JP7239958B2 - Self-adaptive indoor fusion positioning method based on dynamic environment - Google Patents

Self-adaptive indoor fusion positioning method based on dynamic environment Download PDF

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Description

本発明は、室内位置決め(測位)および5Gの技術分野に関し、具体的には、動的環境に基づく自己適応室内融合位置決め方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to the technical field of indoor positioning (positioning) and 5G, and in particular to a dynamic environment-based self-adaptive indoor fusion positioning method.

通信技術やインターネット技術の継続的な発展に伴い、多くの技術分野からともに位置サービス産業へ参入しており、高精度な位置情報は高品質な位置サービス提供の基盤となっている。現在、スマートホーム、カーナビゲーションおよび携帯電話追跡などの技術分野は、無線位置決め技術の注目研究方向となっている。他方、全球衛星測位システム(Global Navigation Satellite System)は、ユーザーに比較的高精度な位置決めサービスを提供でき、屋外シーンにおけるユーザーの位置サービスに基づく需要を基本的に満足できる。しかしながら、室内(屋内)においては、建物の遮蔽のため、GNSS信号の減衰は極めて早く、室内位置決めには正確に適用できない。このため、室内環境に対する精確な位置決めは、位置決め研究のホットスポットになり、その研究成果は極めて大きい経済効果をもたらすだけでなく、他の技術分野と連携することでさらに革新できる。 Along with the continuous development of communication technology and Internet technology, many technical fields have entered the location service industry together, and highly accurate location information is the foundation for providing high quality location services. At present, technical fields such as smart home, car navigation and mobile phone tracking have become hot research directions of wireless positioning technology. On the other hand, the Global Navigation Satellite System can provide users with relatively high-precision positioning services, and can basically meet users' needs based on location services in outdoor scenes. However, indoors (indoors), due to the shielding of buildings, the attenuation of GNSS signals is very fast and cannot be applied accurately for indoor positioning. Therefore, accurate positioning to the indoor environment has become a hotspot of positioning research, and the research results not only bring enormous economic benefits, but also can be further innovated by collaborating with other technical fields.

現在の室内位置決め技術には、bluetooth(登録商標)技術、UWB技術、赤外線技術、地磁気技術、zig-bee技術などあるが、これらの技術には多かれ少なかれ欠点があり、いずれも変化する室内環境の中で正確さを保つことが難しい。他方、マルチラテレーション(multilateration)方法に基づく室内位置決めは、受信された信号の強度によって信号の減衰を決定し、距離を計算する一般的な位置決め方法であるが、この方法で決定された距離は実際の距離とは若干の差がある。また、CIR指紋による位置決め方法に基づく室内位置決めは、データベースの照合方法であるが、採集したデータベースが室内環境のすべての状況を含むことができないため、データベースの照合誤差が生じてしまう。なお、上記らの技術は、さらに、室内変化の影響を受け、位置決めの精度が低下してしまう。通信技術の発達や無線通信速度に対する人々の需要により通信ネットワークの発達が加速し、5G位置決め基地局による協働位置決めが容易に実現できる。さらに、融合位置決めの手法についても、人々から絶えずに革新的な提案がされている。しかしながら、ほとんどの室内位置決めでは、室内環境変化の位置決めに与える影響を分析しておらず、環境への自己適応性を失っている。また、単一の室内位置決め方法は融合位置決め方法に比べて、その精度は常にやや劣る。 Current indoor positioning technologies include bluetooth technology, UWB technology, infrared technology, geomagnetic technology, zig-bee technology, etc., but all of these technologies have more or less shortcomings and are subject to changing indoor environments. It is difficult to maintain accuracy inside. On the other hand, indoor positioning based on the multilateration method is a common positioning method that determines signal attenuation according to the strength of the received signal and calculates the distance, but the distance determined by this method is There is a slight difference from the actual distance. In addition, the indoor positioning based on the CIR fingerprint positioning method is a database matching method, but the collected database cannot contain all the conditions of the indoor environment, so database matching errors will occur. It should be noted that the above techniques are further affected by changes in the room temperature, resulting in a decrease in positioning accuracy. With the development of communication technology and people's demand for wireless communication speed, the development of communication networks will accelerate, and cooperative positioning by 5G positioning base stations can be easily realized. In addition, people are constantly making innovative proposals for methods of fusion positioning. However, most indoor positioning do not analyze the impact of indoor environment changes on positioning, and lose self-adaptation to the environment. Also, the single room positioning method is always slightly less accurate than the fusion positioning method.

上述のとおり、既存の室内位置決め技術のほとんどは、室内環境変化に対して修正できず、単一の室内位置決め方法の性能は融合位置決め方法より劣っている。 As mentioned above, most of the existing indoor positioning techniques cannot be corrected for indoor environmental changes, and the performance of single indoor positioning method is inferior to the fusion positioning method.

本発明は、上記既存技術における問題点に鑑みてなされたものであり、動的環境に基づく自己適応室内融合位置決め方法を提供することにより、位置決め精度を向上させるとともに、画像認識により自己適応的に修正を行い、更なる環境適応性を備えるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems in the above existing technology, and by providing a self-adaptive indoor fusion positioning method based on a dynamic environment, the positioning accuracy is improved and self-adaptive by image recognition. The purpose is to modify it and make it more adaptable to the environment.

