一种基于残差加权的室内定位方法技术

本发明专利技术提供了一种基于残差加权的室内定位方法，通过无线信号得到移动点与空间中布设好的固定基站之间的距离信息，采用残差加权的方法对测量信息进行筛选，通过计算测距信息存在与否对计算残差的影响，定义出每个测距信息在定位计算中所占的权重，然后进行加权后的定位计算。该方法简便且可靠性高，能够提高室内定位的精度。

An indoor location method based on residual weighting

The present invention provides an indoor positioning method based on weighted residuals, obtained between mobile and fixed base station space layout good distance information through wireless signals, using the method of weighted residuals of measurements were selected by calculating the distance information with or influence of calculation errors, define the weight of each location the information in the positioning calculation, then the weighted calculation of location. The method is simple and reliable, and can improve the accuracy of indoor positioning.

【技术实现步骤摘要】
一种基于残差加权的室内定位方法
本专利技术涉及一种室内定位方法，具体涉及一种采用无线信号技术的基于测距的室内定位方法。
技术介绍
目前，室内定位技术的研究偏重于基于无线信号技术的方式。常用的定位方法分为无需测距的室内定位方法和基于测距的室内定位方法。其中基于测距的室内定位方法方便易推广，因此在实际应用中倍受青睐。基于测距的室内定位方法指，通过不同的无线信号技术测量移动点与提前布设的固定点间的距离，最后利用距离信息和固定点的位置，根据几何关系推出移动点在空间中的相对位置。其中常用的无线信号技术主要包括Wi-Fi、蓝牙(Bluetooth)、超宽带(UWB)等。主要通过信号传输时间(TimeofArrival，TOA)、信号传输时间差(TimeDifferenceofArrival，TDOA)、信号传输角度(AngleofArrival，AOA)及信号强度指示(ReceivedSignalStrengthIndicator，RSSI)等方法获得移动点与固定点间距离。基于测距的室内定位系统容易布设，定位算法可移植性强，受环境变化影响较小。无线技术的测距不可避免的存在误差，固定点的安装位置也存在一定误差。这些误差都将对室内定位的结果精度带来影响。需要进行定位的室内环境往往比较复杂和广阔，空间中需要布置多个固定点实现定位目的，特殊情况下需要布设不同的传感器得到不同精度的测量结果。因此需要对测距信息进行筛选和加权来提高定位精度。现有技术中有直接利用距离测量值方差的倒数作为测距信息的可靠度标准进行加权定位的ML算法，可靠性不高。还有RWGH算法，计算不同测距信号组合得到位置和残差，利用残差对得到的位置进行加权处理得到最终位置，计算复杂度高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于残差加权的室内定位方法，采用残差加权的方法对测量信息进行筛选，简便且可靠性高，能够提高室内定位的精度。一种基于残差加权的室内定位方法，定位方法步骤如下：步骤一：通过无线信号测量得到移动点与固定基站间的距离测量信息；步骤二：利用距离测量信息{di|i＝1，2，……，n}，进行定位计算，得到移动点的初步位置及初步残差r0；步骤三：若距离测量信息数量n小于四，则直接将步骤二中的初步位置作为最终的计算结果，结束本次计算；若距离测量信息数量n大于或等于四，则依次去掉n个距离测量信息中不同的距离测量信息di，并对剩余n-1个距离测量信息重新进行定位计算，得到n次定位计算的残差{ri(|i＝1，2，……，n}，进入步骤四；步骤四：以步骤三中重新定位计算得到的残差ri与步骤二中的初步残差r0之间的变化作为残差的权重wi；步骤五：对步骤二中的距离测量信息di加入残差的权重wi，得到带权重的距离测量信息，再次进行定位计算，得到移动点的精确位置。进一步地，所述权重的计算方式为wi＝ri/r0。