CN109688544A - 一种基于多移动终端的无线定位系统和方法 - Google Patents
一种基于多移动终端的无线定位系统和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于多移动终端的无线定位系统和方法,所述定位系统包括:服务器、定位算法处理模块、数据库模块和多个装有通信模块的移动终端;多个装有通信模块的移动终端组成一个网络,每个移动终端每隔特定时间向服务器发送自身信息及其周围其它移动终端节点的信息;所述服务器接收到该信息后,将该信息解析成标准格式并存储到数据库模块中,再调用定位算法处理模块对该信息进行处理,以计算出目标移动终端的位置,并将该位置返回给用户。本发明所述定位系统当目标通信系统出现异常时,依然能够通过系统实现目标的远程定位;该定位方法采用修正后的定位权重系数进行位置计算,实现了定位算法的自适应性,有利于降低定位误差,提高定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及无线终端定位技术领域,具体涉及一种基于多移动终端的无线定位系统和方法。
背景技术
无线通信区别于有线通信,无线移动定位是指利用装载在移动终端的无线接收机接收到的信号频率、相位、传播时间等测量值,通过一定的算法计算出终端在特定坐标系中的位置。在过去几十年,无线移动定位问题得到了广泛的研究,定位研究着重于军事目标跟踪和导航。由于无线电设备移动性和数据处理能力的局限,随着电子技术和无线通信的发展,移动终端定位导航系统的研究范围和应用场景得到了扩展,以及智能交通如从单一的车辆定位和导航系统发展到能够进行道路和车辆双向信息交换的智能车辆道路系统,这带动了车辆移动终端定位和基于位置服务(Location Based Service,LBS)的研究。
随着具有良好计算性能的个人电子设备的大量普及,公众对定位需求有更广泛的要求,国家政府出于战略高度考虑,对基于位置的安全管理也有了强制性要求,准确确定移动终端位置的重要性和必要性日益显露了出来,并逐渐发展出新的定位技术,展现出巨大的应用前景和商业价值。由于无线定位是用无线电波,受气候效应的影响小,它是保证人的交通安全的必要手段,在复杂条件下是一种用于导航非常有效的方法。在现代社会中,特别是在信息化战争中,无线定位技术发挥着越来越重要的作用,在军事和民用领域使用覆盖率高。它已广泛应用于军事和民用领域,利用不同的定位原理,已经开发出了地面雷达,红外检测,光学检测,无人机,预警,侦察,基于信息采集和检测系统。对于大多数应用,不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置或区域发生了特定事件”,实现对外部目标的定位和追踪。另一方面,了解传感器节点位置信息还可提高路由效率,实现网络的负载均衡和网络拓扑的自配置。定位技术作为无线传感器网络的关键技术之一,它在无线传感器网络中的应用主要分为两大类:一类是无线传感器网络对自身传感器节点的定位,另一类是无线传感器网络对外部目标的定位。
传统的定位系统主要存在如下问题:在移动终端受到强烈电磁干扰的情况下,通信系统失灵;在GPS信号微弱的环境下无法获得准确的位置信息,定位误差过大;在无GPS信号的情况下,无其他手段获取自身位置信息;可见,现有技术对移动终端的定位强依赖于GPS信号,且定位误差较大。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于多移动终端的无线定位系统和方法。
为实现以上目的,本发明采用如下技术方案:一种基于多移动终端的无线定位系统,包括:
服务器、定位算法处理模块、数据库模块和多个装有通信模块的移动终端;
多个装有通信模块的移动终端组成一个网络,每个移动终端能够获取到通信半径之内周围其它移动终端节点的信息以及自身信息,并且,每个移动终端每隔特定时间向所述服务器发送自身信息及其周围其它移动终端节点的信息;
所述服务器接收到移动终端发送的信息后,首先将信息解析成标准格式并存储到所述数据库模块中,然后调用所述定位算法处理模块对所述信息进行处理,以计算出目标移动终端的位置,并将该目标移动终端的位置返回给用户。
可选的,所述数据库模块包括:基本信息数据库和计算参数数据库;
