一种基于等分距离的自适应室内定位方法技术

本发明专利技术针对传统室内定位方法的定位要求苛刻和定位精度有待提高的问题，从间接测量角度提出了一种基于等分距离的测距方法。其思想是利用室内无线网络下可交互的众多无线设备，从未知点出发选取特定已知点，对未知点到已知点间长度未知的线段进行等分切割；之后抽象成虚拟单位与虚拟距离概念，构建虚拟坐标系；根据所构虚拟坐标系，间接求出线段的真实物理长度并输入三边或多边定位模型；根据模型输入进行误差特性分析；根据误差特性分布进行自适应估值算法调整，得出未知点定位。该定位方法可得到容忍一定误差的准确定位结果。同时，上述方法与虚拟化思路相结合，达到定位应用与测量机制的松耦合关系，从而可满足更多室内定位的不同要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及为室内高精度定位技术，具体地说，涉及的是一种通过室内无线网络进行更适用，更实用，更精准的室内定位技术。
技术介绍
一种基于等分距离的自适应室内定位技术，首先就涉及定位技术，其定义为就是给予被研究对象确定位置，把被研究对象作为目标，确定目标位置的技术。定位技术在数学领域的坐标系、测绘学领域、GPS卫星全球定位系统、机械加工、运动与静止的实时相对定位都有着非常广泛且不可取代的应用。但本专利技术中所涉及的定位主要指本运动物体目标位置确定的定位，即在空间中各种任意封闭或不封闭、和任意规则或者不规则的固定轨迹上运动物体的定位，其本质属性是该定位与坐标系无关。定位系统构成因素包括：定位主体系统，即标示定位准确程度的被测对象、被测量的系统；定位参照系统，即运动物件运动所通过的路程作为参照物的系统；定位驱动系统，即按规定要求运动的动力提供源以及相关传动系统；定位检测系统，即包含测量标准量的标准量器具部分、确定标准量相对被测量的相应位置的瞄准器部分、输出定位位置和检测结果的显示位置部分以上三大部分的系统。以上定位系统组成因素都保证了系统具备节省定位时间、通过渐趋逼近定位点来克服惯性影响，确保定位准确的特性。上述定位系统构成因素中，定位主体系统针对对象是运动物体这种可具体定位的对象；定位参照系统针对对象是是运动物体所通过路程；定位驱动系统针对对象是动力源及传动系统，其作用是能控制运动物体运动状态，具体为沿设定要求提供快速、中速、或者慢速运动，使定位通过快速移动来达到节省定位时间的目的，又通过缓慢的定位点趋近，来达到克服惯性等不利于确保定位精度影响的目的。一种基于等分距离的自适应室内定位技术，另一方面涉及的即为等分方法。等分定义为，在定量意义上，将同一物质、物体、图形或任意的量分成若干份额度相等的工作。理论上的等分分为真值等分和近似等分，区别在于，真值等分是理论上无误差等分，近似等分是理论上有误差等分。近似等分和真值等分可能单独存在于不同等分方法，也可以共存于同一种等分方法，如几何作图法。日常生活中应用最多的度标和分度就属于等分方法，度标定义为为
等分某物理量之后，按物理量单位长度来间隔相邻等分点间的间隔距离的过程；分度定义为度标的相邻标记间隔，分度值等价于度标相邻标记对应的两被测物理量值之差的模。等分定位，结合了上述定位技术和等分数学原理的概念。传统的定位是先建立合适的坐标系，包括直角坐标系、柱坐标系、极坐标系等坐标系，按设定定位精度要求，将运动物体纳入其中，再以坐标系中的如直角坐标系中坐标方向上的线长、极坐标系中的极角之类的坐标参量，确定运动物体某一时刻位置或停止运动后的静止位置。由上述可以预见到，传统定位与坐标原点的坐标长度、坐标角度的紧密联系，例如沿坐标方向的路程必须从原点开始度标，这样不可避免引入了测量误差等一系列影响精度因素。因此，本专利技术就有非常重要的现实意义。本专利技术所利用等分方法其独特特点，不同于借助一般坐标系对运动物体或部件在某一时刻位置进行指定精度确定的传统方法，所应用的等分距离方法基础上的定位是用特定等分技术路程进行理论上无误差的等分，满足等分要求地标示划分各等分点来定位沿任意轨迹运动物体。这种基于等分距离的定位，不仅适用于规则路程上某一静止物体位置的准确定位，还适用于沿任意曲线路程运动物体的定位，理论上可以达到无误差的高精度效果。通过定位技术、等分方法、等分定位技术的原理探讨，结合目前已有的室内定位方法，可以归纳出当今室内定位方法中存在的不足。其不足在于：1.室内环境的不规则形态会使定位信号的直线传播存在障碍，即定位信号易受室内环境影响大，通过改进软硬件设备需要很高的软硬件成本来提高无线设备的测距精度。2.室内环境下存在的测量信号反射、物体移动等不可控因素，会使测量误差的准确分布特性难以获得，即容易造成定位信号测量误差特性不明确，无法有效利用冗余测量的方法来消除随机误差对实际定位精度的影响，最终结果导致实际室内定位精度不精确。基于上述两点，对现有的改进和基于此的创新方法都有非常重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种新型基于等分距离的自适应室内定位技术。现有定位方法在提高室内定位精度方面遇到很大挑战，亟待新方法和新思路来取得突破。