CN113841427A - 协作定位 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的系统和方法。该系统包括经由无线网络彼此通信地耦合的多个无线节点。多个无线节点包括第一无线节点，该第一无线节点估计第一无线节点与相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计。第一无线节点接收每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型，并基于定位技术类型为每个相邻无线节点分配权重值。第一无线节点基于分配的权重值、当前位置估计和成对范围估计计算第一无线节点的初始位置估计，并确定第一无线节点的最终位置估计。

Description

协作定位
对相关申请的交叉引用/通过引用并入
无。
技术领域
本公开的各种实施例涉及无线定位技术。更具体而言，本公开的各种实施例涉及用于无线节点的包括成对范围测量和定位技术类型的协作定位的系统和方法。
背景技术
无线定位技术的进步为无线设备在不同地理位置的协作定位铺平了道路。在典型的协作定位设置中，各种无线设备可以具有位置传感器，诸如全球导航卫星系统(GNSS)传感器，其可以输出原始定位信息。在这样的设置中，每个无线设备可以从无线网络中的一些或所有无线设备接收定位信息。每个无线设备可以基于原始定位信息和从无线网络中的一些或所有无线设备接收到的定位信息来更新其地理位置。当一些或所有无线设备所采用的定位方法或位置传感器不准确或不如期望的准确度准确时，每个无线设备的地理位置估计的准确度下降。这可能进一步传播和放大跨无线网络中不同无线设备的地理位置的不准确测量，这可能导致地理位置估计的进一步不准确。
通过将所描述的系统与如本申请的其余部分中并参考附图所阐述的本公开的一些方面进行比较，常规和传统方法的其它限制和缺点对于本领域技术人员将是显而易见的。
发明内容
提供了一种如在至少一个图中所示和/或结合至少一个图所描述的用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的系统和方法，如在权利要求中更完整地阐述的。
本公开的这些和其它特征和优点可以通过对本公开的以下详细描述以及附图的审查来理解，其中相同的附图标记始终指代相同的部分。
附图说明
图1图示了根据本公开的实施例的用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的网络环境。
图2图示了根据本公开的实施例的用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的示例性系统的框图。
图3图示了根据本公开的另一个实施例的用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的示例性系统的框图。
图4图示了根据本公开的实施例的基于在每个无线电设备中使用的全球导航卫星系统(GNSS)技术类型的知识进行无线电设备的协作定位的示例性场景。
图5示出了根据本公开的实施例的基于在每个车辆中使用的GNSS技术类型的知识进行车辆的协作定位的示例性场景。
图6图示了根据本公开的实施例的描绘用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的示例性操作的流程图。
具体实施方式
本公开的某些实施例可以在用于使用通常在各个无线节点和各种无线标准中使用的成对范围测量和定位技术进行无线节点(例如，无线电设备)的协作定位的系统和方法中找到。本公开的多个实施例可以提供一种系统，该系统可以包括在无线网络中彼此通信地耦合的多个无线节点。在一些场景中，多个无线节点可以通信地耦合到服务器。多个无线节点中的每个无线节点可以被配置为与多个无线节点中的相邻无线节点集合共享当前位置估计和定位技术类型。本公开提供了一种协作定位方法来更新无线网络中诸如移动电话或车载定位设备之类的每个无线节点的初始位置估计。在所公开的协作定位方法中，每个无线节点可以与无线网络上的其它无线节点共享其位置估计的知识以及与对应无线节点所采用的定位技术类型相关联的信息。例如，定位技术类型可以包括位置传感器的类型、位置传感器使用的信号类型或位置传感器采用的定位方法的细节。就位置估计与地面真实值的偏差而言，不同的定位技术类型可能对应于不同的准确度水平。这可以帮助系统在计算各个无线节点的最终位置估计(即，初始位置估计和坐标校正估计)时为各个无线节点的位置估计加权并定义各个位置估计的准确度水平。
图1图示了根据本公开的实施例的用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的网络环境。参考图1，示出网络环境100。网络环境100包括系统102。系统102可以包括多个无线节点104和服务器106。多个无线节点104可以包括第一无线节点108和相邻无线节点集合110。多个无线节点104中的每个无线节点可以经由无线网络112彼此和/或与服务器106通信地耦合。在图1中，服务器106被示为经由无线网络112直接通信地耦合到多个无线节点104。但是，在一些实施例中，服务器106可以经由一个或多个无线接入点(WAP)或可以包括一个或多个有线或无线网络和网络网关的多跳网络通信地耦合到多个无线节点104。
根据实施例，系统102可以是集中式定位系统，其可以包括专用服务器，诸如服务器106，用于与多个无线节点104进行通信。在这样的配置中，多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为与服务器106和/或多个无线节点104中的相邻无线节点集合110共享信息，诸如当前位置估计和定位技术类型。作为示例，初始位置估计可以对应于基于由对应无线节点采用的定位技术类型获得的初始坐标近似值。专用服务器可以经由无线网络112从不同的无线节点接收信息并计算多个无线节点104中的每个无线节点的最终位置估计(校正坐标值)。最终位置估计可以包括对初始位置估计的坐标校正以获得针对多个无线节点104中的每个无线节点的准确且可靠的当前位置锁定。
根据另一个实施例，系统102可以是分布式系统，其可以包括多个无线节点104。在这样的配置中，多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为与多个无线节点104中的相邻无线节点集合110共享信息，诸如当前位置估计和定位技术类型。每个无线节点可以从不同的相邻无线节点接收这样的信息并且为自己计算最终位置估计。最终位置估计还可以经由无线网络112与相邻无线节点集合110中的剩余无线节点共享。
多个无线节点104可以是在特定时间分布在不同地理位置的一组电子设备。在某些实施例中，多个无线节点104可以包括未知位置节点集合和已知位置节点集合。未知位置节点可以是可能具有未知位置估计或可能缺乏能够在地理区域内定位自身的位置传感器的节点。类似地，已知位置节点可以是可以使用精确定位方法在地理区域中定位自身的节点(诸如锚节点)。已知位置节点的示例可以是可以在地理区域内具有固定、已知位置的勘测级基站。
多个无线节点104中的每个无线节点可以包括合适的逻辑、电路系统和接口，其可以被配置为经由无线网络112与多个无线节点104中的其它相邻无线节点进行通信。更具体而言，多个无线节点104中的每个无线节点还可以被配置为与多个无线节点104中的相邻无线节点集合110共享当前位置估计和定位技术类型。例如，无线节点可以检索当前定位信息(例如，来自全球导航卫星系统(GNSS)接收器的不确定性信息)并基于检索到的当前定位信息和不同相邻无线节点共享的当前位置估计来计算当前位置估计。
每个无线节点可以包括存储器、处理器、射频(RF)电路系统和位置传感器，诸如GNSS接收器。对于不同的无线节点，RF电路系统可能不同。RF电路系统的类型可以确定可以在地理区域中的多个无线节点104中的一对无线节点之间建立的无线通信的类型。RF电路系统的类型也可能影响不同的因素，诸如单个节点的无线通信的范围(即距离)、无线协议的类型、最大和最小数据速率、信号强度(或信号能量)、使用的频带、噪声水平以及携带与各个无线节点相关联的数据的RF信号到达的时间延迟。例如，与远程Wi-Fi电路系统相比，无线节点中的蓝牙低功耗(BLE)RF电路系统可以提供低能量和短程无线通信。
在一些实施例中，多个无线节点104中的每个无线节点可以包括位置传感器，该位置传感器可以输出多个无线节点104中的对应无线节点的当前定位信息。在其它实施例中，多个无线节点104中只有一部分可以具有位置传感器，并且无线节点中的其余无线节点可以依赖于来自相邻无线节点的信息，诸如当前位置估计，来识别地理区域中的最终位置估计。
服务器106可以包括合适的逻辑、电路系统和接口，其可以被配置为集中管理多个无线节点104中的每个无线节点的协作位置更新。服务器106可以被配置为接收多个无线节点104中的每个无线节点的当前位置估计和/或原始定位信息(来自各个位置传感器)。服务器106可以被配置为基于来自多个无线节点104中的不同无线节点对的当前位置估计(和/或原始当前定位信息)来确定每个无线节点的最终位置锁定(或最终位置估计)。
在一些实施例中，服务器106可以经由宿节点或通过不同的中间节点和无线接入点(WAP)通信地耦合到多个无线节点104中的每个无线节点。服务器106可以是云服务器、地理区域的无线网络112的专用服务器、或者可以是网络设备的分布式系统的一部分的服务器集群。服务器106的示例可以包括但不限于云服务器、媒体服务器(即作为内容交付网络的一部分)、本地通信设备(例如，智能电话)上的自组织服务器，以及通过无线网络112连接到不同无线接入点的远程或本地设备上的虚拟服务器。