其中,所述基本信息数据库用于对移动终端发送的基本信息进行存储,所述基本信息包括移动终端自身的位置信息、周围其它移动终端节点的位置信息、接收到周围其他节点的信号强度以及对应的时间信息;
所述计算参数数据库用于存储所述定位算法处理模块需要的路径衰减值。
可选的,所述通信模块包括:Lora通信模块。
可选的,所述通信模块还包括:GPS通信模块;
在GPS通信受到干扰或失灵的情况下,所述移动终端上的所述Lora通信模块能够汇集周围其它移动终端节点的信息,并将该信息和该移动终端的自身信息一同传输给所述服务器。
本发明还提供了一种基于多移动终端的无线定位方法,包括:
S1:从数据库中获取目标移动终端的周围其它移动终端节点的数据信息;
S2:基于RSSI测距的定位算法计算出所述目标移动终端的位置;
S3:对步骤S2计算出的所述目标移动终端的位置进行修正,得到所述目标移动终端的最终位置。
可选的,所述步骤S1包括:
根据目标移动终端的唯一标识信息从基本信息数据库中取出目标移动终端周围其它移动终端节点的信息,并将该信息解析成用于计算的数据格式;
从计算参数数据库中获取到定位算法处理所需要的路径衰减值。
可选的,当移动终端为车辆时,所述步骤S2包括:
设目标车辆周围有n辆车,分别为:
A1(x1,y1,m1)、A2(x2,y2,m2)、A3(x3,y3,m3)…An(xn,yn,mn),其中xi,yi,mi分别代表当前车辆的横坐标,纵坐标,以及通信信号强度,该横纵坐标经由车辆的定位信号的经纬度以及它在整个系统所处的相对位置转换而来;其中,所述横坐标为车辆定位信号经度转换后的值,所述纵坐标对应车辆定位信号纬度转换后的值,所述竖坐标对应车辆接收到的信号强度,单位为dB;
其中,定位信号与直角坐标之间的转换过程为:
设地球椭球长半轴为a,地球椭球短半轴为b,在地球某处存在点A(m,n),m代表该点所在经度,n代表该点所在纬度,将其转换为直角坐标系中为点A'(x,y),点A(m,n)与点A'(x,y)两者之间存在关系:
若信号的发射强度为mb,天线增益为ab,高斯白噪声为xσ,则Ai(xi,yi,mi)的信号衰减值:
PL(d)=mb-mi+ab 式(2)
无线信号传输的强度损耗与距离对应的关系为:
PL(d)=PL(d0)+10k*lg(d/d0)+Xσ 式(3)
其中,PL(d)表示在距离为d的接收点上信号的衰减,单位为dB;
Xσ表示均值为0的高斯白噪声;
k表示衰减因子;
将式(3)带入式(2)可求出当前车辆到目标车辆的距离di,
在上述的n个车辆A1(xA1,yA1,m1)、A2(xA2,yA2,m2)、A3(xA3,yA3,m3)…An(xn,yn,mn)中,任意取出4个数据点A1(xA1,yA1,m1),A2(xA2,yA2,m2),A3(xA3,yA3,m3),A4(xA4,yA4,m4)作为一组;
将A1看做一个固定点,则A1与剩下的三个点分别组合可得到三个组合A1A2A3、A1A2A4、A1A3A4;
对于A1A2A3,由式(2)和式(3)可计算得到A1、A2、A3到目标车辆的距离分别为d1、d2、d3,由几何原理可估算出目标车辆的一个估计位置为MA11(xA11,yA11):
同理,由A1A2A4、A1A3A4得出的该目标车辆的两个估计位置分别为:MA12(xA12,yA12)、MA13(xA13,yA13),将这三个估计位置的质心记作QA1(xqa1,yqa1):
可选的,所述Xσ的取值范围是4~10;所述k的取值从所述计算参数数据库中获取。
可选的,所述步骤S3包括:
根据A1到目标车辆的三个预估位置点MA11(xA11,yA11)、MA12(xA12,yA12)、MA13(xA13,yA13)的距离都相同以及式(5),反向推算出A1的一个位置,记作A1M(xA1m,yA1m),则A1的误差距离ΔdA1为:
重复上述步骤,再次取组(A2A3A4、A2A1A4、A2A1A3)、(A3A1A2、A3A1A4、A3A2A4)及(A4A1A2、A4A1A3、A4A2A3),求出A2、A3、A4的误差距离ΔdA2、ΔdA3、ΔdA4以及质心QA2(xqa2,yqa2)、QA3(xqa3,yqa3)和QA4(xqa4,yqa4);
计算权重系数kAi,
