一种定位方法、装置、电子设备及可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种定位方法、装置、电子设备及可读存储介质，应用于无线定位技术领域，所述方法包括：分别计算各测量基站发射的信号到达移动终端的时间与基准基站发射的信号到达移动终端的时间的差值，得到各TDOA值，根据各测量基站和基准基站的三维位置坐标，判断各测量基站之间以及各测量基站和基准基站之间的高度是否均相同，如果是，通过气压测量移动终端的高度值，将高度值作为移动终端的三维位置坐标中一个维度的位置坐标，根据各测量基站和基准基站的三维位置坐标、各TDOA值、光速以及一个维度的位置坐标，通过预设2.5维Chan算法求解移动终端的其他两个维度的位置坐标。本发明专利技术可以增大定位范围，提高定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种定位方法、装置、电子设备及可读存储介质
本专利技术涉及无线定位
，特别是涉及一种定位方法、装置、电子设备及可读存储介质。
技术介绍
目前，在室内定位技术中，基于WLAN(WirelessLocalAreaNetwork，无线局域网)、RFID(RadioFrequencyIdentificationDevices，无线射频识别)、蓝牙、惯性器件等定位技术逐渐成熟。在室内定位技术应用中：WiFi(Wireless-Fidelity，无线保真)定位系统具有易实现、低成本的特点，通常采用指纹定位的方法；惯性导航系统则是根据牛顿力学原理，依靠陀螺仪和加速度计完成惯性系统下运动物体的定位导航；红外线室内定位系统由红外线发射器和红外光学接收器组成，通常将红外线发射器作为固定节点，在移动端则装备红外光学接收器；超声波定位精度相对较高，信标器件结构简单，但超声波具有普遍的反射、散射现象，因此具有很强的多径效应；RFID定位系统由RFID标签、RFID阅读器组成，通过触发不同位置的RFID阅读器进行定位，定位精度取决于RFID阅读器的分布密度；蓝牙做为一种短距离无线通信技术，采用基于传播时间的测量方法和基于信号衰减的测量方法进行定位。随着5G时代的到来，为提高定位精度提供了更多的可能性，例如MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多入多出)技术、mmWave(millimeterWave，毫米波)技术、UDN(UltraDenseNetwork，超密集组网)技术以及D2D(Device-to-Device，设备到设备)技术等。5G基站也将在室内搭建来发挥通信、定位等作用，利用5G网络进行室内定位将成为未来定位领域的发展趋势。在基于5G信号的定位技术中，常用基于传播时间测量、基于信号衰减测量以及基于CSI(ChannelStateInformation，信道状态信息)测量等方法来进行定位解算。在基于传播时间的测量方法中，主要有TOA(TimeOfArrival，到达时间)解算法和TDOA(TimeDifferenceOfArrival，到达时间差)解算法。在TOA解算方法中，需要将待测移动端的时钟与基站时钟统一，否则将很大程度上影响定位精度，而在实际定位中难以做到两者时钟的完全统一，所以通常采用TDOA算法进行解算，这样可以消除由时钟不统一带来的误差。理论上，TDOA解算法通过移动终端收到各个基站的TOA作差来获取TDOA值，但在实际收取定位信号时，得到的是各个基站的码片值，而并不是TOA，通过码片值作差并处理计算得到TDOA的值，并进行解算。TDOA解算方法中，常见的算法包括：Fang算法、Chan算法、Taylor算法等等。Fang算法是一种简单的方程推导求解方法，在定位三维空间中的终端位置时，只用4组基站所得到的TDOA测量值来进行解算，在视距条件下精确度较高。Fang算法不需要初值的输入，只需要基站位置坐标和TDOA值即可进行解算，原理简单，计算复杂度低。Chan算法是一种非递归算法，不需要初值输入即可进行解算。在定位三维空间中的终端位置时，至少需要4组基站所得到的TDOA测量值进行解算，当基站数量增加时，Chan算法会利用冗余的基站信息进行定位精度提高，来达到更好的定位效果。Chan算法原理是通过两次加权最小二乘迭代来获得最终的定位结果，计算简单。