CN116249087A - 一种定位方法、装置、设备以及计算机存储介质 - Google Patents

一种定位方法、装置、设备以及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种定位方法、装置、设备以及计算机存储介质。该方法包括：获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；根据信号参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第一坐标信息；根据信号参数确定待定位标签对应的指纹参数，并根据指纹参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第二坐标信息；根据第一坐标信息和第二坐标信息进行位置修正，确定待定位标签的目标位置信息。这样，在进行室内定位时，将所得到的第一坐标信息与指纹定位所得到的坐标信息进行位置修正，使得最终得到的定位坐标的准确度高，从而提高了在复杂环境下的定位精度。

Description

一种定位方法、装置、设备以及计算机存储介质
技术领域
本申请涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种定位方法、装置、设备以及计算机存储介质。
背景技术
随着社会的不断发展进步，人们对基于位置服务的要求也日益增多，定位应用也随着信息化时代的发展越来越普及，定位包括室外定位和室内定位。目前室外卫星定位已经广泛应用于工业、物流、公共安全、商场、医院等领域，但是在室内环境下，由于建筑物对信号的遮挡，卫星定位的精度严重恶化，甚至无法定位，使其已失去用武之地。
近年来，人们对室内定位的需求日益增加，各种室内定位方法层出不穷，不同定位技术各有特色优势，适用于不同的室内定位场景。虽然相关技术已经存在一些室内定位的解决方案，但是这些解决方案仍然存在一些缺陷，例如，在复杂的非视距环境下由于无法准确测量两者的距离或距离差，导致定位会受到很大影响，严重降低了定位精度。
发明内容
本申请提出一种定位方法、装置、设备以及计算机存储介质，能够在复杂的非视距环境下提高室内定位精度。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种定位方法，该方法包括：
获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；
根据所述信号参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息；
根据所述信号参数确定所述待定位标签对应的指纹参数，并根据所述指纹参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第二坐标信息；
根据所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行位置修正，确定所述待定位标签的目标位置信息。
第二方面，本申请实施例提供了一种定位装置，该定位装置包括获取单元、定位单元和修正单元；其中，
所述获取单元，配置为获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；
所述定位单元，配置为根据所述信号参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息；
所述定位单元，还配置为根据所述信号参数确定所述待定位标签对应的指纹参数，并根据所述指纹参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第二坐标信息；
所述修正单元，配置为根据所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行位置修正，确定所述待定位标签的目标位置信息。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器；其中，
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如第一方面所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有定位程序，所述定位程序被至少一个处理器执行时实现如第一方面所述的方法。
本申请实施例所提供的一种定位方法、装置、设备以及计算机存储介质。获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；根据信号参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第一坐标信息；根据信号参数确定待定位标签对应的指纹参数，并根据指纹参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第二坐标信息；根据第一坐标信息和第二坐标信息进行位置修正，确定待定位标签的目标位置信息。这样，在进行室内定位时，将所得到的第一坐标信息与指纹定位所得到的坐标信息进行位置修正，使得最终得到的定位坐标的准确度高，从而提高了在复杂环境下的定位精度。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种定位方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种定位方法的详细流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种定位方法的定位原理示意图图；
图4为本申请实施例提供的另一种定位方法的定位原理示意图；
图5为本申请实施例提供的一种定位装置的组成结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种电子设备的组成结构示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种电子设备的组成结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。还需要指出，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅是用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