根据式(9)求解出由该组四个数据点A1(xA1,yA1,m1),A2(xA2,yA2,m2),A3(xA3,yA3,m3),A4(xA4,yA4,m4)确定出的所述目标车辆的一个修正位置(x,y),
将ΔdAi、xqai、yqai分别带入上式(9)得
可选的,所述步骤S3还包括:
将该目标车辆周围的n辆车,以每四辆车为一组,求出该目标车辆的m个可能的修正位置点(xi,yi);
再求取这m个修正位置点的质心,得到所述目标车辆的最终位置为:
其中xi、yi分别为:以每四辆车为一组而求出的该目标车辆的一个修正位置的横、纵坐标,其中,
本发明采用以上技术方案,所述基于多移动终端的无线定位系统包括:服务器、定位算法处理模块、数据库模块和多个装有通信模块的移动终端;多个装有通信模块的移动终端组成一个网络,每个移动终端能够获取到通信半径之内周围其它移动终端节点的信息以及自身信息,并且,每个移动终端每隔特定时间向所述服务器发送自身信息及其周围其它移动终端节点的信息;所述服务器接收到移动终端发送的信息后,首先将信息解析成标准格式并存储到所述数据库模块中,然后调用所述定位算法处理模块对所述信息进行处理,以计算出目标移动终端的位置,并将该目标移动终端的位置返回给用户。本实施例所述的无线定位系统对移动终端的定位不强依赖于GPS信号,当GPS通信异常时,该系统依然能够实现对目标移动终端的远程定位;且该定位方法能够根据每个移动终端节点的测距误差来修正定位权重系数,实现了定位算法的自适应性,有利于降低定位误差,提高定位精度。
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是本发明基于多移动终端的无线定位系统的整体结构示意图;
图2是本发明基于多移动终端的无线定位方法的整体原理示意图;
图3是本发明基于多移动终端的无线定位方法的流程示意图;
图4是本发明基于多移动终端的无线定位方法中定位算法处理的示意图。
图中:1、服务器;2、定位算法处理模块;3、基本信息数据库;4、计算参数数据库;5、装有通信模块的移动终端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
图1是本发明基于多移动终端的无线定位系统的整体结构示意图。
如图1所示,本实施例所述的无线定位系统包括:
服务器1、定位算法处理模块2、数据库模块和多个装有通信模块的移动终端5;
多个装有通信模块的移动终端5组成一个网络,每个移动终端能够获取到通信半径之内周围其它移动终端节点的信息以及自身信息,并且,每个移动终端每隔特定时间向所述服务器1发送自身信息及其周围其它移动终端节点的信息;
所述服务器1接收到移动终端发送的信息后,首先将信息解析成标准格式并存储到所述数据库模块中,然后调用所述定位算法处理模块2对所述信息进行处理,以计算出目标移动终端的位置,并将该目标移动终端的位置返回给用户。
进一步的,所述数据库模块包括:基本信息数据库3和计算参数数据库4;所述基本信息数据库3和计算参数数据库4均由MYSQL实现。
其中,所述基本信息数据库3用于对移动终端发送的基本信息进行存储,所述基本信息包括移动终端自身的位置信息、周围其它移动终端节点的位置信息、接收到周围其他节点的信号强度以及对应的时间信息;
所述计算参数数据库4用于存储所述定位算法处理模块2需要的路径衰减值,路径衰减值的大小依赖于所在位置点的经度、纬度、时间、以及天气四个因素。
进一步的,所述通信模块包括:Lora通信模块。
进一步的,所述通信模块还包括:GPS通信模块;
在GPS通信受到干扰或失灵的情况下,所述移动终端上的所述Lora通信模块能够汇集周围其它移动终端节点的信息,并将该信息和该移动终端的自身信息一同传输给所述服务器1。
本实施例所述的无线定位系统可以应用于对车辆的定位。当目标车辆出现位置信息丢失的情况时,可通过其周围车辆节点的位置信息、信号强度以及所处环境来进行分析计算该目标车辆所处位置。
本实施例所述的无线定位系统通过装有Lora通信模块的移动端与服务器1进行通信,该系统能够在GPS通信受到干扰或失灵的情况下,利用Lora通信模块汇集周围移动车辆节点的信息,并将该信息传输给服务器1。可以理解的是,在GPS通信正常的情况下,该定位系统还是可以通过GPS通信模块与服务器1进行通信。本实施例所述的无线定位系统对移动终端的定位不强依赖于GPS信号,当GPS通信异常时,该系统依然能够实现对目标移动终端的远程定位,且定位误差小,精度高。