Taylor算法是一种递归算法，通过输入的基站坐标、TDOA值和终端位置的初始迭代点来进行递归求解，在每一次Taylor递归中求解TDOA测量误差的局部最小二乘解。可以通过递归次数的设置或定位精度的设置来决定Taylor算法的结束点，进而得到期望的精度结果。目前TDOA解算在工程中主要的应用方法为以上三种，但在实际的应用中存在着很多问题。Fang算法只能利用4个基站进行三维终端位置定位，不能利用冗余的基站TDOA数据信息来提高定位精度，不能定位基站所围成范围之外的移动终端位置，所以在工程应用中并不适合。Chan算法虽然可以利用多基站TDOA信息提高精度，但不能通过同一高度的基站对三维空间移动终端位置进行定位，且在第二次加权最小二乘的时候，判断测量误差的正负会出现错误，以及Chan算法无法求解基站之间中垂线(面)上的终端位置。Chan算法和Fang算法一样，无法定位基站所围成区域之外的移动终端位置。Taylor算法需要移动终端初始位置的估计值才能进行计算。然而在实际工程应用中，当初始位置的估计值不在基站和终端围成的区域附近时，Taylor算法的迭代会出现不收敛的情况，导致无法求出移动终端位置，所以Taylor算法的初值不能直接设定为固定坐标。可见，上述定位方法的定位范围较小，定位精度较低。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种定位方法、装置、电子设备及可读存储介质，以增大定位范围，提高定位精度。具体技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种定位方法，所述方法包括：分别计算各测量基站发射的信号到达移动终端的时间与基准基站发射的信号到达所述移动终端的时间的差值，得到各TDOA值，所述测量基站的个数大于或等于3；根据所获取的各测量基站和所述基准基站的三维位置坐标，判断所述各测量基站之间以及所述各测量基站和所述基准基站之间的高度是否均相同；如果是，通过气压测量所述移动终端的高度值，将所述高度值作为所述移动终端的三维位置坐标中一个维度的位置坐标，根据所述各测量基站和所述基准基站的三维位置坐标、所述各TDOA值、光速以及所述一个维度的位置坐标，通过预设2.5维Chan算法求解所述移动终端的三维位置坐标中其他两个维度的位置坐标；所述预设2.5维Chan算法中的第一次加权最小二乘为二维Chan算法中的第一次加权最小二乘，所述预设2.5维Chan算法中的第二次加权最小二乘为三维Chan算法中的第二次加权最小二乘；通过Taylor算法迭代优化所述其他两个维度的位置坐标，得到所述移动终端的优化后的其他两个维度的位置坐标。可选的，在所述分别计算移动终端接收各测量基站发射的信号与基准基站发射的信号的TDOA值之前，所述方法还包括：计算所述移动终端接收的各基站发出的定位信号的码片值，选取码片值第二小的基站作为所述基准基站，将所述各基站中除所述基准基站之外的其他基站作为所述各测量基站。可选的，所述根据所述各测量基站和所述基准基站的三维位置坐标、所述各TDOA值、光速以及所述一个维度的位置坐标，通过预设2.5维Chan算法求解所述移动终端的三维位置坐标中其他两个维度的位置坐标，包括：若所述一个维度为Z轴，Z轴的位置坐标为H；所述测量基站的个数为n-1，n-1为大于或等于3的整数，基准基站1的位置坐标为(x1，y1，z1)，测量基站i的位置坐标为(xi，yi，zi)，i＝2、3、…、n；测量基站i与所述移动终端的距离基准基站1与所述移动终端的距离若测量基站i与基准基站1的TDOA值为ti，1，光速为c，则ri，1＝ri-r1＝c*ti，1；若Ki＝xi2+yi2+zi2，xi，1＝xi-x1，yi，1＝yi-y1，根据第一最小二乘矩阵公式：Z＝(GTQG)-1GTQ-1h＝(x，y，r)T，得到所述其他两个维度的位置坐标(x，y)，以及基准基站1与所述移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定位方法，其特征在于，所述方法包括：分别计算各测量基站发射的信号到达移动终端的时间与基准基站发射的信号到达所述移动终端的时间的差值，得到各到达时间差TDOA值，所述测量基站的个数大于或等于3；根据所获取的各测量基站和所述基准基站的三维位置坐标，判断所述各测量基站之间以及所述各测量基站和所述基准基站之间的高度是否均相同；如果是，通过气压测量所述移动终端的高度值，将所述高度值作为所述移动终端的三维位置坐标中一个维度的位置坐标，根据所述各测量基站和所述基准基站的三维位置坐标、所述各TDOA值、光速以及所述一个维度的位置坐标，通过预设2.5维Chan算法求解所述移动终端的三维位置坐标中其他两个维度的位置坐标；所述预设2.5维Chan算法中的第一次加权最小二乘为二维Chan算法中的第一次加权最小二乘，所述预设2.5维Chan算法中的第二次加权最小二乘为三维Chan算法中的第二次加权最小二乘；通过Taylor算法迭代优化所述其他两个维度的位置坐标，得到所述移动终端的优化后的其他两个维度的位置坐标。