第一无线节点108可以是电子设备(例如，无线电设备)，其可能需要精确地确定自身在地理区域中的最终位置估计。在一些实施例中，第一无线节点108可以是无线网络112中的未知位置节点集合中的一个。在这样的情况下，第一无线节点108可能不知道其在地理区域中的正确位置。在一些实施例中，第一无线节点108可能缺少位置传感器并且可能依赖于由连接到无线网络112的相邻无线节点集合110共享的信息。第一无线节点108的示例可以包括但不限于智能电话、智能手表、相机、用于车辆的车载定位系统、车辆、用于递送包裹的跟踪芯片、基站、服务器、中继器、无线路由器、个人计算机、笔记本电脑以及用于物联网(IOT)应用的不同通用或应用特定的传感器。
无线网络112可以包括多个无线节点104中的两个或更多个无线节点可以通过其彼此通信的介质。此外，无线网络112可以包括服务器106和/或无线网络112中的其它网络相关设备可以通过其提供彼此和与无线节点108的通信的介质。无线网络112可以根据电气和电子工程师协会(IEEE)的基础设施模式(基本服务集(BSS)配置)标准建立，或者在一些特定情况下，以自组织模式(独立基本服务集(IBSS)配置)建立。无线网络112可以建立在多个无线节点104的不同无线节点对之间。
无线网络112可以是无线传感器网络(WSN)、移动无线传感器网络(MWSN)、无线自组织网络、移动自组织网络(MANET)、无线Mesh网络(WMN)、广域网(WAN)、无线局域网(WLAN)、蜂窝网络、长期演进(LTE)网络或演进高速分组接入(HSPA+)等。无线网络112可以根据IEEE标准操作，诸如802无线标准或修改后的协议，其可以包括但不限于802.3、802.15.1、802.16(无线本地环路)、802.20(移动宽带无线接入(MBWA))、802.11-1997(遗留版本)、802.15.4、802.11a、802.11b、802.11g、802.11e、802.11i、802.11f、802.11c、802.11h(欧规专用)、802.11n、802.11j(日规专用)、802.11p、802.11ac、802.11ad、802.11ah、802.11aj、802.11ax、802.11ay、802.11az、802.11hr(高数据速率)、802.11af(空白空间频谱)、802.11-2007、802.11-2008、802.11-2012、802.11-2016。
对于不同的无线节点对，可以建立无线网络112以使用不同类型的通信，诸如短程通信或远程通信。短程通信可以是点对点通信、点对点视线(LOS)通信或点对多点通信。用于短程通信的协议的示例可以包括但不限于射频识别(RFID)、无线USB、专用短程通信(DSRC)和近场通信(NFC)(例如，NFC对等(NFC Peer-to-Peer))、蓝牙、或蓝牙低功耗(BLE)。用于不同类型通信的协议的其它示例可以包括但不限于ZigBee、个人局域网(PAN)、Wi-Max、无线城域网(WMAN)和本地多点分发服务。
在操作中，多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为经由无线网络112彼此和/或与服务器106通信。在一些实施例中，多个无线节点104中的每个无线节点可以包括位置传感器，该位置传感器可以输出多个无线节点104中的对应无线节点的当前定位信息。当前定位信息可以是原始位置信息，诸如来自GNSS接收器的伪距(pseudorange)数据。多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为基于当前定位信息计算自身的当前位置估计。当前位置估计可以对应于对应无线节点在地理区域中的近似位置或不太准确的位置。例如，无线节点(X)可以将其当前位置估计计算为准确到“100米”。但是，可能需要坐标校正(即校正估计)来更新无线节点(X)的当前位置估计并实现无线节点(X)的精确定位。替代地，多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为与多个无线节点104中的相邻无线节点集合110共享当前位置估计和定位技术类型。
多个无线节点104可以包括第一无线节点108，其在地理区域中在特定时间可能具有不精确的位置估计或未知位置。第一无线节点108的不准确位置估计或未知位置可能是第一无线节点108所采用的定位技术类型的结果。例如，定位技术类型可以对应于单频(L1)GNSS信号来估计当前位置估计。此外，在一些情况下，第一无线节点108的不精确位置估计或未知位置可能是不同因素的结果，诸如由位置传感器捕获的原始信号的较差的信号保真度或低信噪比(SNR，以dB为单位)、地理屏障(诸如隧道、山或高楼大厦)和/或低精度位置传感器的使用。
根据实施例，第一无线节点108可以通信地耦合到地理区域中的相邻无线节点集合110。相邻无线节点集合110中的每个相邻节点可以被配置为经由RF信号彼此和与第一无线节点108共享信息，诸如当前位置估计和定位技术类型。第一无线节点108可以被配置为经由无线网络112从相邻无线节点集合110中的每个相邻节点接收RF信号。此外，第一无线节点108可以被配置为估计第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计。多个成对范围估计中的每个成对范围估计可以对应于第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的对应相邻无线节点之间的距离(即，节点间距离)。多个成对范围估计的估计可以依赖于本领域普通技术人员可能已知的测距技术。测距技术的示例可以包括但不限于基于接收信号强度(RSS)的测距技术、基于到达时间(TOA)的测距技术或基于往返延迟(RTD)的测距技术。
作为示例，使用基于RSS的测距技术，第一无线节点108可以被配置为测量由相邻无线节点发送的RF信号的功率。使用定义的路径损耗模型，可以基于对RF信号的发射功率和不同环境参数的知识来估计成对范围估计(即，节点间距离)。作为另一个示例，使用基于TOA的测距技术，第一无线节点108可以测量RF信号行进到相邻无线节点或从相邻无线节点行进所需的时间(t)。然后可以基于光速(c)和测量的时间(t)来估计成对范围估计(即，节点内距离)。
根据实施例，第一无线节点108可以被配置为迭代地计算第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的对应相邻无线节点之间的测距误差。测距误差可以对应于第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的相邻无线节点之间的成对范围估计(使用测距技术测量)与欧几里德距离的偏差。第一无线节点108可以被配置为最小化第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的总测距误差(例如，总测距误差可以被建模为测距误差的平方和)。总测距误差的值可以指示测距技术对不同参数(诸如相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点所采用的定位技术类型)的灵敏度。测距技术的灵敏度的影响可以反映在相邻无线节点集合110的多个成对范围估计和总测距误差中。
第一无线节点108还可以被配置为经由无线网络112接收相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型。定位技术类型可以至少对应于与位置传感器相关联的位置传感器类型、用于估计当前位置估计的定位技术类型或信号类型。例如，定位技术类型可以对应于使用精确点定位(PPP)技术或基于双频GNSS信号(诸如“L1”和“L5”信号)的GNSS定位方法的GNSS接收器类型。定位技术类型的其它示例可以包括但不限于用于GNSS接收器、差分全球定位系统(DGPS)和勘测级GNSS接收器的实时运动学(RTK)技术。
第一无线节点108还可以被配置为基于相邻无线节点集合110中的相邻无线节点的定位技术类型为相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点分配权重值。例如，可能仅依赖“L1”GNSS信号的相邻无线节点(A)的当前位置估计的准确度可能低于可能使用双频GNSS信号(诸如“L1”和“L5”GNSS信号)的相邻无线节点(B)的当前位置估计的准确度。类似地，相邻无线节点(B)的当前位置估计的准确度可能低于可能使用勘测级GNSS接收器和惯性测量单元(IMU)的相邻无线节点(C)的当前位置估计的准确度。因此，基于向相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点分配权重值，可以基于由定位技术类型定义的相应准确度将偏好分配给不同的当前位置估计。
第一无线节点108还可以被配置为计算第一无线节点108的初始位置估计。初始位置估计可以表示第一无线节点108在地理区域中的初始坐标近似。初始位置估计可以基于针对相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和多个成对范围估计中的成对范围估计来计算。
根据实施例，初始位置估计的计算可以基于测距模型(例如，二维(2D)三边测量方法)，该模型可以由第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的数学测距方程集合表示。第一无线节点108可以被配置为通过迭代确定数学测距方程集合的解来确定初始位置估计。例如，对于“15”个相邻无线节点，可以求解“15”个测距方程集合以最优地估计第一无线节点108的初始位置估计。在数学测距方程集合的解的迭代确定中，可以最小化第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的总测距误差。
第一无线节点108还可以被配置为基于针对第一无线节点108计算出的初始位置估计和校正估计来确定第一无线节点108的最终位置估计。校正估计可以对应于校正初始位置估计与第一无线节点108的实际位置的偏差可能需要的坐标校正。
