CN113490141A - 一种基于递减最大圆半径的室内定位优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于递减最大圆半径的室内定位优化方法，在出现圆中圆的情况下递减最大圆的半径，使三个圆的位置关系发生改变，出现三圆两两相交的情况，之后再对其使用三角质心定位算法或加权三角质心定位算法进行后续的位置坐标估计，可以有效解决在圆中圆情况下直接使用原有质心定位算法导致近似点坐标精确度不高的问题。

Description

一种基于递减最大圆半径的室内定位优化方法
技术领域
本发明涉及一种室内定位方法。
背景技术
大型室内场所，例如商场，地下停车场等，面积较大，空间布局结构复杂，通道走廊交叉分布，人们难以较快得知自身的位置和周边的情况，需要室内定位技术的帮助，因此室内定位是目前热门的研究方向。室内定位原理是利用接收到的信号强度会随着传播距离的增大而减小的特点，通过设置三个信标接收发射器发射的信号，由三个信标测量得到的信号强度转换成信标到发射器的距离，可以形成三个圆。正常情况下，这三个圆之间的位置关系会出现两两相交形成一个公共区域，如图1所示，O1、O2、O3为信号接收器即信标，O点为待测点。此情况可以用加权三角质心定位算法或三角质心定位算法等定位算法进行位置坐标的估算。
然而，在实际环境的测试过程中，当无线信号受到各种因素的共同作用，尤其当待测点距离某一个信标过近时，会出现圆中圆这种较为极端的情况，如图2所述，圆O3内含圆O1。此情况下，传统质心定位法在出现圆中圆的情况时形成如图3所示的质心三角形过程为：连接圆心O3,O1分别与两圆交于M,N两点，其中O1和O3是出现的一对圆中圆的圆心，且O3为较大圆的圆心，取MN的中点A作为三角形的一个顶点；圆O3和圆O2相交于B,P两点，取距离第三个圆心O1较近的点B为三角形另一个顶点；C点取法同B点。三角形ABC为生成的质心三角形，此时A，B两点必然在圆O1外部，相对于待测点O的距离较远、偏差较大，导致求得的近似点的误差也较大。可见，直接使用加权三角质心定位算法或三角质心定位算法计算所得的质心三角形由于距离待测点O较远，导致近似点精确度不高，误差较大，其鲁棒性仍然存在着一定的不足。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于递减最大圆半径的室内定位优化方法，解决当待测点距离某一个信标过近时而出现圆中圆情况时，原有定位方法法精确度不高的问题。
技术方案：一种基于递减最大圆半径的室内定位优化方法，通过设置三个信标接收发射器发射的信号，由三个信标测量得到的信号强度转换成信标到发射器的距离，以信标坐标为圆心，以所述距离为半径分别形成形成三个圆，若出现圆中圆情况，位置坐标估算包括如下步骤：
步骤1：定义O1和O3是出现的一对圆中圆的圆心，找出圆中圆中较大圆O3的半径R；
步骤2：对圆O3的半径R进行步进长度为d的递减运算，递减之后半径为R'；
步骤3：当半径R递减至满足条件R'≤|O1O3|时，递减终止，形成半径为R'的圆O3；
步骤4：根据更新后的三个圆之间的位置关系，使用加权三角质心定位算法或三角质心定位算法进行位置坐标估算。
进一步的，步进长度
Figure BDA0003149015480000021
r1为圆O1的半径。
有益效果：本发明可以有效的处理在实际室内定位中，由于待测点距离信标过近产生圆中圆情况导致的近似点精确度不高的问题，使近似点精度达到有效提升，提高了定位算法的鲁棒性。
附图说明
图1为正常情况下三角定位方法中三圆位置关系示意图；
图2为当待测点O距离某一接收器较近时形成圆中圆的示意图；
图3为传统质心算法处理圆中圆情况示意图；
图4为本发明中递减最大圆半径方法示意图；
图5为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
一种基于递减最大圆半径的室内定位优化方法，通过设置三个信标接收发射器发射的信号，由三个信标测量得到的信号强度转换成信标到发射器的距离，以信标坐标为圆心，以该距离为半径分别形成形成三个圆，若出现圆中圆情况，如图4所示，位置坐标估算包括如下步骤：
步骤1：定义O1和O3是出现的一对圆中圆的圆心，找出圆中圆中较大圆O3的半径R；
步骤2：对圆O3的半径R进行步进长度为
Figure BDA0003149015480000022
的递减运算，r1为圆O1的半径，递减之后半径为R'，如图5所示，虚线箭头方向为最大圆半径递减方向；
步骤3：当半径R递减至满足条件R'≤|O1O3|时，递减终止，形成半径为R'的圆O3；
步骤4：根据更新后的三个圆之间的位置关系，使用加权三角质心定位算法或三角质心定位算法进行位置坐标估算，得出待测点的坐标估计。
针对传统室内质心定位法在出现圆中圆的情况时生成的三角形三点相对于待测点O的距离范围比较大，本发明通过递减最大圆半径，可以将测量值偏大的待测点与信标之间的距离进行减小，使得通过递减最大圆半径之后形成的三角形向待测点O靠拢，可以有效减小因为测量距离偏大造成的近似点误差。因此把递减最大圆半径之后得到的三角形质心作为近似点，其将会更加接近于待测点O，达到精度的有效提升。
以步进长度为
Figure BDA0003149015480000031
的递减运算，是因为O1圆是三个圆当中的最小圆，取
Figure BDA0003149015480000032
是为了使递减步长尽量小来提高精度，以防止大步进长度递减出现跳过算法最优解的情况。步进长度也不能取的过小，若步进长度取值过小将会增加计算次数，降低算法效率。O1圆的半径r1作为算法中已知的数据，符合要求。
以上所述仅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 (2)

1.一种基于递减最大圆半径的室内定位优化方法，其特征在于，通过设置三个信标接收发射器发射的信号，由三个信标测量得到的信号强度转换成信标到发射器的距离，以信标坐标为圆心，以所述距离为半径分别形成形成三个圆，若出现圆中圆情况，位置坐标估算包括如下步骤：
步骤1：定义O1和O3是出现的一对圆中圆的圆心，找出圆中圆中较大圆O3的半径R；
步骤2：对圆O3的半径R进行步进长度为d的递减运算，递减之后半径为R′；
步骤3：当半径R递减至满足条件R′≤|O1O3|时，递减终止，形成半径为R'的圆O3；
步骤4：根据更新后的三个圆之间的位置关系，使用加权三角质心定位算法或三角质心定位算法进行位置坐标估算。
2.根据权利要求1所述的基于递减最大圆半径的室内定位优化方法，其特征在于，步进长度
Figure FDA0003149015470000011
r1为圆O1的半径。
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