【技术特征摘要】
1.一种定位方法，其特征在于，所述方法包括：分别计算各测量基站发射的信号到达移动终端的时间与基准基站发射的信号到达所述移动终端的时间的差值，得到各到达时间差TDOA值，所述测量基站的个数大于或等于3；根据所获取的各测量基站和所述基准基站的三维位置坐标，判断所述各测量基站之间以及所述各测量基站和所述基准基站之间的高度是否均相同；如果是，通过气压测量所述移动终端的高度值，将所述高度值作为所述移动终端的三维位置坐标中一个维度的位置坐标，根据所述各测量基站和所述基准基站的三维位置坐标、所述各TDOA值、光速以及所述一个维度的位置坐标，通过预设2.5维Chan算法求解所述移动终端的三维位置坐标中其他两个维度的位置坐标；所述预设2.5维Chan算法中的第一次加权最小二乘为二维Chan算法中的第一次加权最小二乘，所述预设2.5维Chan算法中的第二次加权最小二乘为三维Chan算法中的第二次加权最小二乘；通过Taylor算法迭代优化所述其他两个维度的位置坐标，得到所述移动终端的优化后的其他两个维度的位置坐标。2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，在所述分别计算移动终端接收各测量基站发射的信号与基准基站发射的信号的TDOA值之前，所述方法还包括：计算所述移动终端接收的各基站发出的定位信号的码片值，选取码片值第二小的基站作为所述基准基站，将所述各基站中除所述基准基站之外的其他基站作为所述各测量基站。3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述根据所述各测量基站和所述基准基站的三维位置坐标、所述各TDOA值、光速以及所述一个维度的位置坐标，通过预设2.5维Chan算法求解所述移动终端的三维位置坐标中其他两个维度的位置坐标，包括：若所述一个维度为Z轴，Z轴的位置坐标为H；所述测量基站的个数为n-1，n-1为大于或等于3的整数，基准基站1的位置坐标为(x1，y1，z1)，测量基站i的位置坐标为(xi，yi，zi)，i＝2、3、…、n；测量基站i与所述移动终端的距离基准基站1与所述移动终端的距离若测量基站i与基准基站1的TDOA值为ti，1，光速为c，则ri，1＝ri-r1＝c*ti，1；若Ki＝xi2+yi2+zi2，xi，1＝xi-x1，yi，1＝yi-y1，根据第一最小二乘矩阵公式：Z＝(GTQG)-1GTQ-1h＝(x，y，r)T，得到所述其他两个维度的位置坐标(x，y)，以及基准基站1与所述移动终端的距离r，Q为n-1维单位矩阵；若Q′＝4*B(SQ-1S)-1B，根据第二最小二乘矩阵公式：得到更新后的所述其他两个维度的位置坐标(x′，y′)以及高度值H1。4.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，在所述根据第一最小二乘矩阵公式：Z＝(GTQG)-1GTQ-1h＝(x，y，r)T，得到所述其他两个维度的位置坐标(x，y)之后，所述方法还包括：将第一次加权最小二乘解算后得到的所述移动终端的其他两个维度的位置坐标的误差值的正负符号，作为第二次加权最小二乘解算后得到的对应维度的位置坐标的误差绝对值的正负符号。5.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，在所述判断所述各测量基站之间以及所述各测量基站和所述基准基站之间的高度是否均相同之后，所述方法还包括：如果否，根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓中亮，韩佳智，付潇，章佳文，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11