上記目的を達成するための本発明に係る動的環境に基づく自己適応室内融合位置決め方法は、
CIRに基づいてオフライン段階での位置決めスポットのパラメータを取得するステップ(1)と、
5G位置決め基地局に基づいて測定待ち位置決めターゲットのパラメータを取得し分析するステップ(2)と、
マルチラテレーション方法を利用して測定待ち位置決めターゲットについて位置決めを行い、予測された位置と実際の位置との誤差を分析するステップ(3)と、
CIR指紋による位置決め方法を利用して測定待ち位置決めターゲットについて位置決めを行い、予測された位置と実際の位置との誤差を分析するステップ(4)と、
マルチラテレーション方法を利用して測定された位置を測定値とし、CIR指紋による位置決め方法を利用して予測した位置を予測値とし、測定値と予測値との誤差について平均二乗誤差に基づく融合計算を行い、最適な位置を推定するステップ(5)と、
室内環境変化に応じて自己適応的に融合位置決めを行うステップ(6)と、
を含む。
To achieve the above objects, the dynamic environment-based self-adaptive indoor fusion positioning method according to the present invention comprises:
(1) obtaining the parameters of the positioning spot in the offline stage based on the CIR;
(2) obtaining and analyzing the parameters of the positioning target pending measurement based on the 5G positioning base station;
(3) positioning the positioning target pending measurement using a multilateration method and analyzing the error between the predicted position and the actual position;
a step (4) of locating the positioning target awaiting measurement using the CIR fingerprint positioning method and analyzing the error between the predicted position and the actual position;
The position measured using the multilateration method is defined as the measured value, the position predicted using the CIR fingerprint positioning method is defined as the predicted value, and the error between the measured value and the predicted value is a fusion calculation based on the mean square error. and estimating the best position (5);
a step (6) of self-adaptive fusion positioning according to changes in the indoor environment;
including.

さらに、上記ステップ(2)は、
5G位置決め基地局により測定待ち位置決めターゲットポイントにおける時間遅延、電力および周波数のパラメータを収集するステップ(21)と、
室内環境画像を収集して分析するステップ(22)と、
取得したデータについて処理を行うステップ(23)と、
を含む。
Furthermore, the above step (2) is
(21) collecting parameters of time delay, power and frequency at a positioning target point pending measurement by a 5G positioning base station;
collecting and analyzing indoor environment images (22);
a step (23) of processing the acquired data;
including.

さらに、上記ステップ(3)は、以下に示す方法により実現され、
、dおよびdをそれぞれ三つの5G位置決め基地局とターゲットとの計算距離であるとし、(A,A)、(B,B)および(C,C)がそれぞれ5G位置決め基地局の位置を表すとする場合、以下の式

Figure 0007239958000001
が得られ、ここで、ε(d)≦εmaxは距離誤差であり、第i番目に計算する位置がl=(x ,y )であり、ターゲットの実際の位置がl=(x ,y )であるとすると、平均誤差は以下の式
Figure 0007239958000002
で表示でき、ここで、Jはトータルのデータを取得した回数を表す。 Furthermore, the above step (3) is realized by the method shown below,
Let d 1 , d 2 and d 3 be the calculated distances between the three 5G positioning base stations and the target respectively, and (A 1 , A 2 ), (B 1 , B 2 ) and (C 1 , C 2 ) are Assuming that each represents the position of a 5G positioning base station, the following equation
Figure 0007239958000001
where ε(d)≦ε max is the range error, the i-th computed position is l d =(x i d , y i d ) and the actual position of the target is l Assuming a = (x ia , y ia ) , the average error is given by
Figure 0007239958000002
where J represents the number of times the total data was acquired.

さらに、上記ステップ(4)は、以下に示す方法により実現され、
5G位置決め基地局は時間遅延、電力および周波数のパラメータに基づいてオフラインCIR指紋データベースを構築し、CIRは以下の式

Figure 0007239958000003
で表され、ここで、aはチャネルゲイン、e-j2πfτnは周波数オフセット、τはチャネル時間遅延を示し、
CIR指紋データベースは以下の式
Figure 0007239958000004
で表され、ここで、l=(x,y)は位置を表し、Fはマッピング関係を示し、τ={τ,τ,・・・τ}は時間遅延を表し、p={p,p・・・p}は電力を表し、f={f,f・・・f}は周波数を表し、
仮に、第i番目に予測された位置がl=(x ,y )であり、ターゲットの実際の位置がl=(x ,y )である場合、平均誤差は以下の式
Figure 0007239958000005
で表示できる。 Furthermore, the above step (4) is realized by the method shown below,
The 5G positioning base station builds an offline CIR fingerprint database based on the parameters of time delay, power and frequency, and the CIR is given by the following formula
Figure 0007239958000003
where a n is the channel gain, e −j2πfτn is the frequency offset, τn is the channel time delay, and
The CIR fingerprint database has the following formula
Figure 0007239958000004
where l c =(x c , y c ) denotes the position, F denotes the mapping relation, τ={τ 1 , τ 2 , . . . τ N } denotes the time delay, p={p 1 , p 2 . . . p N } represents power, f={f 1 , f 2 .
If the i-th predicted position is l c =(x i c ,y i c ) and the actual position of the target is l a =(x i a ,y i a ), then the average error is the following formula
Figure 0007239958000005
can be displayed with