本发明还提供了一种基于多移动终端的无线定位方法的实施例。
如图2和图3所示,本实施例所述的无线定位方法,包括:
S1:从数据库中获取目标移动终端的周围其它移动终端节点的数据信息;其中,所述数据库中存储有移动终端每隔特定时间发送进来的移动终端自身信息及其周围其它移动终端节点的信息。
进一步的,该移动终端是通过Lora通信方式完成信息发送的。
进一步的,所述步骤S1包括:
根据目标移动终端的唯一标识信息从基本信息数据库3中取出目标移动终端周围其它移动终端节点的信息,并将该信息解析成用于计算的数据格式,过滤掉无效数据;
从计算参数数据库4中获取到定位算法处理所需要的路径衰减值。
S2:基于RSSI测距的定位算法计算出所述目标移动终端的位置;
进一步的,在实际使用中,本实施例所述的无线定位方法可以应用于对车辆的定位,即此时的移动终端为车辆,所述步骤S2包括:
设目标车辆周围有n辆车,分别为:
A1(x1,y1,m1)、A2(x2,y2,m2)、A3(x3,y3,m3)…An(xn,yn,mn),其中xi,yi,mi分别代表当前车辆的横坐标,纵坐标,以及通信信号强度,该横纵坐标经由车辆的定位信号的经纬度以及它在整个系统所处的相对位置转换而来;其中,所述横坐标为车辆定位信号经度转换后的值,所述纵坐标对应车辆定位信号纬度转换后的值,所述竖坐标对应车辆接收到的信号强度,单位为dB;
其中,定位信号与直角坐标之间的转换过程为:
设地球椭球长半轴为a(实际为6378137m),地球椭球短半轴为b(实际为6356752m),在地球某处存在点A(m,n),m代表该点所在经度,n代表该点所在纬度,将其转换为直角坐标系中为点A'(x,y),点A(m,n)与点A'(x,y)两者之间存在关系:
若信号的发射强度为mb,天线增益为ab,高斯白噪声为xσ,则Ai(xi,yi,mi)的信号衰减值:
PL(d)=mb-mi+ab 式(2)
无线信号传输的强度损耗与距离对应的关系为:
PL(d)=PL(d0)+10k*lg(d/d0)+Xσ 式(3)
其中,PL(d)表示在距离为d的接收点上信号的衰减,单位为dB;
Xσ表示均值为0的高斯白噪声;
k表示衰减因子;
将式(3)带入式(2)可求出当前车辆到目标车辆的距离di,
在上述的n个车辆A1(xA1,yA1,m1)、A2(xA2,yA2,m2)、A3(xA3,yA3,m3)…An(xn,yn,mn)中,任意取出4个数据点A1(xA1,yA1,m1),A2(xA2,yA2,m2),A3(xA3,yA3,m3),A4(xA4,yA4,m4)作为一组,如图4所示:
将A1看做一个固定点,则A1与剩下的三个点分别组合可得到三个组合A1A2A3、A1A2A4、A1A3A4;
对于A1A2A3,由式(2)和式(3)可计算得到A1、A2、A3到目标车辆的距离分别为d1、d2、d3,由几何原理可估算出目标车辆的一个估计位置为MA11(xA11,yA11):
同理,由A1A2A4、A1A3A4得出的该目标车辆的两个估计位置分别为:MA12(xA12,yA12)、MA13(xA13,yA13),将这三个估计位置的质心记作QA1(xqa1,yqa1):
进一步的,所述Xσ的取值范围是4~10;衰减因子k在不同的环境下,取值范围是不同的,一般取值范围为2~5,在本算法中,根据当前环境所处的经纬度、时间、天气信息,所述k的取值从所述计算参数数据库4中获取。
在实际环境中,信号的测距误差随着信标节点所处位置环境的不同而不同,而传统算法中参与定位的节点对目标的贡献所占的权重相同,使算法的误差较大,为了减小这种误差,应使得对于误差较大的节点,其参与位置计算的权重减小,所以采用如下步骤S3的处理方法进行修正。
S3:对步骤S2计算出的所述目标移动终端的位置进行修正,得到所述目标移动终端的最终位置。
进一步的,为了衡量A1对于定位误差的影响,根据A1到目标车辆的三个预估位置点MA11(xA11,yA11)、MA12(xA12,yA12)、MA13(xA13,yA13)的距离都相同以及式(5),反向推算出A1的一个位置,记作A1M(xA1m,yA1m),则A1的误差距离ΔdA1为:
重复上述步骤,再次取组(A2A3A4、A2A1A4、A2A1A3)、(A3A1A2、A3A1A4、A3A2A4)及(A4A1A2、A4A1A3、A4A2A3),求出A2、A3、A4的误差距离ΔdA2、ΔdA3、ΔdA4以及质心QA2(xqa2,yqa2)、QA3(xqa3,yqa3)和QA4(xqa4,yqa4);
计算权重系数kAi,
根据式(9)求解出由该组四个数据点A1(xA1,yA1,m1),A2(xA2,yA2,m2),A3(xA3,yA3,m3),A4(xA4,yA4,m4)确定出的所述目标车辆的一个修正位置(x,y),
将ΔdAi、xqai、yqai分别带入上式(9)得
进一步的,所述步骤S3还包括:
将该目标车辆周围的n辆车,以每四辆车为一组,求出该目标车辆的m个可能的修正位置点(xi,yi);
再求取这m个修正位置点的质心,得到所述目标车辆的最终位置为:
其中xi、yi分别为:以每四辆车为一组而求出的该目标车辆的一个修正位置的横、纵坐标,其中,
本实施例所述基于多移动终端的无线定位方法在现有的基于RSSI测距的定位算法的基础上,改进了三边定位算法,本实施例所采用的定位方法以四信标节点为基础,加入了误差前向反馈和权重参数,该定位方法能够根据每个节点的测距误差来修正其参与到目标定位的权重系数,使每个节点参与位置计算的权重能够自适应的调节,该处理过程能够在节点所处环境差异较大的情况下有效降低定位误差,提高定位的精度;此外,本定位方法对移动终端的定位不强依赖于GPS信号,当GPS通信异常时,该系统依然能够实现对目标移动终端的远程准确定位。
可以理解的是,上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考,在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是,流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解,本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,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模块中。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模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于多移动终端的无线定位系统,其特征在于,包括:
服务器、定位算法处理模块、数据库模块和多个装有通信模块的移动终端;
多个装有通信模块的移动终端组成一个网络,每个移动终端能够获取到通信半径之内周围其它移动终端节点的信息以及自身信息,并且,每个移动终端每隔特定时间向所述服务器发送自身信息及其周围其它移动终端节点的信息;
所述服务器接收到移动终端发送的信息后,首先将信息解析成标准格式并存储到所述数据库模块中,然后调用所述定位算法处理模块对所述信息进行处理,以计算出目标移动终端的位置,并将该目标移动终端的位置返回给用户。
2.根据权利要求1所述的无线定位系统,其特征在于,所述数据库模块包括:基本信息数据库和计算参数数据库;
其中,所述基本信息数据库用于对移动终端发送的基本信息进行存储,所述基本信息包括移动终端自身的位置信息、周围其它移动终端节点的位置信息、接收到的周围其他节点的信号强度以及对应的时间信息;
所述计算参数数据库用于存储所述定位算法处理模块需要的路径衰减值。
3.根据权利要求1或2所述的无线定位系统,其特征在于,所述通信模块包括:Lora通信模块。
4.根据权利要求3所述的无线定位系统,其特征在于,所述通信模块还包括:GPS通信模块;
在GPS通信受到干扰或失灵的情况下,所述移动终端上的所述Lora通信模块能够汇集周围其它移动终端节点的信息,并将该信息和该移动终端的自身信息一同传输给所述服务器。
5.一种基于多移动终端的无线定位方法,其特征在于,包括:
S1:从数据库中获取目标移动终端的周围其它移动终端节点的数据信息;
S2:基于RSSI测距的定位算法计算出所述目标移动终端的位置;
S3:对步骤S2计算出的所述目标移动终端的位置进行修正,得到所述目标移动终端的最终位置。
6.根据权利要求5所述的无线定位方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