根据实施例，第一无线节点108还可以被配置为通过对第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的至少多个测距误差和多个欧几里得距离应用加权最小二乘(WLS)模型来估计第一无线节点108的正确估计。可以迭代地计算最终位置估计使得多个测距误差的总和或多个测距误差中的每一个的平方和最小。
第一无线节点108还可以被配置为经由无线网络112与相邻无线节点集合110共享最终位置估计和定位技术类型(由第一无线节点108使用)。类似于第一无线节点108，相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点可以被配置为确定相应的最终位置估计并且与其相应的相邻无线节点共享相应的最终位置估计。因此，在给定的时间段内，不同的无线节点可以以协作或合作的方式确定其相应的最终位置估计。
可以注意到，第一无线节点108对最终位置估计的确定遵循分散式(对等)协作定位方法(例如，图2中描述)，其中每个单独的无线节点负责基于来自无线网络112中相邻无线节点的信息更新其当前位置估计。此外，每个单独的无线节点可以基于相邻无线节点采用的定位技术类型自主决定更新和加权不同的相邻无线节点。但是，在一些实施例中，代替分散式(对等)协作定位方法，可以实现集中式协作定位方法(图3中描述)。在集中式协作定位方法中，多个无线节点104可以依赖服务器106基于由多个无线节点104中的每个无线节点与服务器106共享的诸如当前位置估计和定位技术类型之类的信息来确定多个无线节点104中的每个无线节点的最终位置估计。
图2图示了根据本公开的实施例的用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的示例性系统的框图。图2结合图1中的元素进行解释。参考图2，示出了包括第一无线节点108和相邻无线节点集合110的系统102。第一无线节点108可以经由无线网络112通信地耦合到相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点。第一无线节点108可以包括网络接口202、处理器204、存储器206和位置传感器208。在一些实施例中，相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点还可以包括网络接口、处理器、存储器和位置传感器。在其它实施例中，除了处理器和存储器之外，仅一些相邻无线节点可以包括位置传感器。
网络接口202可以是无线网络接口。网络接口202可以包括合适的逻辑、电路系统和接口，其可以被配置为与相邻无线节点集合110和/或服务器106进行通信。无线网络接口202可以对应于可以在开放系统互连(OSI)模型的前两层(即，物理层和数据链路层)中操作的无线网络接口控制器(WNIC)。网络接口202可以实现已知技术以支持第一无线节点108与相邻无线节点集合110的无线通信。网络接口202可以包括但不限于天线、射频(RF)收发器、一个或多个放大器、调谐器、一个或多个振荡器、数字信号处理器、编码器-解码器(CODEC)芯片组、用户身份模块(SIM)卡和/或本地缓冲器。
处理器204可以包括合适的逻辑、电路系统和接口，其可以被配置为使用协作定位方法确定地理区域中的第一无线节点108的最终位置估计(即，精确坐标)。此外，处理器204还可以被配置为管理第一无线节点108的数据通信要求。数据通信要求可以包括但不限于无线网络配置、无线信道接入、无线网络112上的设备注册、对数据分组的访问、解密和数据重构、使用已建立协议的设备认证等。处理器204可以基于不同的处理器技术、无线网络适配器和本领域普通技术人员已知的专用网络电路来实现。处理器204的示例可以包括但不限于基于x86的处理器、基于x86-64的处理器、精简指令集计算(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)处理器、复杂指令集计算(CISC)处理器、中央处理单元(CPU)、显式并行指令计算(EPIC)处理器、超长指令字(VLIW)处理器和/或其它处理器或电路。
存储器206可以包括合适的逻辑、电路系统和/或接口，其可以被配置为存储可由处理器204执行的指令。存储器206还可以被配置为存储信息，诸如来自相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的当前位置估计以及第一无线节点108的当前定位信息。存储器206还可以被配置为存储与相邻无线节点集合110中的不同相邻无线节点所使用的定位技术类型相关的元数据(例如，在无线网络112上注册的无线节点的列表)。存储器206还可以被配置为存储操作系统和相关联的应用。存储器206的实施方式的示例可以包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、CPU高速缓存和/或安全数字(SD)卡。
位置传感器208可以包括合适的逻辑、电路系统和/或接口，其可以被配置为生成第一无线节点108的当前定位信息(例如，原始定位数据)。位置传感器208可以与第一无线节点108的定位技术类型相关联。定位技术类型可以至少对应于与位置传感器相关联的位置传感器类型、定位技术类型或信号类型。例如，一种类型的定位技术可以是长期演进(LTE)网络中用于与移动用户装备(UE)相关联的无线节点的蜂窝定位技术。类似地，另一种类型的定位技术可以是用于GNSS接收器的PPP技术。类似地，信号的类型可以是用于GNSS接收器的双频GNSS信号(例如，“L1”和“L5”信号)、蜂窝RF信号或特定于蜂窝的参考信号，诸如LTE网络中的探测参考信号(SRS)和定位参考信号(PRS)。位置传感器208的示例可以包括但不限于GNSS接收器、辅助GNSS接收器或参考站，诸如知道其准确地理位置的基于地面的站、IMU或其组合。在一些情况下，位置传感器208可以是GNSS接收器和基于地面的站的组合，诸如勘测级基站。
在操作中，多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为与第一无线节点108和多个无线节点104中的相邻无线节点集合110共享当前位置估计和定位技术类型。当前位置估计可以是基于无线节点所采用的定位技术类型的无线节点的初始或最终坐标近似值。当前位置估计的准确度水平可以取决于对应无线节点使用的定位技术类型。定位技术类型可以至少对应于与位置传感器208相关联的位置传感器类型、定位技术类型或信号类型。在一些实施例中，定位技术类型可以对应于基于GNSS的定位技术、蜂窝定位技术、基于惯性测量的定位技术或其组合中的一种。
作为示例，无线节点(A)可以包括仅使用“L1”信号来确定地理区域中的当前位置估计的GNSS接收器。无线节点(B)可以包括使用双频GNSS信号(诸如“L1”和“L5”信号)的GNSS接收器。无线节点(C)可以包括GNSS接收器，其可以至少使用基于差分GNSS(D-GNSS)的定位技术、PPP技术、实时运动学(RTK)技术或其组合来确定自身的当前位置估计。无线节点(D)可以包括A-GNSS接收器，该接收器可以使用参考站，诸如eNodeB(演进通用陆地无线电接入(E-UTRA)LTE网络中的eNB)来确定自身的当前位置估计。
作为另一个示例，无线节点(E)可以在蜂窝网络(诸如LTE网络)上注册。在这种情况下，无线节点(E)可能依赖于蜂窝定位方法。蜂窝定位方法的示例可以包括但不限于LTE定位协议(LPP)、安全用户平面定位(SUPL)、增强蜂窝ID(CID)、观察到的到达时间差(OTDOA)、上行链路到达时间差(UTDOA)和其它RF指纹方法。蜂窝定位方法可以是本领域普通技术人员已知的。因此，为简洁起见，本公开省略了不同蜂窝定位方法的细节。
作为另一个示例，无线节点(F)可以实现混合定位方法。例如，在一种混合定位方法中，无线节点(F)可以实现蜂窝定位方法和GNSS接收器两者来确定自身的当前位置估计。在另一种混合定位方法中，例如，无线节点(F)可以实现惯性测量单元(IMU)(基于陀螺仪和/或加速度计数据)和GNSS接收器来确定自身的当前位置估计。
对于无线节点(A)、无线节点(B)、无线节点(C)、无线节点(D)、无线节点(E)和无线节点(F)中的每一个，当前位置估计的准确度水平可以不同。当前位置估计的准确度水平可以取决于由每个无线节点(A、B、C、D、E和F)采用的不同定位技术类型提供的相对准确度的差异。在一些情况下，当前位置估计的准确度水平还可以取决于本领域可能已知的几个因素。其中一些因素可以包括但不限于RF信号的SNR水平(指示当前定位信息)、多径反射、物理障碍物(例如，山脉、隧道等)、地理或大气条件、GNSS接收器的低卫星能见度，以及覆盖区域中无线节点的相对速度或加速度。
根据实施例，处理器204可以被配置为接收与相邻无线节点集合110相关联的辅助数据。辅助数据可以从服务器106、参考站或相邻无线节点集合110中的相邻无线节点接收。辅助数据可以包括配对信息，该配对信息指示相邻无线节点集合110是否可以与第一无线节点108配对的可能性。例如，配对信息可以包括可信证书、安全数字签名、公钥/私钥对，以及具有用于不间断通信的合适功率水平的相邻节点的列表。处理器204还可以被配置为基于接收到的辅助数据选择相邻无线节点集合110以接收当前位置估计和定位技术类型。
处理器204可以被配置为估计第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计。多个成对范围估计中的每个成对范围估计可以通过在第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的相邻无线节点之间应用测距技术来估计。测距技术可以是基于接收信号强度(RSS)的测距技术、基于到达时间(TOA)的测距技术或基于往返延迟(RTD)的测距技术中的一种。在三维(3D)中，每个成对范围估计可以对应于其中心与对应相邻无线节点的位置(即，XYZ坐标)重合的球体。在二维(2D)中，每个成对范围估计可以对应于其圆心与对应相邻无线节点的位置(即，x-y坐标)重合的圆。球体或圆的半径可以等于成对范围估计。