さらに、上記ステップ(6)は、以下の方法により実現され、
RSSI距離測定モデルにより、以下の式

Figure 0007239958000006
に示されるようにAとBとの両点間の受信信号の強度を得て、ここで、AおよびBは二つの位置であり、QおよびUは経験則に基づく定数であり、RSSIABは位置Aにおいて受信した位置BのRSSI値を表し、環境変化はQおよびUの変化を引き起こし、二つの定数を推定することにより環境変化による影響を低減して環境変化の距離計算に対する影響が小さくなることを保証し、
Figure 0007239958000007
Figure 0007239958000008
であり、同様にU、QおよびU、Qを算出し、環境変化後のモデルパラメータは
Figure 0007239958000009
に更新され、変化の最も小さい5G位置決め基地局を見つけ、画像認識と組み合わせて障害物の5G位置決め基地局に対する影響を判断し、障害物が5G位置決め基地局とターゲットとのパス間の内半平面内にある場合、CIR信号に対する影響は大きく、パス外平面の5G位置決め基地局に切り替える必要があり、受信されたパラメータの相似性に基づいて、以下の式
Figure 0007239958000010
により位置を予測し、ここで、[τ,p,f]は環境変化後の受信パラメータを表し、[τ,p,f]はオフラインCIR指紋データベースパラメータを表し、|・|は剰余演算を表し、
各5G位置決め基地局はそれぞれマルチラテレーション方法およびCIR指紋による位置決め方法の誤差修正データベースを構築し、修正後の誤差は、
Figure 0007239958000011
であり、ここで、CおよびCはそれぞれマルチラテレーション方法およびCIR指紋による位置決め方法の誤差修正のマッピング関係であり、続いて、以下の式
Figure 0007239958000012
で平均二乗誤差を演算し、ここで、HおよびHは誤差係数を表し、続いて、以下の式
Figure 0007239958000013
で融合位置決めを演算し、ここで、lは融合位置決めの演算結果である。 Furthermore, the above step (6) is realized by the following method,
With the RSSI distance measurement model, the following equation
Figure 0007239958000006
, where A and B are two locations, Q and U are empirical constants, and RSSI AB is Represents the RSSI value of location B received at location A, environmental changes cause changes in Q and U, and two constants are estimated to reduce the impact of environmental changes to lessen the impact of environmental changes on range calculations. guarantee that
Figure 0007239958000007
Figure 0007239958000008
and similarly calculate U B , Q B and U C , Q C , and the model parameters after the environmental change are
Figure 0007239958000009
to find the 5G positioning base station with the smallest change, combine with image recognition to determine the impact of obstacles on the 5G positioning base station, and determine if the obstacle is the inner half plane between the paths between the 5G positioning base station and the target If it is within, the impact on the CIR signal is large, it is necessary to switch to the 5G positioning base station in the out-of-path plane, based on the similarity of the received parameters, the following formula
Figure 0007239958000010
where [τ e , p e , f e ] represent the reception parameters after the environmental change, [τ k , p k , f k ] represent the offline CIR fingerprint database parameters, | | represents the remainder operation,
Each 5G positioning base station builds an error correction database of the multilateration method and the positioning method by CIR fingerprint, and the error after correction is
Figure 0007239958000011
where C 1 and C 2 are the error correction mapping relations of the multilateration method and the CIR fingerprint localization method, respectively, followed by the following equation
Figure 0007239958000012
where H 1 and H 2 represent the error coefficients, followed by the following equation
Figure 0007239958000013
where la is the result of the fused positioning.

既存技術と比較すれば、本発明は、以下の有益な効果を奏する。
本発明によれば、室内変化を測定することにより、5G位置決め基地局の切り替えおよび誤差修正を行うことができ、位置決めモデルが環境変化へ適応するとともに予測精度を向上できるにようにする。
Compared with the existing technology, the present invention has the following beneficial effects.
According to the present invention, by measuring indoor changes, 5G positioning base station switching and error correction can be performed, so that the positioning model can adapt to environmental changes and improve prediction accuracy.

本発明に係る方法のフロチャートである。1 is a flowchart of a method according to the invention; マルチラテレーション方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the multilateration method. CIR指紋による位置決め方法を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a positioning method using CIR fingerprints; マルチラテレーション方法による基地局の切り替えを説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining switching of base stations by the multilateration method; CIR指紋による位置決め方法により基地局の切り替えを説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining switching of base stations by a positioning method based on CIR fingerprints;

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。
図1に示すように、本発明に係る動的環境に基づく自己適応室内融合位置決め方法によれば、まず、室内における各スポットの特徴を取得するとともに、5G位置決め基地局により位置決めを行い、続いて、CIR指紋による位置決め方法およびマルチラテレーション方法を利用した場合の実際の位置との差について誤差分析を行う。さらに、画像認識により周囲環境の変化を識別し、識別結果を融合システムにフィードバックすることにより基地局の切り替えおよび誤差修正を行う。このようにして、より正確で確実な環境適応性の高い位置予測が行えるようにする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, according to the dynamic environment-based self-adaptive indoor fusion positioning method of the present invention, firstly, the characteristics of each spot in the room are acquired, and the positioning is performed by the 5G positioning base station; , error analysis on the difference from the actual position when using the CIR fingerprint localization method and the multilateration method. Furthermore, changes in the surrounding environment are identified by image recognition, and base station switching and error correction are performed by feeding back the identification results to the fusion system. In this way, more accurate and reliable position prediction with high environmental adaptability can be performed.