近年来，人们对室内定位的需求日益增加，各种室内定位方法层出不穷，不同定位技术各有特色优势，适用于不同的室内定位场景。目前，常见的主要有无线射频识别(radiofrequency identification devices，RFID)、蓝牙、无线局域网(Wireless Fidelity，WiFi)、5G、超宽带(Ultra Wide Bandwidth，UWB)、无线个域网(Zigbee)、超声波、红外线等，其中，UWB以其高时间分辨率、强穿透性、抗多径、抗干扰的特点备受关注，特别适合于需要较高定位精度和较复杂的场景下。
具体来讲，针对UWB室内定位技术普遍采用的飞行时间(Time of Flight，TOF)、到达时间差(Time Difference Of Arrival，TDOA)等两种定位方法，虽然TOF/TDOA定位方法充分利用了UWB信号高时间分辨率的特性，能够在无遮挡的视距(Line of Sight，LOS)环境下获得10～30厘米的定位精度，即能够获得较高的定位精度，然而在复杂的非视距(NonLine of Sight，NLOS)环境下的定位精度降低严重，导致定位会受到很大影响，不能满足很多场景下人员、设备的定位需求。
另外，WiFi、蓝牙定位技术可以基于接收到的信号强度指示(Received SignalStrength Indication，RSSI)进行定位。其中，定位标签根据接收到的各个定位基站(WiFiAP或蓝牙信标)的信号强度，并依据信道模型估算其与定位基站间的距离，同样利用圆周定位法求解定位标签的坐标。由信号强度估算距离依赖于信道模型的准确度，并且受多径效应、阴影效应的影响，很难获得较高的定位精度，一般只能在3～10米。
WiFi、蓝牙定位也可以采用指纹定位方法，事先将待定位区域划分成很多网格，并采集每个网格位置的信号特征(如信号强度)存入数据库，实际定位过程中将待定位标签接收到的指纹特征根据特定的匹配规则查询数据库并与数据库中的特征比对，来确定待定位标签的位置坐标。指纹定位法可以有效利用信号多径结构、阴影效应等，能够提高普通WiFi、蓝牙定位方法的定位精度，虽然具体精度也取决于指纹采集的密度，但由于所采用的指纹特征受环境影响依然较大，其定位精度一般只能在2～6米左右。
简言之，基于UWB的TOF、TDOA定位方法在LOS环境下能够获得较高的定位精度，然而在复杂的非视距环境下定位会受到很大影响。在待定位标签和定位基站之间有遮挡物存在时，直达径电磁波传播时间会增大，或者导致直达径判断错误，甚至不存在直达径，从而无法准确测量两者距离或距离差，严重降低定位精度。
本申请实施例要解决UWB TOF/TDOA在复杂非视距环境下的定位缺陷，可以通过借鉴WiFi、蓝牙的信号强度指纹定位方法，将UWB TOF/TDOA定位和TOF/TDOA指纹结合起来，即充分利用了TOF/TDOA定位高时间分辨率的特性，能够获得稳定的高精度定位，又利用了指纹定位抗NLOS影响的特性，显著提升了复杂场景下的定位精度，TOF、TDOA指纹相比于WiFi、蓝牙的信号强度等指纹有更稳定的时不变特性，不会受到新增发射基站、调整发射功率等的影响，并且UWB信号强穿透性、抗多径、抗干扰的特性进一步加强了这一优势。
基于此，本申请实施例提出了一种定位方法，该方法的基本思想为：获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；根据信号参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第一坐标信息；根据信号参数确定待定位标签对应的指纹参数，并根据指纹参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第二坐标信息；根据第一坐标信息和第二坐标信息进行位置修正，确定待定位标签的目标位置信息。这样，在进行室内定位时，将所得到的第一坐标信息与指纹定位所得到的坐标信息进行位置修正，使得最终得到的定位坐标的准确度高，从而提高了在复杂环境下的定位精度。
下面将结合附图对本申请各实施例进行详细说明。
实施例一
本申请的一实施例中，参见图1，其示出了本申请实施例提供的一种定位方法的流程示意图。如图1所示，该方法可以包括：
S101：获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数。
需要说明的是，本申请实施例提供的定位方法可以应用于需要进行定位的装置，或者集成有该装置的电子设备。这里，电子设备可以是诸如计算机、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、导航装置、服务器等等，本申请实施例对此不作具体限定。
还需要说明的是，在本申请实施例中，待定位标签可以设置在电子设备中，也可以是待定位标签与电子设备单独设置。在这里，电子设备与这至少一个基站中的各个基站之间存在通信连接，以便电子设备能够获取到待定位标签与至少一个基站之间的信号参数。
在一些实施例中，对于S101来说，所述获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数，可以包括：
通过所述待定位标签向至少一个基站发送定位请求信号；
根据所述至少一个基站各自接收到的所述定位请求信号，获得所述待定位标签与所述至少一个基站之间的信号参数。
需要说明的是，当需要确定待定位标签的位置信息时，该待定位标签会对周围的至少一个基站发送定位请求信号，这至少一个基站分别确定自身与待定位标签之间的信号参数，这里的信号参数可以反映基站与待定位标签之间的信号质量。
S102：根据所述信号参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息。
需要说明的是，在本申请实施例中，第一坐标信息可以是采用超宽带室内定位方法中的多点定位方法确定的，例如，采用TOF/TDOA定位方法确定的。
