一种室内定位方法及室内定位系统技术方案

本发明专利技术提供了一种室内定位方法及室内定位系统，所述方法包括：获取每一个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值；根据每两个信号接收端接收的信号强度值，计算该两个信号接收端与目标发射端的距离比值，遍历所有的信号接收端，得到多组距离比值；根据每两个信号接收端的位置坐标以及对应的距离比值，绘制出目标信号发射端的轨迹；根据目标信号发射端的多个轨迹，利用模糊地图策略求解得到目标信号发射端的位置坐标。本发明专利技术基于差分定位理论，利用同环境无线信号小尺度多径效应衰减近似相等的原理，结合平面几何原理与模糊地图方法，对无线信号室内传播过程中多径效应等干扰因素的消减，实现室内目标定位，提高室内定位的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种室内定位方法及室内定位系统
本专利技术涉及定位
，更具体地，涉及一种室内定位方法及室内定位系统。
技术介绍
获取目标的位置信息在很多领域都具有非常重要的意义，因此定位技术越来越得到人们的关注与研究。近年来,随着移动网络与智能终端的发展,对基于室内位置的服务需求日益增加。GPS等GNSS系统虽然已经能够较好地解决室外定位问题,然而在室内以及其他遮蔽环境下卫星信号强度和质量急速下降。地面蜂窝移动网络在室内的信号质量和强度都远远优于卫星在室内的信号质量和强度,但由于信号带宽限制,移动蜂窝网的定位精度至今较差,定位精度停留在几十米至几百米量级,不能满足室内定位的要求。根据对室内定位的要求不同,可以采用不同的定位技术。室内定位相关算法可分为基于指纹匹配以及基于信号强度测量两种方式，现有算法大多是基于信号强度测量的方式，例如三点定位、TOA、DOA、LANDMARC等。三点定位算法，又称三边测量定位算法是一种十分常用的定位算法。其基本原理为：已知三点位置(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，已知未知点(x0,y0)到三点距离d1，d2，d3。以d1，d2，d3为半径作三个圆，根据毕达哥拉斯定理，得出交点即未知点的位置。TOA(信号到达时间定位算法)是指使用发射机向目标物体发射信号，获取其从发射到返回的时间，由于信号的速度是确定的，依据得到的时间便可计算得出距离，然后借用三点定位算法进行定位。TDOA(信号到达时间差算法)是指改进了原先通过绝对时间计算实际位置的方式，由通过检测信号到达两个阅读器的时间差，即距离差，来判断具体标签位置。实验中通过三个不同的阅读器便可得到两个TDOA，一个TDOA可以确定一条以两阅读器为焦点的双曲线，标签的位置即为两条双曲线的交点上。LANDMARC算法首先获知目标位置处的信号值，然后在各个不同的测试点布下读写器测得信号值，得出与目标位置处信号值的差值，在此差值的倒数作为权重，结合每个测试点的坐标，得出目标位置的具体坐标。LANDMARC算法引进了参考标签这一概念，增加了定位系统的复杂程度和成本，限制了其使用范围，并且而基于TOA/TDOA算法的定位系统在定位时，需要读写器将接收到的信号强度值依据路径损耗模型转化成距离信息，带入到TOA/TDOA求解模型中进行计算，得出结果，这种模式耗时长，误差较大，时效性不佳。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的室内定位方法及室内定位系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种室内定位方法，包括：S1，获取多个信号接收端中的每一个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值；S2，根据每两个信号接收端接收的目标信号发射端发射信号的信号强度值，计算该两个信号接收端与目标发射端的距离比值，遍历所有的信号接收端，得到多组两个信号接收端与目标信号发射端的距离比值；S3,根据每两个信号接收端的位置坐标以及对应的距离比值，绘制出目标信号发射端的运动轨迹，遍历所有的距离比值，得到目标信号发射端的多个运动轨迹；S4，根据所述目标信号发射端的多个运动轨迹，利用模糊地图策略求解得到目标信号发射端的位置坐标。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种室内定位系统，包括：信号强度获取模块，用于获取多个信号接收端中的每一个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值；距离比值计算模块，用于根据每两个信号接收端接收的目标信号发射端发射信号的信号强度值，计算该两个信号接收端与目标发射端的距离比值，遍历所有的信号接收端，得到多组两个信号接收端与目标信号发射端的距离比值；轨迹绘制模块，用于根据每两个信号接收端的位置坐标以及对应的距离比值，绘制出目标信号发射端的运动轨迹，遍历所有的距离比值，得到所述目标信号发射端的多个运动轨迹；目标位置求解模块，用于根据所述目标信号发射端的多个运动轨迹，利用模糊地图策略求解得到目标信号发射端的位置坐标。本专利技术的有益效果为：基于差分定位理论，利用同环境无线信号小尺度多径效应衰减近似相等的原理，通过任意两个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值即可计算出两个信号接收端与目标信号发射端之间的距离比值，便可绘制出目标信号发射端的轨迹图，相比现有的LANDMARC算法，无需根据将接收到的信号强度值依据路径损耗模型转化成距离信息，算法简便，并结合平面几何原理与模糊地图方法，实现室内定位，实现了对无线信号室内传播过程中多径效应等干扰因素的消减，提高室内定位的精度，本方法适应不同的室内定位技术，具有良好的兼容性。附图说明图1为本专利技术一个实施例的室内定位方法流程图；图2为多信号接收端示意图；图3为一次指数平滑数据处理后的结果图；图4为两个信号接收端与目标信号发射端的距离比值示意图；图5为目标信号发射端运动轨迹示意图；图6为多个阿波罗尼斯圆轨迹定位示意图；图7为将整个定位区域划分为多个单位面积示意图；图8为生成的模糊地图示意图；图9为本专利技术另一个实施例的室内定位系统框图；图10为室内定位系统的整个框图；图11为室内定位系统中目标位置求解模块内部框图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。