本発明は、主に次のような三つの内容を含む。一つ目の内容は、位置決め方法の誤差分析であって、算出位置と実際の位置とを比較することにより、二つの方法の平均誤差を分析することである。二つ目の内容は、画像認識により環境変化を識別し、深刻な影響を受ける5G位置決め基地局を排除して位置決めを行うことである。そして、識別結果を利用して深刻な影響を受ける5G位置決め基地局のオフラインCIR指紋データベースを更新し、誤差修正を行い、全体的の更新を実現する。三つ目の内容は、融合位置決め方法を利用して、ターゲットの最適位置を予測することである。具体的には、以下のステップを含む。 The present invention mainly includes the following three contents. The first content is the error analysis of the positioning methods, analyzing the average error of the two methods by comparing the calculated position with the actual position. The second content is to use image recognition to identify environmental changes and exclude 5G positioning base stations that are seriously affected for positioning. Then, the identification result is used to update the offline CIR fingerprint database of the 5G positioning base station that is seriously affected, correct the error, and realize the overall update. The third content is to use the fusion localization method to predict the optimal position of the target. Specifically, it includes the following steps.

(ステップ1)
CIRに基づいてオフライン段階での位置決めスポットのパラメータを取得する。また、5G位置決め基地局に基づいて測定待ち位置決めターゲットのパラメータを取得し分析する。
(Step 1)
Obtain the parameters of the positioning spot in the off-line stage according to the CIR. and obtain and analyze the parameters of the positioning target waiting for measurement according to the 5G positioning base station.

まず、5G位置決め基地局により測定待ち位置決めターゲットスポットにおける時間遅延、電力および周波数などのパラメータを収集する。続いて、室内環境の画像を収集して分析する。続いて、取得したデータについて処理を行う。 First, the 5G positioning base station collects parameters such as time delay, power and frequency in the positioning target spot pending measurement. Images of the indoor environment are then collected and analyzed. Subsequently, the acquired data is processed.

(ステップ2)
マルチラテレーション方法を利用して測定待ち位置決めターゲットについて位置決めを行い、予測された位置と実際の位置との誤差を分析する。
(Step 2)
A multilateration method is used to locate the measurement-pending positioning targets, and the errors between the predicted and actual positions are analyzed.

(1)マルチラテレーション方法による誤差分析
図2に示すように、チャネルが経時変化するため、各5G位置決め基地局が測定する距離には一定の範囲があり、信号強度が最も大きい三つの5G測位基地局により位置計算を行うと、その変換範囲が重なる領域がターゲットの位置であり、一定の誤差が生じうる。仮に、d、dおよびdをそれぞれ三つの5G位置決め基地局とターゲットとの計算距離であるとし、(A,A)、(B,B)および(C,C)がそれぞれ5G位置決め基地局の位置を表すとする場合、以下の式

Figure 0007239958000014
が得られる。ここで、ε(d)≦εmaxは距離誤差であり、上式に解があることを保証する。 (1) Error analysis by multilateration method As shown in Figure 2, because the channel changes over time, the distance measured by each 5G positioning base station has a certain range, and the three 5G positioning with the highest signal strength When the position is calculated by the base station, the area where the transform ranges overlap is the position of the target, and a certain error may occur. Let d 1 , d 2 and d 3 be the calculated distances between the three 5G positioning base stations and the target respectively, and let (A 1 , A 2 ), (B 1 , B 2 ) and (C 1 , C 2 ) ) represents the location of the 5G positioning base station, then the following equation
Figure 0007239958000014
is obtained. where ε(d) ≤ ε max is the distance error, ensuring that the above equation has a solution.

仮に、第i番目に計算する位置がl=(x ,y )であり、ターゲットの実際の位置がl=(x ,y )であるとすると、平均誤差は以下の式

Figure 0007239958000015
で表示でき、Jはトータルのデータを取得した回数を表す。 If the i-th computed position is l d =(x i d ,y i d ) and the actual position of the target is l a =(x i a ,y i a ), then the average error is the following formula
Figure 0007239958000015
and J represents the number of times the total data was obtained.

(ステップ3)
CIR指紋による位置決め方法を利用して測定待ち位置決めターゲットについて位置決めを行い、予測された位置と実際の位置との誤差を分析する。
まず、多くの5G位置決め基地局は、時間遅延、電力および周波数などのパラメータに基づいてオフラインCIR指紋データベース(各5G位置決め基地局のオフラインCIR指紋データベースは基本的に異なる)を構築する。図3に示すように、陰の部分は距離が極めて近いスポットを表し、その環境におけるCIR信号は基本同じであり、また、チャネルは経時変化する。当該方法によれば、一定の推定誤差が生じうるが、CIRではマルチパス効果を考慮しているため、上述のパラメータから一意的な位置を得ることができ、精度も比較的に高い。CIRは以下の式

Figure 0007239958000016
で表され、ここで、aはチャネルゲイン、e-j2πfτnは周波数オフセット、τはチャネル時間遅延を示す。 (Step 3)
The CIR fingerprint positioning method is used to position the positioning target pending measurement, and the error between the predicted position and the actual position is analyzed.
First, many 5G positioning base stations build offline CIR fingerprint databases (each 5G positioning base station's offline CIR fingerprint database is basically different) based on parameters such as time delay, power and frequency. As shown in FIG. 3, shaded areas represent spots that are very close in distance, the CIR signal in that environment is essentially the same, and the channel varies over time. Although this method may have a certain estimation error, CIR takes into account the multipath effect, so the above parameters can give a unique position, and the accuracy is relatively high. CIR is the following formula
Figure 0007239958000016
where a n is the channel gain, e −j2πfτn is the frequency offset, and τ n is the channel time delay.

CIR指紋データベースは以下の式

Figure 0007239958000017
で表され、ここで、l=(x,y)は位置を表し、Fはマッピング関係を示し、τ={τ,τ,・・・τ}は時間遅延を表し、p={p,p・・・p}は電力を表し、f={f,f・・・f}は周波数を表す。 The CIR fingerprint database has the following formula
Figure 0007239958000017
where l c =(x c , y c ) denotes the position, F denotes the mapping relation, τ={τ 1 , τ 2 , . . . τ N } denotes the time delay, p={p 1 , p 2 . . . p N } represents power and f={f 1 , f 2 .