还需要说明的是，在本申请实施例中，所述信号参数至少可以包括多径特征参数；其中，多径特征参数可以包括下述至少之一：首径分量幅值参数、首径分量时延参数、最强径分量幅值参数和最强径分量时延参数。
在这里，首径分量幅值参数用Afp表示，首径分量时延参数用Tfp表示，最强径分量幅值参数用Apk表示，最强径分量时延参数用Tpk表示。
进一步地，当信号参数具体是指多径特征参数时，在一些实施例中，对于S102来说，所述根据所述信号参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息，可以包括：
根据所述待定位标签与所述至少一个基站之间的多径特征参数，确定所述至少一个基站各自的品质因数；
根据所述至少一个基站各自的品质因数，从所述至少一个基站中确定若干个目标基站；
根据所述若干个目标基站对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息。
需要说明的是，本申请实施例可以采用飞行时间定位方法或者到达时间差定位方法，确定出这至少一个基站各自的品质因数；然后通过品质因数较高的若干个基站的飞行时间或者到达时间差的相关参数进行待定位标签的多点定位，从而得到第一坐标信息。在这里，品质因数越高，意味着该基站与待定位标签之间的信号质量越好；也就是说，品质因数可以表征信号质量的好坏。
进一步地，由于多径特征参数可以包括下述至少之一：首径分量幅值参数、首径分量时延参数、最强径分量幅值参数和最强径分量时延参数；因此，在一些实施例中，当所述待定位标签与第一基站之间通信时，该方法还可以包括：
若所述首径分量时延参数与所述最强径分量时延参数的差值小于预设下限值，或者，所述首径分量幅值参数与所述最强径分量幅值参数的差值小于预设下限值，则确定所述待定位标签与所述第一基站的通信处于完全视距状态；
若所述首径分量时延参数与所述最强径分量时延参数之间的差值大于预设上限值，则确定所述待定位标签与所述第一基站的通信处于非视距状态。
需要说明的是，这里的第一基站为所述至少一个基站中的任意一个基站。
还需要说明的是，在判断待定位标签对于第一基站来说是处于视距状态还是非视距状态时，具体是看待定位标签与第一基站之间传输信号的品质因数，品质因数处于0到1之间，数值越大，则说明信号质量越好。
示例性地，当首径分量时延Tfp与最强径分量时延Apk相差很小时，或首径分量幅值Afp与最强径分量幅值Apk相差很小时，则认为UWB信号质量很好，UWB信号时间戳可信度很高，当前的待定位标签与基站的通信处于完全LOS(视距)状态，品质因数
Figure BDA0003400177120000081
例如，当
Figure BDA0003400177120000082
时，
Figure BDA0003400177120000083
或者当|Tpk-Tfp|≤3.3ns时，
Figure BDA0003400177120000084
当首径分量时延Tfp与最强径分量时延Tpk相差过大时，则认为UWB信号质量不好，当前的待定位标签与基站的通信处于NLOS(非视距)状态，品质因数
Figure BDA0003400177120000085
例如，当|Tpk-Tfp|≥6.0ns时，
Figure BDA0003400177120000086
进一步地，在一些具体的实施例中，所述根据所述若干个目标基站对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息，可以包括：
利用飞行时间定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算，得到所述待定位标签的第一坐标信息；或者，
利用到达时间差定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算，得到所述待定位标签的第一坐标信息。
需要说明的是，在本申请实施例中，飞行时间定位又称为圆周定位，具体地，通过双向测距方法测量得到待定位标签(x,y)与各个基站(xi,yi)之间的距离Ri(i＝1,2,3……N，N是基站个数)，然后构建如下距离方程组求解得到待定位标签的第一坐标信息，可以用(x,y)表示，具体计算如下，
Figure BDA0003400177120000087
还需要说明的是，在本申请实施例中，到达时间差定位又称双曲线定位，利用待定位标签发送信号到达各个基站间的时间差进行定位。待定位标签发送一次定位报文，到达不同基站的时间点不一样的，根据时间差可计算出待定位标签到两个基站的距离差，并构建如下双曲线方程组求解得到待定位标签的第一坐标信息，可以用(x,y)表示，具体计算如下，
Figure BDA0003400177120000091
这样，根据飞行时间定位方法或者到达时间差定位方法，然后按照圆周定位或双曲线定位的计算步骤，可以确定出待定位标签的第一坐标信息。
S103：根据所述信号参数确定所述待定位标签对应的指纹参数，并根据所述指纹参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第二坐标信息。
需要说明的是，在本申请实施例中，指纹参数可以是飞行时间值/到达时间差值的平均值和标准差。在具体的应用中，需要预设一个预设指纹库，预设指纹库具体可以是指纹参数与坐标关系的关系型数据库，而且预设指纹库中的预设指纹的密度越大，则在待定位标签进行定位时准确度就越高。
在一些实施例中，所述预设参数值包括下述其中之一：飞行时间值和到达时间差值，所述方法还可以包括：
在利用飞行时间定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算的过程中，计算得到所述待定位标签和所述若干个目标基站之间的飞行时间值；或者，
在利用到达时间差定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算的过程中，计算得到所述待定位标签和所述若干个目标基站之间的到达时间差值。
需要说明的是，在确定待定位坐标的指纹参数时，可以通过上述方法确定出待定位标签与若干个目标基站之间的指纹参数。另外，在一些实施例中，也可以按照上述方法确定出预设指纹库中包含的指纹参数。
进一步地，在一些实施例中，对于S103来说，所述根据所述信号参数确定所述待定位标签对应的指纹参数，可以包括：