作为示例，在基于TOA的测距技术中，第一无线节点108(j)，即未知位置节点，可以被配置为测量消息(以RF信号的形式)行进到相邻无线节点(i)或从相邻无线节点(i)行进的时间(td)。成对范围估计(dij)可以对应于基于时间(td)和光速(c)的节点内距离。
处理器204还可以被配置为估计第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个测距误差。多个测距误差可以基于第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个欧几里德距离和多个成对范围估计来估计。更具体而言，多个测距误差中的每个测距误差可以通过在多个欧几里德距离中的一个欧几里得距离和多个成对范围估计中的一个成对范围估计的对上应用测距模型来估计。测距模型可以是2D几何模型(诸如三边测量模型)，或将每个测距误差表示为第一无线节点108和相邻无线节点集合110的对应相邻无线节点之间的欧几里德距离和成对范围估计的函数的3D几何模型。
作为示例，2D几何模型，诸如三边测量模型，可以用作测距模型来使用基于RSS的测距技术、基于TOA的测距技术或基于RTD的测距技术中的任一个来求解第一无线节点108(例如，无线电设备)的位置。2D几何模型可以由等式(1)给出，如下：
Figure BDA0003343958900000151
其中，
dij是第一无线节点108(即，第j个节点)和相邻无线节点(即，第i个节点)之间的成对范围估计；
(xj，yj)是第一无线节点108(即，第j个节点)的x-y坐标；
(xi，yi)是相邻无线节点(即，第i个节点)的已知x-y坐标(即，当前位置估计)；以及
eij是测距测量中的测距误差，其遵循高斯分布N(μ，σ2)，其中μ为均值和σ2为方差。当dij偏差时，μ非零。相邻无线节点的x-y坐标(xi，yi)可以是相邻无线节点(即，第i个相邻无线节点)的当前位置估计。当前位置估计(xi，yi)可以由第一无线节点108经由网络接口202接收。
处理器204可以被配置为经由无线网络112接收相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型。定位技术类型可以至少对应于与位置传感器208相关联的位置传感器类型、定位技术类型或信号类型。每个相邻无线节点的当前位置估计可以针对第一无线节点108的未知或不精确的坐标值用作测距模型(诸如由等式(1)给出的测距模型)中的已知坐标值。处理器204还可以被配置为基于相邻无线节点集合110中的对应相邻无线节点的定位技术类型为相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点分配权重值。
例如，相邻无线节点(P)的定位技术类型可以对应于使用“L1”和“L2”GNSS信号的GNSS接收器，并且相邻无线节点(Q)的定位技术类型可以对应于GNSS接收器和惯性测量单元(IMU)。在一些情况下，相邻无线节点(Q)所采用的定位技术类型的准确度可能比相邻无线节点(P)所采用的定位技术类型的准确度要好。在这种情况下，处理器204可以被配置为向相邻无线节点(Q)分配更高的权重值，例如“0.7”，并且向相邻无线节点(P)分配“0.5”。这里，“0.7”和“0.5”可以对应于“0和1”之间的归一化权重值。
作为示例，令eij是第一无线节点108(即，第j个节点)与相邻无线节点(即，第i个节点)之间的测距测量的测距误差。处理器204可以被配置为最小化多个测距误差的平方和。对于第一无线节点108(即，第j个节点)和相邻无线节点(即，相邻无线节点集合110的第i个节点)的每一对，多个测距误差的总和(S)可以由等式(2)给出，如下：
Figure BDA0003343958900000171
在等式(2)中，采用了测距误差(eij)的平方误差模型。在多个成对范围估计的一个或多个成对范围估计的测量中存在显著测距误差的情况下，多个测距误差的总和的值(S)可以对变化敏感。
在一些情况下，代替平方误差模型，M-估计器可以用于计算多个测距误差的总和(Sm)。M－估计器的使用可以减少基于由用于测距误差的另一个函数(即，ρ(eij))替换平方误差
Figure BDA0003343958900000172
的大测距误差的影响。总和(Sm)可以由等式(3)给出，如下：
Sm＝min∑ijρ(eij) (3)
其中ρ是对称的正函数，其中在0处具有唯一的最小值，并且被选择为比
Figure BDA0003343958900000173
中的平方函数增加更少。
在一些情况下，处理器204可以被配置为迭代地计算多个测距误差的总和(Sw)作为多个测距误差中的每一个的平方的加权和。可以迭代地计算总和(Sw)直到获得总和(Sw)的最小值。对于第一无线节点108(即，第j个节点)和相邻无线节点(即，相邻无线节点集合110的第i个节点)的每一对，总和(Sw)可以由等式(4)给出，如下：
Figure BDA0003343958900000174
其中，[n]指示迭代次数；以及
w(·)是对应于基于不同度量(诸如每个对应相邻无线节点(例如，相邻无线节点(i))所采用的定位技术类型)的分配权重值的加权函数。
在一些情况下，测距模型可以表示为非线性问题并且可以为测距模型中的不同参数找到初始值。这些不同的参数可以迭代地细化，其中值可以通过逐次逼近来获得。在这种情况下，可以使用非线性问题的最小二乘(LS)估计来最小化测距误差。例如，可以使用一阶泰勒级数近似来线性化由等式(1)给出的测距模型。线性化形式可以由等式(5)给出，如下：
Figure BDA0003343958900000181
其中，
H.O.T可以对应于泰勒级数展开的较高阶项；以及
Figure BDA0003343958900000182
和
Figure BDA0003343958900000183
可以是成对范围估计(dij)相对于xi和yi的偏导数。
Figure BDA0003343958900000184
和
Figure BDA0003343958900000185
可以用由坐标值近似(xj0，yj0)给出的第一无线节点108(第j个节点)的初始位置估计来估计。H.O.T可以从泰勒级数展开(由方程(5)给出)中删除，以获得方程(5)的线性近似。
从等式(5)中，每个无线节点(诸如第一无线节点108)可能有四个未知数(如等式(7)中所示)。这四个未知数可以包括两个初始坐标近似值(等式(7)中示为xj0,yj0)和这两个初始坐标近似值的两个坐标校正(等式(7)中示为dxj,dyj)。
为了估计最终位置估计，即，第一无线节点108的精确位置，可能需要计算初始位置估计和校正估计。处理器204还可以被配置为基于针对相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和多个成对范围估计中的成对范围估计来计算第一无线节点108的初始位置估计。可以使用最小数量的相邻无线节点和不同的权重度量(诸如测距不确定性、分配的权重值以及由相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点采用的定位技术类型)来计算初始位置估计。在一些实施例中，处理器204还可以被进一步配置为进一步基于第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个测距误差来计算第一无线节点108的初始位置估计。作为示例，(xj0，yj0)可以表示第一无线节点108的基于等式(5)给出的测距模型的线性近似的初始位置估计。
根据实施例，处理器204还可以被配置为通过对第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的至少多个测距误差和多个欧几里德距离应用加权最小二乘(WLS)模型来估计第一无线节点108的校正估计。校正估计可以补偿第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计中的估计的多个测距误差。
作为示例，校正估计的加权LS估计，即未知坐标校正集合，可以由等式(6)给出，如下：
Figure BDA0003343958900000191
其中，
Figure BDA0003343958900000192
θ是校正估计，即，第一无线节点108(诸如未知无线电设备)的未知坐标校正集合，并且z是相邻无线节点集合110内的相邻无线节点的数量。在基于手机的系统的情况下，z可以等于1；
Figure BDA0003343958900000193
J是第一无线节点108的未知坐标值的雅可比(Jacobean)矩阵，Fm可以对应于第m个欧几里德距离，并且m可以对应于与多个成对范围估计相关联的观察的数量；
Figure BDA0003343958900000194
W是加权矩阵，其可以等于多个成对范围估计(例如，dij)的方差-协方差矩阵Q的逆；
Figure BDA0003343958900000201
K是不闭合向量，它是从估计坐标评估的观察到的成对范围估计(dij)与欧几里得距离
Figure BDA0003343958900000202
之间的差值；并且
N＝(JTWT)是正规矩阵。
处理器204还可以被配置为基于针对第一无线节点108计算出的初始位置估计和校正估计来确定第一无线节点108的最终位置估计。最终位置估计可以用作使用协作定位方法的无线网络112中的第一无线节点108的精确坐标值。作为示例，从等式(5)中，(xj,yj)可以是第一无线节点108的最终位置估计(即，未知坐标)并且Θ(诸如，dxj和dyj)可以是对初始位置估计(即，坐标值近似)的校正估计(即，未知坐标校正)。(xj,yj)可以通过等式(7)估计，如下：
Figure BDA0003343958900000203