仮に、第i番目に予測された位置がl=(x ,y )であり、ターゲットの実際の位置がl=(x ,y )である場合、平均誤差は以下の式

Figure 0007239958000018
で表される。 If the i-th predicted position is l c =(x i c ,y i c ) and the actual position of the target is l a =(x i a ,y i a ), then the average error is the following formula
Figure 0007239958000018
is represented by

(ステップ4)
平均二乗誤差に基づいて、融合位置決めを実現する。
まず、マルチラテレーション方法とCIR指紋による位置決め方法とを組み合わせ、毎回位置予測を行う際、マルチラテレーション方法を利用して測定される位置を測定値とし、CIR指紋による位置決め方法を利用して予測した位置を予測値とし、続いて、測定値と予測値との誤差について平均二乗誤差に基づく融合計算を行い、最後に、最適な位置を推定する。
(Step 4)
Fusion positioning is achieved based on the mean squared error.
First, by combining the multilateration method and the CIR fingerprint positioning method, each time position prediction is performed, the position measured using the multilateration method is used as the measured value, and the CIR fingerprint positioning method is used for prediction. Then, the error between the measured value and the predicted value is fusion calculated based on the mean square error, and finally the optimum position is estimated.

(ステップ5)
室内環境の変化に応じて自己適応的に融合位置決めを行う。
位置決めする前、画像認識により室内環境を識別し、システムが自己適応的に調整することを確保する。前回(一つ前の時刻)の画像と今回(今の時刻)の画像とを比較し、さらにニューラルネットワークアルゴリズムと組み合わせることにより、室内環境の変化を素早く反映できる。室内家具の移動や人の動きなど一部の大きな変化は、上述した二種類の位置決めアルゴリズムのいずれにおいても大きな誤差を生じさせるため、5G位置決め基地局の切り替えや誤差修正を行うことにより位置決め精度を高める必要がある。
(Step 5)
Fusion positioning is performed in a self-adaptive manner according to changes in the indoor environment.
Before positioning, the indoor environment is identified by image recognition to ensure that the system adjusts itself adaptively. Changes in the indoor environment can be quickly reflected by comparing the previous image (one time before) and the current image (current time) and combining it with a neural network algorithm. Some large changes, such as the movement of indoor furniture and the movement of people, cause large errors in both of the two types of positioning algorithms described above. need to raise.

マルチラテレーション方法については、信号強度の最も大きい三つの5G位置決め基地局を利用してターゲットの位置を計算する。このため、環境が変化する際、図4に示されるように、自発的に5G位置決め基地局を切り替える。RSSI距離測定モデルにより、以下の式

Figure 0007239958000019
に示されるようにAとBとの両点間の受信信号の強度を得ることができる。ここで、AおよびBは二つの位置であり、QおよびUは経験則に基づく定数であり、RSSIABは位置Aにおいて受信した位置BのRSSI値を表す。環境変化はQおよびUの変化を引き起こすため、二つの定数を推定することにより環境変化による影響を低減して環境変化の距離計算に対する影響が小さくなることを保証し、
Figure 0007239958000020
Figure 0007239958000021
である。 For the multilateration method, the three 5G positioning base stations with the strongest signal strength are used to calculate the position of the target. Therefore, when the environment changes, it spontaneously switches the 5G positioning base station, as shown in FIG. With the RSSI distance measurement model, the following equation
Figure 0007239958000019
The strength of the received signal between points A and B can be obtained as shown in . where A and B are two locations, Q and U are heuristic constants, and RSSI AB represents the RSSI value of location B received at location A. Since environmental changes cause changes in Q and U, estimating two constants reduces the impact of environmental changes to ensure that environmental changes have less impact on the distance calculation;
Figure 0007239958000020
Figure 0007239958000021
is.

同様にU、QおよびU、Qを算出する。そうすると、環境変化後のモデルパラメータは

Figure 0007239958000022
に更新される。 Similarly, UB , QB and UC , QC are calculated. Then, the model parameters after the environmental change are
Figure 0007239958000022
is updated to

CIR指紋による位置決め方法については、見通し距離内に障害物のない5G位置決め基地局を利用して取得したオフラインCIR指紋データベースを用いる。上記の説明によれば、室内5G位置決め基地局はいずれもオフライン段階で独自のオフラインCIR指紋データベースを構築するが、障害物によって環境が変化すると、各5G位置決め基地局の受けるマルチパス効果も変化するため、変化の最も小さい5G位置決め基地局を見つけ、画像認識と組み合わせて障害物の5G位置決め基地局に対する影響を判断する必要がある。図5に示すように、障害物が5G位置決め基地局とターゲットとのパス間の内半平面内にある場合、CIR信号に対する影響は大きく、パス外平面の5G位置決め基地局に切り替える必要がある。パス外平面でれば、当該5G位置決め基地局に対する影響が低いからである。そして、受信されたパラメータの相似性に基づいて、以下の式

Figure 0007239958000023
により位置を予測する。ここで、[τ,p,f]は環境変化後の受信パラメータを表し、[τ,p,f]はオフラインCIR指紋データベースパラメータを表し、|・|は剰余演算を表す。 For the CIR fingerprint positioning method, the off-line CIR fingerprint database obtained using a 5G positioning base station with no obstacles within line-of-sight is used. According to the above explanation, each indoor 5G positioning base station builds its own offline CIR fingerprint database in the offline stage, but when the environment changes due to obstacles, the multipath effect experienced by each 5G positioning base station also changes. Therefore, it is necessary to find the 5G positioning base station with the smallest change, and combine with image recognition to determine the impact of obstacles on the 5G positioning base station. As shown in FIG. 5, if the obstacle is in the inner half-plane between the path between the 5G positioning base station and the target, the impact on the CIR signal is large, and it is necessary to switch to the 5G positioning base station in the out-of-path plane. This is because the out-of-path plane has less influence on the 5G positioning base station. Then, based on the similarity of the received parameters, the following formula
Figure 0007239958000023
Predict the position by where [τ e , p e , f e ] represent the reception parameters after the environmental change, [τ k , p k , f k ] represent the offline CIR fingerprint database parameters, |·| .