根据所述信号参数，确定所述待定位标签和所述若干个目标基站之间的预设参数值；
对所述确定的若干个预设参数值进行均值和标准差计算，得到目标均值和目标标准差值；
将所述目标均值和所述目标标准差值确定为所述待定位标签对应的指纹参数。
需要说明的是，预设参数值可以包括飞行时间值和到达时间差值。在进行指纹参数确定时，首先需要确定出参与定位计算的若干个基站，然后再分别计算出飞行时间值和到达时间差值的平均值和标准差，将飞行时间值和到达时间差值的平均值和标准差作为待定位标签的指纹参数。
还需要说明的是，在一些实施例中，对于S103来说，所述根据所述指纹参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第二坐标信息，可以包括：
获取预设指纹库；其中，所述预设指纹库包括至少一组预设指纹参数以及各自对应的预设坐标信息；
基于所述指纹参数与所述预设指纹库，利用预设K近邻算法确定出K个预设坐标信息；
对所述K个预设坐标信息进行加权求和计算，得到所述待定位标签的第二坐标信息。
需要说明的是，在获取预设指纹库之后，可以基于所述指纹参数与所述预设指纹库来确定出K个预设坐标信息。在确定出K个预设坐标信息之前，该方法还可以包括计算预设指纹库中的预设指纹参数与待定位标签的指纹参数的相似度。因此，在一些实施例中，所述基于所述指纹参数与所述预设指纹库，利用预设K近邻算法确定出K个预设坐标信息，可以包括：
将所述指纹参数与所述预设指纹库中的每一组预设指纹参数进行相似度计算，得到所述指纹参数与每一组预设指纹参数的相似度值；
从所得到的相似度值中选取K个最小相似度值，并确定所述K个最小相似度值对应的预设指纹参数；
根据所述K个最小相似度值对应的预设指纹参数，获得所述K个预设坐标信息。
需要说明的是，在具体应用中，可以采用计算预设指纹参数与待定位标签的指纹参数之间的欧式距离来确定两者的相似度。
在本申请实施例中，在利用预设预设指纹库来确定待定位标签的具体坐标的过程中，首先采用欧式距离衡量待定位标签所在位置的指纹与预设指纹库中的第i个指纹的相似度，得到待定位标签的指纹参数与预设指纹库中的指纹参数的相似度
Figure BDA0003400177120000111
其中，m代表TOF或TDOA值的平均值，s代表TOF或TDOA值的标准差，mi、si则分别代表预设指纹库中相应的平均值、标准差。
然后采用限定半径的加权K近邻法计算待定位标签的第二坐标信息，具体可以是选取TDOA定位结果坐标附近di最小的K个指纹的位置(xj,yj),j＝1,2,3,…K，求得待定位标签的第二坐标信息，具体计算如下，
Figure BDA0003400177120000112
其中，ε取一个远小于di的正数，保证计算过程中分母不为零。
S104：根据所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行位置修正，确定所述待定位标签的目标位置信息。
需要说明的是，本申请实施例可以综合考虑信号质量分析结果，即融合步骤S102和S103所得到的第一坐标信息和第二坐标信息，进而得到最终的位置结果。
具体地，在一些实施例中，所述根据所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行位置修正，确定所述待定位标签的目标位置信息，可以包括：
确定所述第一坐标信息对应的第一置信度值；
根据所述第一置信度值，确定所述第二坐标信息对应的第二置信度值；
根据所述第一置信度值和所述第二置信度值对所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行加权求和计算，得到所述待定位标签的目标定位结果。
需要说明的是，第一置信度值与第二置信度值的和为1。在实际应用中，可以通过第一置信度值来计算第二置信度值，具体地，第二置信度值＝(1-第一置信度值)。
示例性地，在确定最终的目标位置坐标的过程中，可以根据TOF/TDOA定位结果(xt，yt)和TOF/TDOA指纹定位结果(xf，yf)(即前述实施例中的第二坐标信息)，得到目标位置坐标(x，y)＝Φ(xt，yt)+(1-Φ)(xf，yf)，其中，Φ表示第一置信度值。
还需要说明的是，在一种具体的实现方式中，所述确定所述第一坐标信息对应的第一置信度值，可以包括：
获取所述若干个目标基站各自的品质因数；
对所述若干个目标基站各自的品质因数进行均值计算，将计算结果确定为所述第一置信度值；其中，当所述若干个目标基站的数目小于最小允许数目时，确定所述第一置信度值等于零。
需要说明的是，在实际应用中，确定第一置信度的过程中如果按照TOF定位方法进行计算时，若目标基站的数目小于3个，则认为第一置信度为0；如果按照TDOA定位方法进行计算时，若目标基站的数目小于4个，则认为第一置信度为0。
也就是说，在本申请实施例中，将UWB TOF/TDOA定位和TOF/TDOA指纹相结合，在定位阶段首先分析待定位标签与各个定位基站间的信号质量，然后分别进行TOF/TDOA定位和TOF/TDOA指纹定位，再依据信号质量分析结果，并结合两种定位结果对待定位标签的位置进行修正，从而得到最后输出的目标位置信息，既充分利用了TOF/TDOA定位高时间分辨率的特性，能够获得稳定的高精度定位，又利用了指纹定位抗NLOS影响的特性，显著提升了复杂场景下的定位精度。
本实施例提供了一种定位方法，通过获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；根据信号参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第一坐标信息；根据信号参数确定待定位标签对应的指纹参数，并根据指纹参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第二坐标信息；根据第一坐标信息和第二坐标信息进行位置修正，确定待定位标签的目标位置信息。这样，将所得到的第一坐标信息与指纹定位所得到的坐标信息进行位置修正，使得最终得到的定位坐标的准确度高，从而提高了在复杂环境下的定位精度。
实施例二
基于前述实施例相同的发明构思，参见图2，其示出了本申请实施例提供的一种定位方法的详细流程示意图，如图2所示，该方法可以包括：