参见图1，为本专利技术一个实施例的室内定位方法，包括：S1，获取多个信号接收端中的每一个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值；S2，根据每两个信号接收端接收的目标信号发射端发射信号的信号强度值，计算该两个信号接收端与目标发射端的距离比值，遍历所有的信号接收端，得到多组两个信号接收端与目标信号发射端的距离比值；S3,根据每两个信号接收端的位置坐标以及对应的距离比值，绘制出目标信号发射端的运动轨迹，进而得到所述目标信号发射端的多个运动轨迹；S4，根据所述目标信号发射端的多个运动轨迹，利用模糊地图策略求解得到目标信号发射端的位置坐标。本实施例的步骤S1首先可为目标信号发射端配置多个信号接收端，可参见图2，并获取每一个信号接收端接收到的目标信号发射端发射信号的信号强度值。然后步骤S2根据多个信号接收端中的每两个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值，计算该两个信号接收端与目标发射端的距离比值。下面对如何根据两个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值，计算该两个信号接收端与目标发射端的距离比值进行具体描述。假设有两个信号接收端，分别为第一信号接收端R1和第二信号接收端R2，第一信号接收端R1与目标信号发射端T1之间的距离为d1，第二信号接收端R2与目标信号发射端T1之间的距离为d2，第一信号接收端R1与第二信号接收端R2之间的距离为d。根据室内无线信号衰减模型可得：Pr(d1)＝Pr(d0)-10nlog10(d1/d0)-Xσ1；(5-1)Pr(d2)＝Pr(d0)-10nlog10(d2/d0)-Xσ2；(5-2)其中，上述公式(5-1)和公式(5-2)中d0为假设的初始信号接收端与目标信号发射端之间的初始距离，Pr(d0)为初始信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值，Pr(d1)为第一信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值，Pr(d2)为第二信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值，Xσ1为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内定位方法，其特征在于，包括：S1，获取多个信号接收端中的每一个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值；S2，根据每两个信号接收端接收的目标信号发射端发射信号的信号强度值，计算该两个信号接收端与目标发射端的距离比值，遍历所有的信号接收端，得到多组两个信号接收端与目标信号发射端的距离比值；S3,根据每两个信号接收端的位置坐标以及对应的距离比值，绘制出目标信号发射端的运动轨迹，遍历所有的距离比值，得到所述目标信号发射端的多个运动轨迹；S4，根据所述目标信号发射端的多个运动轨迹，利用模糊地图策略求解得到目标信号发射端的位置坐标。

【技术特征摘要】
1.一种室内定位方法，其特征在于，包括：S1，获取多个信号接收端中的每一个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值；S2，根据每两个信号接收端接收的目标信号发射端发射信号的信号强度值，计算该两个信号接收端与目标发射端的距离比值，遍历所有的信号接收端，得到多组两个信号接收端与目标信号发射端的距离比值；S3,根据每两个信号接收端的位置坐标以及对应的距离比值，绘制出目标信号发射端的运动轨迹，遍历所有的距离比值，得到所述目标信号发射端的多个运动轨迹；S4，根据所述目标信号发射端的多个运动轨迹，利用模糊地图策略求解得到目标信号发射端的位置坐标。2.如权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：通过移动单个信号接收端的位置得到多个虚拟的信号接收端，并获取每一个虚拟的信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值。3.如权利要求2所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S2中根据如下公式计算两个信号接收端与目标信号发射端的距离比值：其中，d1为第一个信号接收端与目标信号发射端之间的距离，d2为第二个信号接收端与目标信号发射端之间的距离，P(d1)为第一个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值，P(d2)为第二个信号接收端接收目标信号发射端发射信号的信号强度值，n为环境噪声参数值。4.如权利要求3所述的室内定位方法，其特征在于，所述目标信号发射端的运动轨迹满足阿波罗尼斯圆轨迹，所述步骤S4进一步包括：S41,按照相等大小将定位区域划分为多个单位面积；S42,记录每一个单位面积被包含的阿波罗尼斯圆运动轨迹的数量，当单位面积被预设数量的阿波罗尼斯圆运动轨迹包含时，对该单位面积进行标记，根据整个定位区域标记的单位面积，生成模糊地图，进而根据信号接收端的每一个移动周期，生成多张模糊地图；S44，对所述多张模糊地图求取交集，得到候选单位面积坐标；S45，按照预定方式计算每一个候选单位面积的权值，并根据每一个候选单位面积的坐标以及对应的权值，计算得到目标信号发射端的位置坐标。5.如权利要求4所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S42中当单位面积满足下述条件时，则被阿波罗尼斯圆轨迹包含：其中，(Xi，Yi)为单位面积的中心坐标，(Xoi，Yoi)为阿波罗尼斯圆运动轨迹的圆心坐标，Ri为阿波罗尼斯圆运动轨迹的半径。6.如权利要求5所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S45中按照预定方式计算每一个候选单位面积的权值进一步包括：为每一个候选单位面积设定第一权值W1i和第二权值W2i，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟庆，王思叶，张艳芳，张珠君，丁昶，诸邵忆，赵博白，孔华锋，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11