パス外平面を満たす5G測位基地局については、外部環境による影響が大きいため、これらの測定器のオフラインCIR指紋データベースを動的に更新する必要があり、具体的には、以下のステップを含む。 For the 5G positioning base stations that meet the out-of-path plane, the influence of the external environment is large, so it is necessary to dynamically update the offline CIR fingerprint database of these instruments, specifically including the following steps.

第一ステップとして、画像認識により室内環境の変化を判断し、パス内およびパス外の平面の条件を満たす5G位置決め基地局に基づいて、5G位置決め基地局を振り分け、パス内の条件を満たす5G位置決め基地局についてはオフラインCIR指紋データベースの更新が必要であると判断し、パス外の条件を満たす5G位置決め基地局の集合から受信信号の最も強い5G位置決め基地局を見つけて予測を行う。 As the first step, image recognition is used to determine changes in the indoor environment, and based on the 5G positioning base stations that meet the conditions of the plane inside and outside the path, the 5G positioning base stations are distributed, and the 5G positioning conditions within the path are determined. For the base station, it is determined that the offline CIR fingerprint database needs to be updated, and the 5G positioning base station with the strongest received signal is found from the set of 5G positioning base stations that satisfy the out-of-path conditions to perform prediction.

第二ステップとして、以下の式に示されるように、5G位置決め基地局および予測結果に基づいてオフラインCIR指紋データベースを更新する。

Figure 0007239958000024
ここで、F{}は更新前のマッピング関係を示し、F’{}は更新後のマッピング関係を示し、lはlに対する修正位置であって、パス外の条件を満たす5G位置決め基地局に基づいて予測した結果である。 As a second step, update the offline CIR fingerprint database based on the 5G positioning base station and prediction results, as shown in the following formula.
Figure 0007239958000024
Here, F{ } indicates the mapping relationship before updating, F'{ } indicates the mapping relationship after updating, l p is the corrected position for l c , and the 5G positioning base station that satisfies the out-of-path condition. This is the result predicted based on

続いて、誤差修正を行う。画像認識により環境の変化を識別するため、5G位置決め基地局の切り替えは位置決めの正確度をある程度向上できるが、環境変化は前に分析した位置決め誤差に対しても影響を与える。このため、画像認識による識別も鑑みて、位置決め方法の誤差について修正を行う必要がある。当然でありながら、位置決め誤差の影響要因は、新しい障害物の種類、大きさおよび新しい障害物と5G位置決め基地局との距離を含む。したがって、画像認識により新しい障害物の種類および大きさを分析し、5G基地局の位置決め技術により新しい障害物と自身との距離を分析する。各5G位置決め基地局はそれぞれマルチラテレーション方法およびCIR指紋による位置決め方法の誤差修正データベースを構築し、修正後の誤差は、

Figure 0007239958000025
であり、ここで、CおよびCはそれぞれマルチラテレーション方法およびCIR指紋による位置決め方法の誤差修正のマッピング関係である。 Then, error correction is performed. Because image recognition identifies environmental changes, 5G positioning base station switching can improve positioning accuracy to some extent, but environmental changes also affect the previously analyzed positioning error. Therefore, it is necessary to correct errors in the positioning method in consideration of identification by image recognition. Of course, the positioning error influencing factors include the new obstacle type, size and distance between the new obstacle and the 5G positioning base station. Therefore, image recognition analyzes the type and size of new obstacles, and 5G base station positioning technology analyzes the distance between new obstacles and itself. Each 5G positioning base station builds an error correction database of the multilateration method and the positioning method by CIR fingerprint, and the error after correction is
Figure 0007239958000025
where C 1 and C 2 are the error correction mapping relations of the multilateration method and the CIR fingerprint localization method, respectively.

画像認識により環境が変化したと識別した場合、基地局を切り替えた後、現在位置決めを行う基地局について誤差修正するだけでなく、さらに、位置決めを行うための基地局についても誤差修正を行う。 When it is identified that the environment has changed by image recognition, after switching the base station, error correction is performed not only for the base station currently positioned, but also for the base station for positioning.

二種類の位置決め方法の実施および環境変化に対して自己適応的に切り替えを行うが、単一の位置決め方法には一定の誤差が存在するため、融合位置決め方法を採用する。 Two kinds of positioning methods are implemented and switching is self-adaptive to environmental changes, but there is a certain error in the single positioning method, so the fusion positioning method is adopted.