根据实施例，处理器204还可以被配置为将相邻无线节点集合110中的相邻无线节点的活动识别为无线网络112中的恶意活动。当相邻无线节点的多个测距误差中对应的测距误差大于阈值时，可以将该活动识别为恶意活动。在这样的情况下，处理器204还可以被配置为向相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点共享与所述相邻无线节点相关联的阻止信息。阻止信息可以包括所述相邻无线节点的恶意活动的细节。此外，在一些情况下，处理器204可以被配置为提出从无线网络112注销这样的相邻无线节点的请求。
继续协作定位方法，第一无线节点108可以被配置为与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点共享最终位置估计。以类似的方式，每个相邻无线节点可以基于来自不同相邻无线节点的共享最终位置估计来计算对应的最终位置估计。在特定时间段内，多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为基于来自多个无线节点104中的其它相邻无线节点的共享信息(当前位置估计和最终位置估计)来确定它们的最终位置估计。最终位置估计可以指示相对于对应无线节点的实际位置的最小定位误差(就坐标值而言)。
在一些实施例中，无线网络112中的多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为以刷新率更新它们相应的最终位置估计。刷新率可以对应于无线网络112中的多个无线节点104中的每个无线节点的最终位置估计的重新估计频率。刷新率可以在存储器206中预设或者可以由每个无线节点基于不同的因素(诸如不同无线节点的移动性、不同无线节点的速度以及确定多个无线节点104的最终位置估计时的总延迟)来选择。
图3图示了根据本公开的另一个实施例的用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的示例性系统的框图。参考图3，示出了包括服务器106的系统102。服务器106可以包括网络接口302、处理器304和存储器306。在一些实施例中，服务器106还可以包括位置传感器308。在这种情况下，服务器106还可以充当多个无线节点104的位置服务器。服务器106可以经由无线接入点310通信地耦合到第一无线节点108和相邻无线节点集合110。第一无线节点108可以经由无线网络112(由虚线表示)通信地耦合到相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点。在一些实施例中，多个无线节点104中的每个无线节点可以包括位置传感器。在其它实施例中，多个无线节点104中仅一些无线节点可以包括位置传感器。多个无线节点104中的每个无线节点可以包括专用网络接口以彼此和与服务器106通信。
网络接口302可以是有线或无线网络接口。网络接口302可以包括合适的逻辑、电路系统和接口，其可以被配置为经由无线接入点310与多个无线节点104进行通信。在一些实施例中，网络接口302可以对应于可以在开放系统互连(OSI)模型的前两层(即，物理层和数据链路层)中操作的无线网络接口控制器(WNIC)。网络接口302可以实现已知技术以支持第一无线节点108与相邻无线节点集合110的无线通信。网络接口302可以包括但不限于天线、射频(RF)收发器、一个或多个放大器、调谐器、一个或多个振荡器、数字信号处理器、编码器-解码器(CODEC)芯片组、用户身份模块(SIM)卡和/或本地缓冲器。
处理器304可以包括合适的逻辑、电路系统和接口，其可以被配置为使用协作定位方法确定地理区域中的多个无线节点104中的每个无线节点的最终位置估计(即，精确坐标)。在一些实施例中，处理器304还可以被配置为处理多个无线节点104的数据通信要求。数据通信要求可以包括但不限于无线网络配置、无线信道接入、无线接入点310上的设备注册、对数据分组的访问、解密、消息重构和使用已建立协议的设备认证等。处理器304可以基于不同的处理器技术、无线网络适配器和本领域普通技术人员已知的专用网络电路来实现。处理器304的示例可以包括但不限于基于x86的处理器、基于x86-64的处理器、精简指令集计算(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)处理器、复杂指令集计算(CISC)处理器、中央处理单元(CPU)、显式并行指令计算(EPIC)处理器、超长指令字(VLIW)处理器和/或其它处理器或电路。
存储器306可以包括合适的逻辑、电路系统和/或接口，其可以被配置为存储可由处理器304执行的指令。存储器306还可以被配置为存储信息，诸如来自多个无线节点104中的每个无线节点的当前位置估计。存储器306还可以被配置为存储与多个无线节点104中的不同无线节点使用的定位技术类型相关的元数据。例如，元数据可以包括在无线网络112和/或无线接入点310上注册的无线节点的列表。存储器306还可以被配置为存储操作系统和相关联的应用。存储器306的实施方式的示例可以包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、CPU高速缓存和/或安全数字(SD)卡。
位置传感器308可以包括合适的逻辑、电路系统和/或接口，其可以被配置为为服务器106生成当前定位信息(诸如，原始定位数据)。位置传感器308可以与服务器106的定位技术类型相关联。定位技术类型可以至少对应于与位置传感器308相关联的位置传感器类型、定位技术类型或信号类型。例如，一种类型的定位技术可以对应于勘测级GNSS接收器的使用。位置传感器208的示例可以包括但不限于GNSS接收器、辅助GNSS接收器或参考站，诸如知道其准确地理位置的基于地面的站、IMU或其组合。在一些情况下，位置传感器208可以是GNSS接收器和基于地面的站(诸如勘测级基站)的组合。
在操作中，处理器304可以被配置为与彼此和与服务器106通信地耦合的多个无线节点104通信。多个无线节点104中的每个无线节点可以与多个无线节点104中的相邻无线节点集合110和服务器106共享当前位置估计和定位技术类型。当前位置估计可以是对应无线节点的初始坐标近似(或准确位置估计)。当前位置估计的准确度水平可以取决于由对应无线节点使用的定位技术类型。定位技术类型可以对应于基于GNSS的定位技术、蜂窝定位技术、基于惯性测量的定位技术或其组合中的一种。
在一些实施例中，多个无线节点104中的每个无线节点中的位置传感器可以被配置为输出多个无线节点104中的对应无线节点的当前定位信息(例如，原始定位信息)。作为示例，来自无线节点的原始定位信息可以包括无线节点中的GNSS接收器的伪距估计、相移和/或时钟偏差。多个无线节点104中的每个无线节点可以经由无线接入点310与服务器106共享当前定位信息。在这种情况下，处理器304可以被配置为基于当前定位信息计算多个无线节点104中的每个无线节点的当前位置估计。
本文针对多个无线节点104中的第一无线节点108描述了协作定位方法。可以对多个无线节点104中的每个无线节点应用相同的方法。处理器304可以被配置为估计多个无线节点104中的第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计。多个成对范围估计中的成对范围估计可以对应于第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的相邻无线节点的对之间的节点间距离。多个成对范围估计中的每个成对范围估计可以通过在第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的相邻无线节点之间应用测距技术来估计。测距技术可以是基于接收信号强度(RSS)的测距技术、基于到达时间(TOA)的测距技术或基于往返延迟(RTD)的测距技术中的一种。可以采用测距模型来使用基于RSS的测距技术、基于TOA的测距技术或基于RTD的测距技术中的任一种来求解第一无线节点108(例如，无线电设备)的位置。等式(1)中给出了2D几何方法形式的测距模型的示例。
每个成对范围估计可以与对应成对范围估计的估计中的测距噪声或测距误差相关联。处理器304还可以被配置为估计第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个测距误差。每个测距误差可能遵循高斯分布N(μ,σ2)，其中μ为均值和σ2为方差。根据实施例，多个测距误差可以基于第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个欧几里得距离和多个成对范围估计来估计。测距模型中的测距误差的示例由等式(1)表示。
处理器304还可以被配置为接收第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型。处理器304还可以被配置为基于相邻无线节点集合110中的对应相邻无线节点的定位技术类型为相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点分配权重值。分配的权重值可以指示相邻无线节点集合110中的对应相邻无线节点的当前位置估计的准确度水平。当前位置估计的准确度水平可以取决于由对应无线节点采用的定位技术类型。
处理器304还可以被配置为计算第一无线节点108的初始位置估计。初始位置估计可以基于针对相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和多个成对范围估计中的成对范围估计来计算。根据实施例，处理器304可以被配置为进一步基于第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个测距误差来计算第一无线节点108的初始位置估计。初始位置估计可以对应于第一无线节点108的初始未知坐标近似值集合。可能需要坐标校正(即校正估计)来校正初始位置估计。坐标校正可以偏移初始位置估计的值并减少第一无线节点108的最终位置估计的确定中测距误差的影响。