S201：待定位标签发送定位请求信号。
S202：通过信号质量分析模块分析各个定位基站的信号质量。
具体地，根据各个定位基站接收到的待定位标签信号的多径特征、TOF值或TDOA值，得出一个表征信号质量的品质因数，并判断待定位标签与各个定位基站间是否处于NLOS状态。
在一些具体的实施例中，信号质量分析模块中，主要分析定位基站接收到的待定位标签信号的多径特征，得出一个表征信号质量的品质因数
Figure BDA0003400177120000137
该因数范围是[0，1]，数值越大表明信号质量越好。待分析的UWB多径特征包括首径分量的幅值Afp、首径分量的时延Tfp、最强径分量的幅值Apk、最强径分量的时延Tpk。
当首径分量时延Tfp与最强径分量时延Tpk相差很小时，或首径分量幅值Afp与最强径分量幅值Apk相差很小时，则认为UWB信号质量很好，UWB信号时间戳可信度很高，当前待定位标签与基站的通信处于完全LOS(视距)状态，品质因数
Figure BDA0003400177120000131
常见情况为当
Figure BDA0003400177120000132
时，
Figure BDA0003400177120000133
以及当|Tpk-Tfp|≤3.3ns时，
Figure BDA0003400177120000134
当首径分量时延Tfp与最强径分量时延Tpk相差过大时，则认为UWB信号质量不好，当前待定位标签与基站的通信处于NLOS(非视距)状态，品质因数
Figure BDA0003400177120000135
常见情况为当|Tpk-Tfp|≥6.0ns时，
Figure BDA0003400177120000136
在其他情况下，即首径分量时延Tfp与最强径分量时延Tpk相差不大不小，且首径分量幅值Afp与最强径分量幅值Apk相差也没有很小时，根据两分量的时延差值计算品质因数，具体地，当3.3ns＜Dt＜6.0ns时，
Figure BDA0003400177120000141
其中Dt＝|Tpk-Tfp|。
S203：通过飞行时间或到达时间差(TOF/TDOA)定位模块对待定位标签位置进行定位。
在一些具体的实施例中，TOF/TDOA定位模块中，首先，根据待定位标签与多个不同基站间通信的品质因数，尽可能选取品质因数高的基站参与定位解算；另外，设置一个品质因数阈值(可取0.7)，当某个基站该次通信的品质因数低于该阈值时，则这个基站不能用于定位解算。TOF/TDOA定位解算按照圆周定位或双曲线定位的步骤进行。
具体地，根据TOF或TDOA法计算待定位标签坐标的方法，可以包括：
目前UWB室内定位技术普遍采用TOF(飞行时间)、TDOA(到达时间差)两种定位方法。TOF定位又称为圆周定位，是通过双向测距方法测量得到待定位标签(x，y)与各个基站(xi，yi)之间的距离Ri(i＝1，2，3......N，N是基站个数)，然后构建如式(1)所示的距离方程组求解得到待定位标签的坐标值(x，y)。其物理意义如图3所示，即是求解几个圆的交点。
TDOA定位又称双曲线定位，利用待定位标签发送信号到达各个基站间的时间差进行定位。待定位标签发送一次定位报文，到达不同基站的时间点不一样的，根据时间差可计算出待定位标签到两个基站的距离差，并构建如式(2)所示的双曲线方程组求解得到待定位标签的坐标值(x，y)，即前述实施例所述的(xt，yt)，也即TOF/TDOA定位结果。其物理意义如图4所示，即是求解几个双曲线的交点。
S204：通过飞行时间或到达时间差(TOF/TDOA)指纹定位模块对待定位标签位置进行指纹定位。
具体地，选择待定位标签与各个基站间的TOF值或TDOA值及其标准差作为指纹参数，事先构建一个TOF值或TDOA值及其标准差与位置坐标间关系的数据库。定位阶段可采用加权K近邻法在TOF/TDOA定位结果附近解算出最匹配的位置坐标。
在一些实施例中，在较复杂场景下，由于存在非视距传播、多径效应等因素，会导致UWB TOF/TDOA定位效果较差、定位精度降低，可以通过使用一些具体的、量化的参数描述定位环境中的各个位置，并用数据库将这些信息集成在一起来辅助提高定位精度。在TOF/TDOA指纹定位模块中，提取待定位标签与各个基站间的TOF值或TDOA值的最近几次历史平均值和标准差作为指纹参数，采用限定半径的加权K近邻法在TOF/TDOA定位结果附近解算出最匹配的位置坐标。
采用欧式距离衡量待定位标签所在位置的指纹与预设指纹库中的第i个指纹的相似度：
Figure BDA0003400177120000151
其中，m代表TOF或TDOA值的平均值，s代表TOF或TDOA值的标准差，mi、si则分别代表预设指纹库中相应的平均值、标准差。
采用限定半径的加权K近邻算法，在TDOA定位结果坐标附近选取预设指纹库中di最小的K个指纹的位置(xj，yj)，j＝1，2，3，...K，然后求得待定位标签的坐标值(xf，yf)，即指纹定位结果，如下，
Figure BDA0003400177120000152
其中ε取一个远小于di的正数，以防止分母为0的情况发生。
S205：通过位置修订模块，将定位结果进行修正；
具体地，综合信号质量分析结果，计算TOF/TDOA定位结果的置信度，然后根据置信度综合前两步的定位解算结果，得到最后的位置结果。
在一些实施例中，位置修正模块中，综合信号质量分析结果，融合前两步的定位解算结果得到最终的位置结果。
计算TOF/TDOA定位的置信度Φ：Φ等于所有参与定位解算的基站的品质因数的平均值；并且，当用于TOF/TDOA定位解算的基站数目小于最小允许数目(TOF可取3，TDOA可取4)时，本次TOF/TDOA定位的置信度Φ为0。
综合TOF/TDOA定位结果(xt，yt)、TOF/TDOA指纹定位结果(xf，yf)，得到最终的位置结果如下：
(x，y)＝Φ(xt，yt)+(1-Φ)(xf，yf) (5)
S206：得到最终的位置坐标信息，并输出。