既知として、マルチラテレーション方法により算出される位置がl=(x,y)で、修正誤差がendaで、CIR指紋による位置決め方法で予測される位置がl=(x,y)=F’{τ,p,f}で、修正誤差がendaであるため、平均二乗誤差の方法を用いて融合位置決めを行う。一般性が失われないように、仮に、x=max{x,y}、y=max{y,y}であるとすると、算出フローは以下のとおりである。以下の式

Figure 0007239958000026
で平均二乗誤差を演算し、ここで、HおよびHは誤差係数を表す。続いて、以下の式
Figure 0007239958000027
で融合位置決めを演算し、ここで、lは融合位置決めの演算結果である。 As known, the position calculated by the multilateration method is l d =(x d , y d ), the correction error is e nda , and the position predicted by the CIR fingerprint localization method is l c =(x c , y c )=F′{τ,p,f} and the correction error is en da , so the method of mean squared error is used to perform fusion positioning. For the sake of generality, if xc =max{ xd , yd } and yd =max{ yc , yd }, the calculation flow is as follows. the formula below
Figure 0007239958000026
where H 1 and H 2 represent the error coefficients. Then the following formula
Figure 0007239958000027
where la is the result of the fused positioning.

Claims (4)

G位置決め基地局に基づいて測定待ち位置決めターゲットのパラメータ取得し、分析し、処理するステップ(2)と、
マルチラテレーション方法を利用して前記測定待ち位置決めターゲットについて位置決めを行い、予測された位置と実際の位置との誤差を分析するステップ(3)と、
ステップ(2)で処理したパラメータにより構築したCIR指紋パラメータデータベースを利用して測定待ち位置決めターゲットについて位置決めを行い、予測された位置と実際の位置との誤差を分析するステップ(4)と、
マルチラテレーション方法を利用して測定された位置を測定値とし、CIR指紋による位置決め方法を利用して予測した位置を予測値とし、測定値と予測値との誤差について平均二乗誤差に基づく融合計算を行い、最適な位置を推定するステップ(5)と、
室内環境の変化に応じて自己適応的に融合位置決めを行うステップ(6)と、
を含み、
前記ステップ(6)は、以下の方法により実現され、
RSSI距離測定モデルにより、以下の式
Figure 0007239958000028
に示されるようにAとBとの両点間の受信信号の強度を得て、ここで、AおよびBは二つの位置であり、QおよびUは経験則に基づく定数であり、RSSIABは位置Aにおいて受信した位置BのRSSI値を表し、環境変化はQおよびUの変化を引き起こし、二つの定数を推定することにより環境変化による影響を低減して環境変化の距離計算に対する影響が小さくなることを保証し、
Figure 0007239958000029
Figure 0007239958000030
であり、同様にU、QおよびU、Qを算出し、環境変化後のモデルパラメータは
Figure 0007239958000031
に更新され、変化の最も小さい5G位置決め基地局を見つけ、画像認識と組み合わせて障害物の5G位置決め基地局に対する影響を判断し、障害物が5G位置決め基地局とターゲットとのパス間の見通し距離内半平面内にある場合、CIR信号に対する影響は大きく、見通し距離パス外平面の5G位置決め基地局に切り替える必要があり、受信されたパラメータの相似性に基づいて、以下の式
Figure 0007239958000032
により位置を予測し、ここで、[τ,p,f]は環境変化後の受信パラメータを表し、[τ,p,f]はオフラインCIR指紋データベースパラメータを表し、|・|は剰余演算を表し、
各5G位置決め基地局はそれぞれマルチラテレーション方法およびCIR指紋による位置決め方法の誤差修正データベースを構築し、修正後の誤差は、
Figure 0007239958000033
であり、ここで、CおよびCはそれぞれマルチラテレーション方法およびCIR指紋による位置決め方法の誤差修正のマッピング関係であり、また、「category」は、「新しい障害物の種類」であり、「size」は、「新しい障害物の大きさ」であり、「distance 1 」及び「distance 2 」は、「新しい障害物と5G位置決め基地局との距離」であり、「e da 」及び「e ca 」は、「平均誤差」であり、続いて、以下の式
Figure 0007239958000034
で平均二乗誤差を演算し、ここで、HおよびHは誤差係数を表し、続いて、以下の式
Figure 0007239958000035
で融合位置決めを演算し、ここで、lは融合位置決めの演算結果であり、x 及びy は、融合位置決めを演算して得られる横座標及び縦座標を表し、x 及びy は、マルチラテレーション方法により算出される位置の横座標及び縦座標を表し、x 及びy は、CIR指紋による位置決め方法で予測される位置の横座標及び縦座標を表すことを特徴とする、動的環境に基づく自己適応室内融合位置決め方法。
(2) obtaining, analyzing and processing the parameters of the positioning target pending measurement based on the 5G positioning base station;
the step (3) of locating the positioning target awaiting measurement using a multilateration method and analyzing the error between the predicted position and the actual position;
step (4) of locating the positioning target awaiting measurement using the CIR fingerprint parameter database built from the parameters processed in step (2) and analyzing the error between the predicted and actual positions;
The position measured using the multilateration method is defined as the measured value, the position predicted using the CIR fingerprint positioning method is defined as the predicted value, and the error between the measured value and the predicted value is a fusion calculation based on the mean square error. and estimating the best position (5);
a step (6) of self-adaptive fusion positioning according to changes in the indoor environment;
including
The step (6) is realized by the following method,
With the RSSI distance measurement model, the following equation
Figure 0007239958000028
, where A and B are two locations, Q and U are empirical constants, and RSSI AB is Represents the RSSI value of location B received at location A, environmental changes cause changes in Q and U, and two constants are estimated to reduce the impact of environmental changes to lessen the impact of environmental changes on range calculations. guarantee that
Figure 0007239958000029
Figure 0007239958000030
and similarly calculate U B , Q B and U C , Q C , and the model parameters after the environmental change are
Figure 0007239958000031
, find the 5G positioning base station with the smallest change, combine with image recognition to determine the impact of obstacles on the 5G positioning base station, and determine if the obstacle is within the line- of-sight distance between the path between the 5G positioning base station and the target If it is in the half-plane, the impact on the CIR signal is large, it is necessary to switch to the 5G positioning base station in the line-of-sight path out-of-plane, based on the similarity of the received parameters, the following formula