处理器304可以被配置为估计第一无线节点108的校正估计，即位置调整。可以通过对第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的至少多个测距误差和多个欧几里德距离应用加权最小二乘(LS)模型来估计校正估计。加权最小二乘(WLS)模型的示例由等式(6)给出。处理器304还可以被配置为基于针对第一无线节点108计算出的初始位置估计和校正估计来确定第一无线节点108的最终位置估计。确定最终位置估计的示例由等式(6)给出。
继续协作定位方法，处理器304还可以被配置为与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点共享第一无线节点108的最终位置估计。以类似的方式，处理器304还可以被配置为基于与其它相邻无线节点共享的最终位置估计和跨多个无线节点104中的不同无线节点的最终位置估计来确定对相邻无线节点集合110中的其它相邻无线节点的最终位置估计。在特定时间段内，多个无线节点104中的每个无线节点可以利用最终位置估计得到更新，该最终位置估计可以指示相对于对应无线节点的实际位置的最小定位误差(就坐标值而言)。
在一些实施例中，前述协作定位方法可以由处理器304以刷新率迭代地执行。刷新率可以对应于多个无线节点104中的每个无线节点的最终位置估计的重新估计频率。刷新率可以存在于存储器306中或者可以由处理器304基于不同的因素(诸如不同无线节点的移动性、不同无线节点的速度或确定多个无线节点104的最终位置估计时的总延迟)来选择。
图4图示了根据本公开的实施例的基于在每个无线电设备中使用的(全球导航卫星系统)GNSS技术类型的知识进行无线电设备的协作定位的示例性场景。图4结合图1、2和3中的元素进行解释。参考图4，示出了基于在每个无线电设备中使用的GNSS技术类型的知识进行无线电设备的协作位置调整的示例性场景400。在示例性场景400中，示出了地理区域内的多个无线电设备402(由虚线圆圈表示)和通信地耦合到多个无线电设备402的服务器404。多个无线电设备402可以对应于多个无线节点104。多个无线电设备402可以包括启用混合GNSS的无线电设备406、启用双频GNSS的无线电设备408、启用单频GNSS的无线电设备410、多个已知位置无线电站412A、412B、412C和412D，以及启用PPP的无线电设备414。在图4中，虚线可以表示在多个无线电设备402的不同无线电设备对之间建立的无线网络。
在示例性场景400中，多个无线电设备402中的每个无线电设备可以与不同的定位技术类型相关联。例如，不同的定位技术类型可以对应于启用混合GNSS的无线电设备406中的混合GNSS接收器、启用双频GNSS的无线电设备408采用的双频定位方法、启用单频GNSS的无线电设备410采用的单频定位方法等。
根据实施例，多个无线电设备402中的每个无线电设备可以被配置为经由无线网络112与彼此和服务器404共享当前位置估计和对应无线电设备采用的定位技术类型。服务器404可以被配置为接收当前位置估计和多个无线电设备402中的每个无线电设备采用的定位技术类型。
当前位置估计的准确度水平可以基于地理区域中的各个无线电设备采用的定位技术类型。例如，启用混合GNSS的无线电设备406的当前位置估计可能比启用单频GNSS的无线电设备410的当前位置估计更准确，但不如启用PPP的无线电设备414的当前位置估计准确。多个已知位置无线电站412A、412B、412C和412D可以是固定站，其当前位置估计可以由勘测级GNSS接收器映射到固定的已知位置。因此，多个已知位置无线电站412A、412B、412C和412D中的每一个的当前位置估计在多个无线电设备402中可能是最准确的。在一些实施例中，多个已知位置无线电站412A、412B、412C和412D中的每一个可以对应于地理区域中的锚节点并且多个已知位置无线电站412A、412B、412C和412D中的每一个的当前位置估计可以充当多个无线电设备402中的剩余无线电设备的协同位置调整的参考位置值。
服务器404可以被配置为基于接收到的由多个无线电设备402中的对应无线电设备采用的定位技术类型来向多个无线电设备402中的每个无线电设备分配权重值。图2和图3中描述的协作定位方法也可以适用于多个无线电设备402，而不偏离本公开的范围。因此，为了简洁起见，在本公开的图4中省略了协作定位方法的细节。
图5图示了根据本公开的实施例的基于在每个车辆中使用的GNSS技术类型的知识进行车辆协作定位的示例性场景。图5结合图1、图2、图3和图4中的元素进行解释。参考图5，示出了基于在每个车辆中使用的GNSS技术类型的知识进行车辆的协作位置调整的示例性场景500。
在示例性场景500中，示出了包括多个车辆504A、504B和504C以及服务器506的车辆通信系统502。多个车辆504A、504B和504C可以经由无线网络(诸如无线网络112)彼此和与服务器506通信地耦合。在一些实施例中，多个车辆504A、504B和504C可以经由专用无线接入点(WAP)508彼此和与服务器506通信地耦合。在这种情况下，WAP 508可以被配置为使得多个车辆504A、504B和504C能够彼此和与服务器506通信。
在图5中，车辆通信系统502被描绘为车辆对车辆(V2V)通信系统和/或车辆对基础设施(V2I)通信系统。但是，本公开可以不限于此，并且在一些实施例中，车辆通信系统502可以是车辆对一切(V2X)通信系统。在V2X通信系统中，不同的设备、车辆、网络(例如，蜂窝网络)、用户装备和电网可以彼此通信地耦合。此外，在一些实施例中，车辆通信系统502可以是V2I通信系统、V2V通信系统、车辆对网络(V2N)通信系统、车辆对行人(V2P)通信系统、车辆对设备(V2D)通信系统、车辆对电网(V2G)通信系统或它们的组合。在一些实施例中，车辆通信系统502可以是用于不同车辆特定应用的智能交通系统(ITS)。车辆特定应用的示例可以包括但不限于自主/半自主/非自主驾驶应用、导航系统、路线规划应用、停车引导系统、用于自主/半自主驾驶车辆的变道决策系统、自主/半自主物流(诸如货物运输)，以及从仓库到客户场所的订单跟踪应用。
多个车辆504A、504B和504C中的每个车辆可以对应于多个无线节点104中的无线节点。多个车辆504A、504B和504C中的每个车辆可以采用定位方法来确定自身的当前位置估计。定位方法可以对应于与多个车辆504A、504B和504C中的每个车辆相关联的定位技术类型。例如，第一车辆504A可以采用使用单频GNSS信号来确定自身的当前位置估计的GNSS接收器。类似地，第二车辆504B可以采用混合GNSS接收器和惯性传感器(诸如IMU)来确定自身的当前位置估计。第三车辆504C可以依赖于GNSS接收器和蜂窝定位方法(例如，增强型蜂窝ID方法、LTE定位协议或安全用户平面定位协议)。
在一些实施例中，多个车辆504A、504B和504C中的每个车辆可以经由车辆网络彼此通信。可以根据一种或多种无线通信标准/协议建立用于多个车辆504A、504B和504C的车辆网络。无线通信标准/协议的示例可以包括但不限于车辆环境的无线接入(WAVE)、IEEE802.11p、专用短程通信(DSRC)标准、车辆自组织网络(VANET)、WiMAX(802.16)、蜂窝标准，诸如全球移动通信系统(GSM)、3G和LTE标准。
根据实施例，多个车辆504A、504B和504C中的每个车辆可以被配置为经由建立的车辆网络彼此和与服务器506共享当前位置估计和由对应车辆采用的定位技术类型。服务器506可以被配置为接收当前位置估计和由多个车辆504A、504B和504C中的每个车辆采用的定位技术类型。
当前位置估计的准确度水平可以基于由地理区域中的各个车辆采用的定位技术类型。服务器506可以被配置为基于接收到的由多个车辆504A、504B和504C中的对应车辆采用的定位技术类型来向多个车辆504A、504B和504C中的每个车辆分配权重值。图2和图3中描述的协作定位方法也适用于多个车辆504A、504B和504C，而不偏离本公开的范围。因此，为了简洁起见，从本公开的图5中省略了协作定位方法的细节。
图6图示了根据本公开的实施例的描绘用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的示例性操作的流程图。图6结合图1、图2、图3、图4和图5中的元素进行解释。参考图6，示出了流程图600。操作602至612可以在系统102中实现。从602到612的操作可以由第一无线节点108的处理器204和多个无线节点104的其它无线节点执行，作为用于多个无线节点104的分散式(或对等)协作定位方法的一部分。替代地，从602到612的操作可以由服务器106的处理器304执行，作为用于多个无线节点104的集中式协作定位方法的一部分。流程图600的操作可以在602处开始并进行到604。
在604处，可以在第一无线节点108和多个无线节点104中的相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间估计多个成对范围估计。根据实施例，处理器204(或处理器304)可以被配置为估计第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计。
在606处，可以经由无线网络112接收相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型。根据实施例，处理器204(或处理器304)可以被配置为经由无线网络112接收相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型。
在608处，可以基于相邻无线节点集合110中的对应无线节点的定位技术类型将权重值分配给相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点。根据实施例，处理器204(或处理器304)可以被配置为基于相邻无线节点集合110中的对应无线节点的定位技术类型向相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点分配权重值。