也就是说，本申请实施例将UWB TOF/TDOA定位方法和TOF/TDOA指纹定位有机结合起来，有效提高了传统UWB TOF/TDOA定位方案在复杂NLOS场景下的定位精度；另外，本申请实施例使用的TOF/TDOA定位与TOF/TDOA指纹定位的融合方法，首先进行待定位标签与定位基站间通信的信号质量分析，并据此通过计算品质因数将对TOF/TDOA定位结果和TOF/TDOA指纹定位结果进行融合，即充分利用了TOF/TDOA定位高时间分辨率的特性，能够获得稳定的高精度定位，又利用了指纹定位抗NLOS影响的特性，显著提升了复杂场景下的定位精度。
本实施例提供了一种定位方法，通过上述实施例对前述实施例的具体实现进行了详细阐述，从中可以看出，通过前述实施例的技术方案，该技术方案与传统UWB TOF/TDOA定位方法相比，融合了TOF/TDOA指纹定位方法，提高了复杂NLOS场景下的定位精度；另外，该技术方案与传统指纹定位方法相比，将TOF/TDOA定位与TOF/TDOA指纹定位进行了有机结合，即充分利用了TOF/TDOA定位高时间分辨率的特性，能够获得稳定的高精度定位，又利用了指纹定位抗NLOS影响的特性，显著提升了复杂场景下的定位精度。
实施例三
基于前述实施例相同的发明构思，参见图5，其示出了本申请实施例提供的一种定位装置50的组成结构示意图。如图5所示，所述定位装置50包括获取单元501、定位单元502和修正单元503；其中，
获取单元501，配置为获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；
定位单元502，配置为根据所述信号参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息；
定位单元502，还配置为根据所述信号参数确定所述待定位标签对应的指纹参数，并根据所述指纹参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第二坐标信息；
修正单元503，配置为根据所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行位置修正，确定所述待定位标签的目标位置信息。
在一些实施例中，获取单元501，具体配置为通过所述待定位标签向至少一个基站发送定位请求信号；以及根据所述至少一个基站各自接收到的所述定位请求信号，获得所述待定位标签与所述至少一个基站之间的信号参数。
在一些实施例中，所述信号参数至少包括：多径特征参数；相应地，定位单元502，具体配置为根据所述待定位标签与所述至少一个基站之间的多径特征参数，确定所述至少一个基站各自的品质因数；以及根据所述至少一个基站各自的品质因数，从所述至少一个基站中确定若干个目标基站；以及根据所述若干个目标基站对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息。
在一些实施例中，定位单元502，具体配置为利用飞行时间定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算，得到所述待定位标签的第一坐标信息；或者，利用到达时间差定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算，得到所述待定位标签的第一坐标信息。
在一些实施例中，定位单元502，还配置为根据所述信号参数，确定所述待定位标签和所述若干个目标基站之间的预设参数值；以及对所述确定的若干个预设参数值进行均值和标准差计算，得到目标均值和目标标准差值；以及将所述目标均值和所述目标标准差值确定为所述待定位标签对应的指纹参数。
在一些实施例中，所述预设参数值包括下述其中之一：飞行时间值和到达时间差值，定位单元502，还配置为在利用飞行时间定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算的过程中，计算得到所述待定位标签和所述若干个目标基站之间的飞行时间值；或者，在利用到达时间差定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算的过程中，计算得到所述待定位标签和所述若干个目标基站之间的到达时间差值。
在一些实施例中，定位单元502，还配置为获取预设指纹库；其中，所述预设指纹库包括至少一组预设指纹参数以及各自对应的预设坐标信息；以及基于所述指纹参数与所述预设指纹库，利用预设K近邻算法确定出K个预设坐标信息；以及对所述K个预设坐标信息进行加权求和计算，得到所述待定位标签的第二坐标信息。
在一些实施例中，定位单元具体配置为将所述指纹参数与所述预设指纹库中的每一组预设指纹参数进行相似度计算，得到所述指纹参数与每一组预设指纹参数的相似度值；以及从所得到的相似度值中选取K个最小相似度值，并确定所述K个最小相似度值对应的预设指纹参数；以及根据所述K个最小相似度值对应的预设指纹参数，获得所述K个预设坐标信息。
在一些实施例中，所述多径特征参数包括下述至少之一：首径分量幅值参数、首径分量时延参数、最强径分量幅值参数和最强径分量时延参数；相应地，当所述待定位标签与第一基站之间通信时，定位单元502，还配置为若所述首径分量时延参数与所述最强径分量时延参数的差值小于预设下限值，或者，所述首径分量幅值参数与所述最强径分量幅值参数的差值小于预设下限值，则确定所述待定位标签与所述第一基站的通信处于完全视距状态；以及若所述首径分量时延参数与所述最强径分量时延参数之间的差值大于预设上限值，则确定所述待定位标签与所述第一基站的通信处于非视距状态；其中，所述第一基站为所述至少一个基站中的任意一个基站。
在一些实施例中，修正单元503，具体配置为确定所述第一坐标信息对应的第一置信度值；以及根据所述第一置信度值，确定所述第二坐标信息对应的第二置信度值；以及根据所述第一置信度值和所述第二置信度值对所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行加权求和计算，得到所述待定位标签的目标定位结果。
在一些实施例中，修正单元503，具体配置为获取所述若干个目标基站各自的品质因数；以及对所述若干个目标基站各自的品质因数进行均值计算，将计算结果确定为所述第一置信度值；其中，当所述若干个目标基站的数目小于最小允许数目时，确定所述第一置信度值等于零。