根据目标移动终端的唯一标识信息从基本信息数据库中取出目标移动终端周围其它移动终端节点的信息,并将该信息解析成用于计算的数据格式;
从计算参数数据库中获取到定位算法处理所需要的路径衰减值。
7.根据权利要求6所述的无线定位方法,其特征在于,当移动终端为车辆时,所述步骤S2包括:
设目标车辆周围有n辆车,分别为:
A1(x1,y1,m1)、A2(x2,y2,m2)、A3(x3,y3,m3)…An(xn,yn,mn),其中xi,yi,mi分别代表当前车辆的横坐标,纵坐标,以及通信信号强度,该横纵坐标经由车辆的定位信号的经纬度以及它在整个系统所处的相对位置转换而来;其中,所述横坐标为车辆定位信号经度转换后的值,所述纵坐标对应车辆定位信号纬度转换后的值,所述竖坐标对应车辆接收到的信号强度,单位为dB;
其中,定位信号与直角坐标之间的转换过程为:
设地球椭球长半轴为a,地球椭球短半轴为b,在地球某处存在点A(m,n),m代表该点所在经度,n代表该点所在纬度,将其转换为直角坐标系中为点A'(x,y),点A(m,n)与点A'(x,y)两者之间存在关系:
若信号的发射强度为mb,天线增益为ab,高斯白噪声为xσ,则Ai(xi,yi,mi)的信号衰减值:
PL(d)=mb-mi+ab 式(2)
无线信号传输的强度损耗与距离对应的关系为:
PL(d)=PL(d0)+10k*lg(d/d0)+Xσ 式(3)
其中,PL(d)表示在距离为d的接收点上信号的衰减,单位为dB;
Xσ表示均值为0的高斯白噪声;
k表示衰减因子;
将式(3)带入式(1)可求出当前车辆到目标车辆的距离di,
在上述的n个车辆A1(xA1,yA1,m1)、A2(xA2,yA2,m2)、A3(xA3,yA3,m3)…An(xn,yn,mn)中,任意取出4个数据点A1(xA1,yA1,m1),A2(xA2,yA2,m2),A3(xA3,yA3,m3),A4(xA4,yA4,m4)作为一组;
将A1看做一个固定点,则A1与剩下的三个点分别组合可得到三个组合A1A2A3、A1A2A4、A1A3A4;
对于A1A2A3,由式(2)和式(3)可计算得到A1、A2、A3到目标车辆的距离分别为d1、d2、d3,由几何原理可估算出目标车辆的一个估计位置为MA11(xA11,yA11):
同理,由A1A2A4、A1A3A4得出的该目标车辆的两个估计位置分别为:MA12(xA12,yA12)、MA13(xA13,yA13),将这三个估计位置的质心记作QA1(xqa1,yqa1):
8.根据权利要求7所述的无线定位方法,其特征在于,所述Xσ的取值范围是4~10;所述k的取值从所述计算参数数据库中获取。
9.根据权利要求7或8所述的无线定位方法,其特征在于,所述步骤S3包括:
根据A1到目标车辆的三个预估位置点MA11(xA11,yA11)、MA12(xA12,yA12)、MA13(xA13,yA13)的距离都相同以及式(5),反向推算出A1的一个位置,记作A1M(xA1m,yA1m),则A1的误差距离ΔdA1为:
重复上述步骤,再次取组(A2A3A4、A2A1A4、A2A1A3)、(A3A1A2、A3A1A4、A3A2A4)及(A4A1A2、A4A1A3、A4A2A3),求出A2、A3、A4的误差距离ΔdA2、ΔdA3、ΔdA4以及质心QA2(xqa2,yqa2)、QA3(xqa3,yqa3)和QA4(xqa4,yqa4);
计算权重系数kAi,
根据式(9)求解出由该组四个数据点A1(xA1,yA1,m1),A2(xA2,yA2,m2),A3(xA3,yA3,m3),A4(xA4,yA4,m4)确定出的所述目标车辆的一个修正位置(x,y),
将ΔdAi、xqai、yqai分别带入上式(9)得
10.根据权利要求9所述的无线定位方法,其特征在于,所述步骤S3还包括:
将该目标车辆周围的n辆车,以每四辆车为一组,求出该目标车辆的m个可能的修正位置点(xi,yi);
再求取这m个修正位置点的质心,得到所述目标车辆的最终位置为:
其中xi、yi分别为:以每四辆车为一组而求出的该目标车辆的一个修正位置的横、纵坐标,其中,
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