进一步地，所述残差基于最小二乘法求解。进一步地，在所述步骤二之前进一步包括：从步骤一的距离测量信息中筛选出固定基站有效范围内的距离信息。有益效果：1、本专利技术采用残差加权的方法对测量信息进行筛选，能够提高室内定位的精度。2、本专利技术基于最小二乘法求解残差，方便简单。附图说明图1为本专利技术的定位方法流程图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种基于残差加权的室内定位方法，基本原理是：通过无线信号得到移动点与空间中布设好的固定基站之间的距离信息，采用残差加权的方法对测量信息进行筛选，根据每个距离信息去掉前后再次计算的残差变化大小，来确定该距离信息的准确度，从而得到其在计算中占的权重。当去掉某个距离信息后解得的残差变大，则此距离信息较为准确，残差变大的越多，说明该信息越准确，计算中占的权重也更大。可见，利用残差加权的方法对测量信息进行筛选，能够提高室内定位的精度。采用空旷空间作为定位区域，可以利用蓝牙进行测距。本实施例中，优选地，利用蓝牙及超宽带UWB同时测距与只采用蓝牙测距相比，精度更高。在空间中均匀布置蓝牙基站，空间正中布置一个UWB锚点，待定位的移动点是同时含有蓝牙接收装置和UWB接收装置的电子标签，可以通过蓝牙和UWB测得不同精度的距离信息。蓝牙信号的有效范围为与电子标签距离在10m内的区域，UWB信号的有效范围是整个定位区域。步骤一：通过无线信号测量得到移动点与各个蓝牙及超宽带UWB间距离测量信息。为了提高定位精度，进一步从步骤一的距离测量信息中筛选出在蓝牙信号和UWB信号有效范围内的距离信息；步骤二：利用有效距离测量信息{di|i＝1，2，……，n}，进行定位计算，得到移动点的初步位置及初步残差r0；在已知UWB锚点坐标及蓝牙基站坐标情况下，计算电子标签与无线信号之间的距离di，得到方程组，即式(1)式中(x,y)表示电子标签的坐标，(x1,y1)表示UWB锚点坐标，n-1表示在距离电子标签有效范围内的蓝牙基站数，(xi,yi)表示有效范围内的蓝牙基站坐标，此时i＝2～n取整数。设z＝x2+y2，将式(1)变换得到含有三个未知数的线性方程组如式(2)所示：AX＝b定义残差如式(3)所示，残差可以一定程度上反应解的精度，残差越大结果的误差越大。r＝|z-x2-y2|.(3)采用最小二乘法解式(2)所示的线性方程组，得到方程的解如式(4)，再根据式(3)得到r0步骤三：由于当存在3个或3个以上距离测量信息时才能得到方程组的唯一解，因此当有效测距信息大于等于四个时才能保证去掉其中一个信息仍然得到唯一解。当有效测距信息n小于四，则采用步骤二中的计算结果作为最终结果，结束本次计算；若有效距离测量信息数n大于等于四，则依次去掉n个距离测量信息中不同的距离测量信息di，并对剩余n-1个距离测量信息重新进行定位计算，得到n次定位计算的残差{ri(|i＝1，2，……，n}，进入步骤四；步骤四：以步骤三中重新定位计算得到的残差ri与步骤二中的初步残差r0之间的变化作为残差的权重wi；根据本专利技术的基本原理，将残差ri与初步残差r0之间的变化以比例的形式体现出来，作为残差的权重wi。权重计算方式如式(5)所示，权重矩阵如式(6)：wi＝ri/r0(5)步骤五：对步骤二中的距离测量信息di加入残差的权重wi，得到带权重的距离测量信息，再次进行定位计算，同样采用加权最小二乘法，利用步骤四中的权重矩阵，得到新的位置结果如式(7)所示：最终得到移动点的精确位置。综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于残差加权的室内定位方法，其特征在于，定位方法步骤如下：步骤一：通过无线信号测量得到移动点与固定基站间的距离测量信息；步骤二：利用距离测量信息{d

【技术特征摘要】
1.一种基于残差加权的室内定位方法，其特征在于，定位方法步骤如下：步骤一：通过无线信号测量得到移动点与固定基站间的距离测量信息；步骤二：利用距离测量信息{di|i＝1，2，……，n}，进行定位计算，得到移动点的初步位置及初步残差r0；步骤三：若距离测量信息数量n小于四，则直接将步骤二中的初步位置作为最终的计算结果，结束本次计算；若距离测量信息数量n大于或等于四，则依次去掉n个距离测量信息中不同的距离测量信息di，并对剩余n-1个距离测量信息重新进行定位计算，得到n次定位计算的残差{ri(|i＝1，2，……，n}，进入步骤四；步骤四：以步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博，杨绍伟，肖烜，邓志红，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11