可以理解地，在本实施例中，“单元”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是模块，还可以是非模块化的。而且在本实施例中的各组成部分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，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有定位程序，所述定位程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中任一项所述的方法的步骤。
基于上述定位装置50的组成以及计算机存储介质，参见图6，其示出了本申请实施例提供的一种电子设备60的组成结构示意图。如图6所示，可以包括：通信接口601、存储器602和处理器603；各个组件通过总线系统604耦合在一起。可理解，总线系统604用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统604除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图6中将各种总线都标为总线系统604。其中，通信接口601，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
存储器602，用于存储能够在处理器603上运行的计算机程序；
处理器603，用于在运行所述计算机程序时，执行：
获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；
根据所述信号参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息；
根据所述信号参数确定所述待定位标签对应的指纹参数，并根据所述指纹参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第二坐标信息；
根据所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行位置修正，确定所述待定位标签的目标位置信息。
可以理解，本申请实施例中的存储器602可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步链动态随机存取存储器(Synchronous link DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器602旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
而处理器603可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器603中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器603可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(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。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。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。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器602，处理器603读取存储器602中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
可选地，作为另一个实施例，处理器603还配置为在运行所述计算机程序时，执行前述实施例中任一项所述的方法的步骤。
在一些实施例中，参见图7，其示出了本申请实施例提供的另一种电子设备60的组成结构示意图。如图7所示，该电子设备60至少包括前述实施例中任一项所述的定位装置50。
在本申请实施例中，对于电子设备60而言，通过获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；根据信号参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第一坐标信息；根据信号参数确定待定位标签对应的指纹参数，并根据指纹参数对待定位标签进行定位计算，确定待定位标签的第二坐标信息；根据第一坐标信息和第二坐标信息进行位置修正，确定待定位标签的目标位置信息。这样，在进行室内定位时，将所得到的第一坐标信息与指纹定位所得到的坐标信息进行位置修正，使得最终得到的定位坐标的准确度高，从而提高了在复杂环境下的定位精度。
需要说明的是，在本申请中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种定位方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；
根据所述信号参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息；
根据所述信号参数确定所述待定位标签对应的指纹参数，并根据所述指纹参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第二坐标信息；
根据所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行位置修正，确定所述待定位标签的目标位置信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数，包括：
通过所述待定位标签向至少一个基站发送定位请求信号；
根据所述至少一个基站各自接收到的所述定位请求信号，获得所述待定位标签与所述至少一个基站之间的信号参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号参数至少包括：多径特征参数；
相应地，所述根据所述信号参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息，包括：
根据所述待定位标签与所述至少一个基站之间的多径特征参数，确定所述至少一个基站各自的品质因数；