Figure 0007239958000032
where [τ e , p e , f e ] represent the reception parameters after the environmental change, [τ k , p k , f k ] represent the offline CIR fingerprint database parameters, | | represents the remainder operation,
Each 5G positioning base station builds an error correction database of the multilateration method and the positioning method by CIR fingerprint, and the error after correction is
Figure 0007239958000033
where C 1 and C 2 are the error correction mapping relations of the multilateration method and the CIR fingerprint localization method respectively, and 'category' is the 'new obstacle type' and ' size” is the “size of the new obstacle”, “distance 1 ” and “distance 2 ” are the “distances between the new obstacle and the 5G positioning base station”, and “e da ” and “e ca ” is the “average error” followed by the following formula
Figure 0007239958000034
where H 1 and H 2 represent the error coefficients, followed by the following equation
Figure 0007239958000035
where l a is the result of the calculation of the fusion positioning, x a and y a represent the abscissa and ordinate obtained by calculating the fusion positioning, and x d and y d denote the abscissa and ordinate of the position calculated by the multilateration method, and x c and y c denote the abscissa and ordinate of the predicted position by the CIR fingerprint localization method. A self-adaptive indoor fusion positioning method based on a dynamic environment.
前記ステップ(2)は、
5G位置決め基地局により測定待ち位置決めターゲットスポットにおける時間遅延、電力および周波数のパラメータを収集するステップ(21)と、
室内環境の画像を収集して分析するステップ(22)と、
取得したデータについて処理を行うステップ(23)と、
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の動的環境に基づく自己適応室内融合位置決め方法。
The step (2) is
collecting parameters of time delay, power and frequency at the positioning target spot awaiting measurement by the 5G positioning base station (21);
collecting and analyzing images of the indoor environment (22);
a step (23) of processing the acquired data;
The dynamic environment-based self-adaptive indoor fusion positioning method according to claim 1, characterized by comprising:
前記ステップ(3)は、以下に示す方法により実現され、
、dおよびdをそれぞれ三つの5G位置決め基地局とターゲットとの計算距離であるとし、(A,A)、(B,B)および(C,C)がそれぞれ5G位置決め基地局の位置を表すとする場合、以下の式
Figure 0007239958000036
が得られ、ここで、ε(d)≦εmaxは距離誤差であり、第i番目に計算する位置がl=(x ,y )であり、ターゲットの実際の位置がl=(x ,y )であるとすると、平均誤差 da は以下の式
Figure 0007239958000037
で表示でき、ここで、Jはトータルのデータを取得した回数を表す、ことを特徴とする、請求項1に記載の動的環境に基づく自己適応室内融合位置決め方法。
The step (3) is realized by the method shown below,
Let d 1 , d 2 and d 3 be the calculated distances between the three 5G positioning base stations and the target respectively, and (A 1 , A 2 ), (B 1 , B 2 ) and (C 1 , C 2 ) are Assuming that each represents the position of a 5G positioning base station, the following equation
Figure 0007239958000036
where ε(d)≦ε max is the range error, the i-th computed position is l d =(x i d , y i d ) and the actual position of the target is l Assuming a = (x ia , y ia ), the average error e da is given by
Figure 0007239958000037
The dynamic environment based self-adaptive indoor fusion positioning method according to claim 1, characterized in that it can be represented by J, where J represents the number of times the total data has been acquired.
前記ステップ(4)は、以下に示す方法により実現され、
ステップ(2)で処理したパラメータにより構築したCIR指紋パラメータデータベースにおいて、CIRは以下の式
Figure 0007239958000038
で表され、ここで、aはチャネルゲイン、e-j2πfτnは周波数オフセット、τはチャネル時間遅延を示し、
CIR指紋データベースは以下の式
Figure 0007239958000039
で表され、ここで、l=(x,y)は位置を表し、Fはマッピング関係を示し、τ={τ,τ,・・・τ}は時間遅延を表し、p={p,p・・・p}は電力を表し、f={f,f・・・f}は周波数を表し、
仮に、第i番目に予測された位置がl=(x ,y )であり、ターゲットの実際の位置がl=(x ,y )である場合、平均誤差は以下の式
Figure 0007239958000040
で表される、ことを特徴とする、請求項1に記載の動的環境に基づく自己適応室内融合位置決め方法。
The step (4) is realized by the method shown below,
In the CIR fingerprint parameter database constructed by the parameters processed in step (2) , the CIR is given by the following formula:
Figure 0007239958000038
where a n is the channel gain, e −j2πfτn is the frequency offset, τn is the channel time delay, and
The CIR fingerprint database has the following formula
Figure 0007239958000039
where l c =(x c , y c ) denotes the position, F denotes the mapping relation, τ={τ 1 , τ 2 , . . . τ N } denotes the time delay, p={p 1 , p 2 . . . p N } represents power, f={f 1 , f 2 .
If the i-th predicted position is l c =(x i c ,y i c ) and the actual position of the target is l a =(x i a ,y i a ), then the average error is the following formula
Figure 0007239958000040
The dynamic environment-based self-adaptive indoor fusion positioning method according to claim 1, characterized by: .
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