针对嵌入式计算和移动计算迅猛发展的大环境，本专利技术着眼点在有效利用室内环境中大量具备基本通信功能和测距功能的商品化无线设备，而非增加每个硬件设备的复杂度来提高测量精度。其特点在于：1.低成本，即利用现有低成本测量设备提高实际定位精度。2.高精度，即在相同条件下的实际定位精度比现有方法有显著提高。3.大兼容，支持多种测量设备和混合测量模式。针对实用性、适用性、可行性等多方面的研究分析，最终得出减少成本，降低硬件设备复杂度的新途径，实现快速精确且所受影响较小的一种基于等分距离的自适应室内定位技术。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于等分距离的自适应室内定位方法，主要分为四步完成定位，基于未知距离的等分；基于等分后虚拟单位抽象的虚拟距离测算；基于虚拟距离的物理距离模型输出；基于物理距离的自适应估值算法的未知点定位。其中：所述的基于未知距离的等分，利用无线网络中众多测量设备的相对位置关系，选取距离未知点合适范围内的已知点，基于几何原理和距离分割算法将未知点到已知点之间的路径长度切割成多个等份。以距离分割算法为核心的该等分方法重点不在于具体测量，目的在于够判定已知节点距离未知点的远近关系，即对所等分的未知距离宏观上的估计。所述的基于等分后虚拟单位抽象的虚拟距离测算，利用计算机系统中地址空间、命名、定位的核心抽象的类比，提出虚拟单位和虚拟距离概念。所述虚拟距离，定义为等分距离所产生的等份数；所述虚拟单位，定义为等分距离所产生的每个等份。其概念抽象目的在于实现定位模型与测量机制的松耦合关系，进一步简化测量机制和降低不规则轨迹测算的复杂度。所述的基于虚拟距离的物理距离模型输出，利用虚拟坐标系构建方法、准确测量技术和近似测量技术对虚拟单位长度进行测量。通过各种测量机制，间接求得节点之间的物理距离，作为三边定位模型的输入，实现定位模型与测量机制的无关性，利于满足后一步自适应条件。上述所采用的准确测量技术，可以获得准确的距离值，如测量信号的到达时间，测量信号到达的时间差，测量信号到达角度以及测量信号的强度等，在不考虑测量误差的情况下，均能获得节点之间的准确距离或角度；上述所采用的近似测量技术，通过测量获得节点间的非距离关系，在节点间可通信基础上，利用定位算法直接求解位置或通过非距离关系估算距离值再进行精确。所述的基于物理距离的自适应估值算法的未知点定位，基于物理距离的误差分析，利用自适应估值算法进行环境测试和误差测试，实现室内高精度定位目标。上述误差分析包含系统误差和随机误差分析。系统误差主要来源于虚拟单位误差、虚拟距离误差、定位算法误差；随机误差主要来源于不同测量条件所产生误差、不同误差分布特性所产生误差、不同网络拓扑条件所产生误差。上述自适应包含定位环境自适应和应用需求自适应。定位环境自适应的各种变化因素来源于无线设备的不同测量机制、测量误差分布特征变化、测量设备的数量变
化和位置变化等；应用需求自适应的各种变化因素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于等分距离的自适应室内定位方法，其特征在于，该方法包括等分距离测量方法以及基于虚拟化的自适应定位方法的两大关键定位步骤，其最终目的为实现低成本、高精度、大兼容特点的各类实体对象高精度实时室内定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于等分距离的自适应室内定位方法，其特征在于，该方法包括等分距离测量方法以及基于虚拟化的自适应定位方法的两大关键定位步骤，其最终目的为实现低成本、高精度、大兼容特点的各类实体对象高精度实时室内定位。2.根据权利要求1所述的一种基于等分距离的自适应室内定位方法，其特征是，所述的等分距离测量方法，包含基于距离分割算法的距离等分、基于计算机理念的虚拟单位和虚拟距离的概念抽象并基于虚拟单位和虚拟距离来构建虚拟坐标系、基于虚拟坐标系的虚拟距离和物理距离的测算和误差分析步骤。3.根据权利要求1所述的一种基于等分距离的自适应室内定位方法，其特征是，所述的基于虚拟化的自适应定位方法，包含基于误差分析对节点选取和节点数量的策略调整以及自适应估值算法的调度步骤，最终实现室内定位。4.根据权利要求1和2所述的一种基于等分距离的自适应室内定位方法，其特征是，所述的基于距离分割算法的距离等分，利用无线网络中众多测量设备的相对位置关系，选取距离未知点合适范围内的已知点，将从未知点到已知点之间的路径长度切割成多个等份。并对未知点和已知点距离远近关系进行判定。5.根据权利要求1和2所述的一种基于等分距离的自适应室内定位算法，其特征是，所述的基于计算机理念的虚拟单位和虚拟距离的概念抽象并基于虚拟单位和虚拟距离来构建虚拟坐标系，所依据的仍是笛卡尔坐标系和坐标轴长度有限的基本要求。6.根据权利要求1和2所述的一种基于等分距离的自适应室...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大强，张翔宇，黄宏宇，
申请(专利权)人：张大强，张翔宇，黄宏宇，
类型：发明
国别省市：上海;31