确定各该定位基站的权重,该第一距离与该权重反相关。
可选地,该第一确定模块401具体用于:
通过电子标签读卡器获取该一维位置信息。
可选地,该一维位置信息包括高度信息。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法,其实现原理和技术效果类似,在此不再赘述。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路,例如:一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称ASIC),或,一个或多个微处理器(digital singnal processor,简称DSP),或,一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)等。再如,当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时,该处理元件可以是通用处理器,例如中央处理器(CentralProcessing Unit,简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如,这些模块可以集成在一起,以片上系统(system-on-a-chip,简称SOC)的形式实现。
请参照图6,为本公开所提供的一种电子设备的功能模块示意图。该电子设备可以包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质601和处理器602,处理器602可以调用计算机可读存储介质601存储的计算机程序。当该计算机程序被处理器602读取并运行,可以实现上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似,这里不再赘述。
可选地,本公开还提供一计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器读取并运行时,可以实现上述方法实施例。
在本公开所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,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信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本公开各个实施例中的各功能单元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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
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。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已,并不用于限制本公开,对于本领域的技术人员来说,本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种三维基站定位方法,其特征在于,所述方法包括:
确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息;
获取与所述一维位置信息对应的多个定位基站;
基于所述多个定位基站的权重,在所述多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站;
基于所述至少两个目标定位基站,确定所述定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息;
将所述一维位置信息和所述二维位置信息确定为所述定位终端的定位结果。
2.如权利要求1所述的三维基站定位方法,其特征在于,所述基于所述至少两个目标定位基站,确定所述定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息,包括:
根据所述至少两个目标定位基站的基站数目,选择与所述基站数目对应的基站定位策略;
基于所述基站定位策略,确定所述二维位置信息。
3.如权利要求1所述的三维基站定位方法,其特征在于,在所述基于所述多个定位基站的权重,在所述多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站之前,所述方法还包括:
分别确定所述定位终端至所述多个定位基站的第一距离;
基于所述定位终端至各定位基站的第一距离,分别确定各所述定位基站的权重,所述第一距离与所述权重反相关。
4.如权利要求1所述的三维基站定位方法,其特征在于,所述确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息,包括:
通过电子标签读卡器获取所述一维位置信息。
5.如权利要求1-4任一所述的三维基站定位方法,其特征在于,所述一维位置信息包括高度信息。
6.一种三维基站定位装置,其特征在于,所述装置包括:
第一确定模块,用于确定定位终端在第一方向维度的一维位置信息;
获取模块,用于获取与所述一维位置信息对应的多个定位基站;
选择模块,用于基于所述多个定位基站的权重,在所述多个定位基站中选择权重最高的至少两个目标定位基站;
第二确定模块,用于基于所述至少两个目标定位基站,确定所述定位终端在第二方向维度和第三方向维度的二维位置信息;
第三确定模块,用于将所述一维位置信息和所述二维位置信息确定为所述定位终端的定位结果。
7.如权利要求6所述的三维基站定位装置,其特征在于,所述第二确定模块具体用于:
根据所述至少两个目标定位基站的基站数目,选择与所述基站数目对应的基站定位策略;
基于所述基站定位策略,确定所述二维位置信息。
8.如权利要求6所述的三维基站定位装置,其特征在于,所述装置还包括:
第四确定模块,用于分别确定所述定位终端至所述多个定位基站的第一距离;
第五确定模块,用于基于所述定位终端至各定位基站的第一距离,分别确定各所述定位基站的权重,所述第一距离与所述权重反相关。
9.如权利要求6所述的三维基站定位装置,其特征在于,所述第一确定模块具体用于:
通过电子标签读卡器获取所述一维位置信息。
10.如权利要求6-9任一所述的三维基站定位装置,其特征在于,所述一维位置信息包括高度信息。
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