在610处，第一无线节点108的初始位置估计可以基于针对相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和多个成对范围估计中的成对范围估计来计算。根据实施例，处理器204(或处理器304)可以被配置为基于针对相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和多个成对范围估计中的成对范围估计来计算第一无线节点108的初始位置估计。
在612处，可以基于针对第一无线节点108计算出的初始位置估计和校正估计来确定第一无线节点108的最终位置估计。校正估计可以对应于对初始位置估计(诸如初始坐标近似)的未知坐标校正。根据实施例，处理器204(或处理器304)可以被配置为基于计算出的第一无线节点108的初始位置估计和校正估计来确定第一无线节点108的最终位置估计。控制传递到结束。
本公开的各种实施例可以提供非暂态计算机可读介质和/或存储介质，和/或其上存储有机器代码和/或指令的非暂态机器可读介质和/或存储介质，该机器代码和/或指令可由诸如服务器106或经由无线网络112彼此通信地耦合的多个无线节点104中的第一无线节点108和/或计算机之类的机器执行。指令可以使机器和/或计算机执行操作，操作包括估计第一无线节点108和多个无线节点104中的相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计。操作还可以包括经由无线网络112接收相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型。操作还可以包括基于相邻无线节点集合110中的对应相邻无线节点的定位技术类型向相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点分配权重值。操作还可以包括计算第一无线节点108的初始位置估计。初始位置估计可以基于针对相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和多个成对范围估计中的成对范围估计来计算。操作还可以包括基于计算出的第一无线节点108的初始位置估计和校正估计来确定第一无线节点108的最终位置估计。
本公开的某些实施例可以在用于使用成对范围测量和定位技术类型进行无线节点的协作定位的系统和方法中找到。本公开的各种实施例可以提供系统102，其可以包括在无线网络112中彼此通信地耦合的多个无线节点104。多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为与多个无线节点104中的相邻无线节点集合110共享当前位置估计和定位技术类型。多个无线节点104可以包括第一无线节点108。第一无线节点108可以包括处理器204。处理器204可以被配置为估计第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计。处理器204还可以被配置为经由无线网络112接收相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型。处理器204还可以被配置为基于相邻无线节点集合110中的对应相邻无线节点的定位技术类型为相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点分配权重值。处理器204还可以被配置为计算第一无线节点108的初始位置估计。初始位置估计可以基于针对相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和多个成对范围估计中的成对范围估计来计算。处理器204还可以被配置为基于计算出的第一无线节点108的初始位置估计和校正估计来确定第一无线节点108的最终位置估计。
根据实施例，处理器204还可以被配置为接收与相邻无线节点集合110相关联的辅助数据。辅助数据可以包括配对信息，该配对信息可以指示相邻无线节点集合110与第一无线节点108配对的可能性。处理器204还可以被配置为基于接收到的辅助数据选择相邻无线节点集合110以接收当前位置估计和定位技术类型。
根据实施例，多个无线节点104可以包括未知位置节点集合和已知位置节点集合。第一无线节点108可以是未知位置节点集合中的一个。多个无线节点104中的每个无线节点可以包括位置传感器，其输出多个无线节点104中的对应无线节点的当前定位信息。多个无线节点104中的每个无线节点可以被配置为基于当前定位信息计算当前位置估计。
根据实施例，位置传感器可以至少包括(全球导航卫星系统)GNSS传感器或惯性传感器。此外，定位技术类型可以至少对应于与位置传感器相关联的位置传感器类型、定位技术类型或信号类型。
根据实施例，多个成对范围估计中的每个成对范围估计可以通过在第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的相邻无线节点之间应用测距技术来估计。测距技术可以是基于接收信号强度(RSS)的测距技术、基于到达时间(TOA)的测距技术或基于往返延迟(RTD)的测距技术中的一种。
根据实施例，处理器204还可以被配置为估计第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个测距误差。可以基于第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个欧几里德距离和多个成对范围估计来估计多个测距误差。
根据实施例，多个测距误差中的每个测距误差可以通过对多个欧几里德距离中的欧几里德距离和多个成对范围估计中的成对范围估计值的对应用测距模型来估计。欧几里得距离和成对范围估计值的对可以在第一无线节点108和相邻无线节点集合110中的相邻无线节点之间。
根据实施例，处理器204可以被配置为进一步基于第一无线节点108和相邻无线节点集合110的每个相邻无线节点之间的多个测距误差来计算第一无线节点108的初始位置估计。
根据实施例，处理器204还可以被配置为通过对第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的至少多个测距误差和多个欧几里德距离应用加权最小二乘(WLS)模型来估计第一无线节点108的校正估计。可以迭代地计算最终位置估计使得多个测距误差的总和或多个测距误差中的每一个的平方和最小。
根据实施例，处理器204还可以被配置为当相邻无线节点的多个测距误差中的一个测距误差大于阈值时，将多个相邻无线节点中的对应相邻无线节点的活动识别为无线网络112中的恶意活动。处理器204还可以被配置为向相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点共享与该相邻无线节点相关联的阻止信息。阻止信息可以包括该相邻无线节点的恶意活动的细节。
本公开的各种实施例可以提供一种系统，该系统可以包括服务器106。服务器106可以包括处理器304。处理器304可以被配置为与彼此和与服务器106通信地耦合的多个无线节点104通信。多个无线节点104中的每个无线节点可以与多个无线节点104中的相邻无线节点集合110和服务器106共享当前位置估计和定位技术类型。处理器304还可以被配置为估计多个无线节点104中的第一无线节点108与相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计。处理器304还可以被配置为经由无线网络112接收相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型。处理器304还可以被配置为向相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点分配权重值。可以基于相邻无线节点集合110中的对应相邻无线节点的定位技术类型来分配权重值。处理器304还可以被配置为计算第一无线节点108的初始位置估计。初始位置估计可以基于针对相邻无线节点集合110中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和多个成对范围估计中的成对范围估计来计算。处理器304还可以被配置为基于计算出的第一无线节点108的初始位置估计和校正估计来确定第一无线节点108的最终位置估计。
根据实施例，多个无线节点104中的每个无线节点可以包括位置传感器，该位置传感器输出多个无线节点104中的对应无线节点的当前定位信息。多个无线节点104中的每个无线节点可以与服务器106共享当前位置估计。处理器304还可以被配置为基于当前定位信息计算多个无线节点104中的每个无线节点的当前位置估计。
本公开可以用硬件或者硬件和软件的组合来实现。本公开可以以集中式方式、在至少一个计算机系统中或以分布式方式实现，其中不同的元件可以分布在几个互连的计算机系统中。适于执行本文描述的方法的计算机系统或其它装置可能是合适的。硬件和软件的组合可以是具有计算机程序的通用计算机系统，该计算机程序在加载和执行时可以控制计算机系统使得它执行本文描述的方法。本公开可以在硬件中实现，该硬件包括也执行其它功能的集成电路的一部分。
本公开还可以嵌入在计算机程序产品中，该计算机程序产品包括能够实现本文描述的方法的所有特征，并且当加载到计算机系统中时能够支持这些方法。在本上下文中，计算机程序是指以任何语言、代码或符号表示的指令集的任何表达，该指令集旨在使具有信息处理能力的系统直接或在以下任一或两者之后执行特定功能：a)转换成另一种语言、代码或符号表示；b)以不同的物质形式进行复制。
虽然已经参考某些实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种改变并且可以替换等同物，而不脱离本公开的范围。此外，可以进行许多修改以使特定情况或材料适于本公开的教导，而不脱离本公开的范围。因此，本公开不限于所公开的特定实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (23)