根据所述至少一个基站各自的品质因数，从所述至少一个基站中确定若干个目标基站；
根据所述若干个目标基站对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述若干个目标基站对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息，包括：
利用飞行时间定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算，得到所述待定位标签的第一坐标信息；或者，
利用到达时间差定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算，得到所述待定位标签的第一坐标信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述信号参数确定所述待定位标签对应的指纹参数，包括：
根据所述信号参数，确定所述待定位标签和所述若干个目标基站之间的预设参数值；
对所述确定的若干个预设参数值进行均值和标准差计算，得到目标均值和目标标准差值；
将所述目标均值和所述目标标准差值确定为所述待定位标签对应的指纹参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设参数值包括下述其中之一：飞行时间值和到达时间差值，所述方法还包括：
在利用飞行时间定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算的过程中，计算得到所述待定位标签和所述若干个目标基站之间的飞行时间值；或者，
在利用到达时间差定位法对所述待定位标签和所述若干个目标基站进行定位计算的过程中，计算得到所述待定位标签和所述若干个目标基站之间的到达时间差值。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述指纹参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第二坐标信息，包括：
获取预设指纹库；其中，所述预设指纹库包括至少一组预设指纹参数以及各自对应的预设坐标信息；
基于所述指纹参数与所述预设指纹库，利用预设K近邻算法确定出K个预设坐标信息；
对所述K个预设坐标信息进行加权求和计算，得到所述待定位标签的第二坐标信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于所述指纹参数与所述预设指纹库，利用预设K近邻算法确定出K个预设坐标信息，包括：
将所述指纹参数与所述预设指纹库中的每一组预设指纹参数进行相似度计算，得到所述指纹参数与每一组预设指纹参数的相似度值；
从所得到的相似度值中选取K个最小相似度值，并确定所述K个最小相似度值对应的预设指纹参数；
根据所述K个最小相似度值对应的预设指纹参数，获得所述K个预设坐标信息。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多径特征参数包括下述至少之一：首径分量幅值参数、首径分量时延参数、最强径分量幅值参数和最强径分量时延参数；
相应地，当所述待定位标签与第一基站之间通信时，所述方法还包括：
若所述首径分量时延参数与所述最强径分量时延参数的差值小于预设下限值，或者，所述首径分量幅值参数与所述最强径分量幅值参数的差值小于预设下限值，则确定所述待定位标签与所述第一基站的通信处于完全视距状态；
若所述首径分量时延参数与所述最强径分量时延参数之间的差值大于预设上限值，则确定所述待定位标签与所述第一基站的通信处于非视距状态；
其中，所述第一基站为所述至少一个基站中的任意一个基站。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行位置修正，确定所述待定位标签的目标位置信息，包括：
确定所述第一坐标信息对应的第一置信度值；
根据所述第一置信度值，确定所述第二坐标信息对应的第二置信度值；
根据所述第一置信度值和所述第二置信度值对所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行加权求和计算，得到所述待定位标签的目标定位结果。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一坐标信息对应的第一置信度值，包括：
获取所述若干个目标基站各自的品质因数；
对所述若干个目标基站各自的品质因数进行均值计算，将计算结果确定为所述第一置信度值；其中，当所述若干个目标基站的数目小于最小允许数目时，确定所述第一置信度值等于零。
12.一种定位装置，其特征在于，所述定位装置包括获取单元、定位单元和修正单元；其中，
所述获取单元，配置为获取待定位标签与至少一个基站之间的信号参数；
所述定位单元，配置为根据所述信号参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第一坐标信息；
所述定位单元，还配置为根据所述信号参数确定所述待定位标签对应的指纹参数，并根据所述指纹参数对所述待定位标签进行定位计算，确定所述待定位标签的第二坐标信息；
所述修正单元，配置为根据所述第一坐标信息和所述第二坐标信息进行位置修正，确定所述待定位标签的目标位置信息。
13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器；其中，
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如权利要求1至11任一项所述的方法。
14.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有定位程序，所述定位程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求1至11任一项所述的方法。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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