1.一种系统，包括：
经由无线网络彼此通信地耦合的多个无线节点，
其中所述多个无线节点中的每个无线节点被配置为与所述多个无线节点中的相邻无线节点集合共享当前位置估计和定位技术类型，
其中所述多个无线节点包括第一无线节点，以及
其中第一无线节点包括处理器，所述处理器被配置为：
估计第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计；
经由无线网络接收所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型；
基于所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点的定位技术类型，为所述相邻无线节点集合中的对应相邻无线节点分配权重值；
基于针对所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和所述多个成对范围估计中的成对范围估计，计算第一无线节点的初始位置估计；以及
基于针对第一无线节点计算出的初始位置估计和校正估计确定第一无线节点的最终位置估计。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置为接收与所述相邻无线节点集合相关联的辅助数据，其中所述辅助数据包括指示所述相邻无线节点集合与第一无线节点配对的可能性的配对信息。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理器还被配置为基于接收到的辅助数据选择所述相邻无线节点集合来接收当前位置估计和定位技术类型。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个无线节点包括未知位置节点集合和已知位置节点集合。
5.根据权利要求4所述的系统，其中第一无线节点是未知位置节点集合中的一个节点。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个无线节点中的每个无线节点包括位置传感器，所述位置传感器输出所述多个无线节点中的对应无线节点的当前定位信息，以及
其中所述多个无线节点中的每个无线节点被配置为基于当前定位信息计算当前位置估计。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述位置传感器至少包括(全球导航卫星系统)GNSS传感器或惯性传感器。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述定位技术类型至少对应于与所述位置传感器相关联的位置传感器类型、定位技术类型或信号类型。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个成对范围估计中的每个成对范围估计是通过在第一无线节点和所述相邻无线节点集合中的相邻无线节点之间应用测距技术来估计的，以及
其中所述测距技术是基于接收信号强度(RSS)的测距技术、基于到达时间(TOA)的测距技术或基于往返延迟(RTD)的测距技术中的一种。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置为估计第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的多个测距误差，以及
其中所述多个测距误差是基于第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的多个欧几里得距离和所述多个成对范围估计来估计的。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述多个测距误差中的每个测距误差是通过将测距模型应用于第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的相邻无线节点之间的所述多个欧几里德距离中的欧几里得距离和所述多个成对范围估计中的成对范围估计的对来估计的。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述处理器被配置为进一步基于第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的所述多个测距误差来计算第一无线节点的初始位置估计。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置为通过至少对第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的多个测距误差和多个欧几里德距离应用加权最小二乘(LS)模型来估计第一无线节点的校正估计。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述最终位置估计被迭代地计算，使得多个测距误差的总和或所述多个测距误差中的每一个的平方和最小。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置为当所述相邻无线节点集合中的相邻无线节点的多个测距误差中的对应测距误差大于阈值时，将所述相邻无线节点的活动识别为所述无线网络中的恶意活动。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器还被配置为将与所述相邻无线节点相关联的阻止信息共享给所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点，其中所述阻止信息包括所述相邻无线节点的恶意活动的细节。
17.一种系统，包括：
服务器，所述服务器包括处理器，所述处理器被配置为：
与经由无线网络彼此和与服务器通信地耦合的多个无线节点通信，
其中所述多个无线节点中的每个无线节点与所述多个无线节点中的相邻无线节点集合和服务器共享当前位置估计和定位技术类型；
估计所述多个无线节点中的第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计；
接收所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型；
基于所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点的定位技术类型，为所述相邻无线节点集合中的对应相邻无线节点分配权重值；
基于针对所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和所述多个成对范围估计中的成对范围估计，计算第一无线节点的初始位置估计；以及
基于针对第一无线节点计算出的初始位置估计和校正估计确定第一无线节点的最终位置估计。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述多个无线节点中的每个无线节点包括位置传感器，所述位置传感器输出所述多个无线节点中的对应无线节点的当前定位信息，
其中所述多个无线节点中的每个无线节点与服务器共享当前位置估计，以及
其中所述处理器被配置为基于当前定位信息计算所述多个无线节点中的每个无线节点的当前位置估计。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述多个成对范围估计中的每个成对范围估计是通过在第一无线节点和所述相邻无线节点集合中的相邻无线节点之间应用测距技术来估计的，
其中所述测距技术是基于接收信号强度(RSS)的测距技术、基于到达时间(TOA)的测距技术或基于往返延迟(RTD)的测距技术中的一种。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述处理器还被配置为估计第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的多个测距误差，
其中所述多个测距误差是基于第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的多个欧几里得距离和所述多个成对范围估计来估计的。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述处理器被配置为进一步基于第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的所述多个测距误差来计算第一无线节点的初始位置估计。
22.根据权利要求17所述的系统，其中所述处理器还被配置为通过对第一无线节点与所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的至少多个测距误差和多个欧几里德距离应用加权最小二乘(LS)模型来估计第一无线节点的校正估计。
23.一种方法，包括：
在包括经由无线网络彼此通信地耦合的多个无线节点的系统中：
估计第一无线节点和所述多个无线节点的相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点之间的多个成对范围估计；
经由无线网络接收所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点的当前位置估计和定位技术类型；
基于所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点的定位技术类型，为所述相邻无线节点集合中的对应相邻无线节点分配权重值；
基于针对所述相邻无线节点集合中的每个相邻无线节点的分配的权重值、当前位置估计和所述多个成对范围估计中的成对范围估计，计算第一无线节点的初始位置估计；以及
基于针对第一无线节点计算出的初始位置估计和校正估计确定第一无线节点的最终位置估计。
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