一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法，首先布置LoRa网关、计算服务器有唯一识别ID编号的LoRa终端设备，LoRa网关个数N≥4，N个LoRa网关中至少包括4个LoRa网关满足三个不共线，四个不共面，N个LoRa网关的空间位置坐标已知且N个LoRa网关的时间同步。LoRa网关接收LoRa终端设备以广播形式发送的带有自身ID编号的数据以及接收此数据时的RSSI值；LoRa网关将接收到的数据、LoRa网关将接收到的带有LoRa终端设备识别ID编号的数据、RSSI值数据、LoRa网关本身坐标数据以及当前时间戳组成的计算数据发送给计算服务器；LoRa网关接收计算服务器根据计算数据计算得到LoRa终端设备在空间中的位置信息。本发明专利技术能够获取终端设备在空间中的位置，从而满足三维立体环境下的定位任务。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法
本专利技术无线通信定位方法领域，尤其涉及一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法。
技术介绍
近年来，随着通信技术以及物联网的发展，物联网应用对定位的要求越来越多，目前，采用的GPS定位，用户一般只能获取到二维平面上的地理位置，且只能适用于信号好的户外环境中，当GPS定位终端位于信号差的隧道、地下室时，定位准确度较差；即便在位于信号良好环境的楼层中，一般只能获取到平面上的二维位置，不能获取与高度相关的空间位置，且室内依旧出现定位不准的情况，带来了极大的不便。在目前多种定位终端中，大多数采用GPS芯片进行定位，能耗较高，终端耗电量较大，给用户的长时间定位带来不便。
技术实现思路
本专利技术目的在提供于一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法，布置LoRa网关和计算服务器，LoRa网关个数N≥4，N个LoRa网关中至少包括4个LoRa网关满足三个不共线，四个不共面，N个LoRa网关的空间位置坐标已知且N个LoRa网关的时间同步。优选地，一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法包括以下步骤：S1：LoRa网关接收LoRa终端设备以广播形式发送的带有自身ID编号的数据并计算接收此数据时的RSSI值数据；S2：LoRa网关将接收到的带有LoRa终端设备识别ID编号的数据、RSSI值数据、LoRa网关本身坐标数据以及当前时间戳组成计算数据发送给计算服务器；S3：LoRa网关接收计算服务器根据计算数据计算得到LoRa终端设备在空间中的位置信息。优选地，S3中计算服务器计算LoRa终端设备在空间中的位置前，先计算LoRa网关与LoRa终端设备之间的距离d，包括以下步骤：S301：分别通过RSSI算法和TDOA算法计算所述LoRa网关与所述LoRa终端设备之间的距离di和S302：计算所述LoRa网关与所述LoRa终端设备之间的距离其中α为权值。优选地，计算距离di的公式为：d＝10^((abs(RSSI)-A)/(10*n))，其中，A为LoRa终端设备与LoRa网关相隔1米时收发信号强度的绝对值，n为环境衰减因子，在布置LoRa网关位置之前需要进行测量给出。优选地，S3中计算服务器计算LoRa终端设备在空间中的位置的方式为：λn-1＝dn2-d12-xn2+x12-yn2+y12-zn2+z12其中，(xn,yn,zn)为第n个LoRa网关的坐标，(x，y，z)为LoRa终端设备的坐标，dn为LoRa终端设备到第n个LoRa网关的距离。优选地，若为AB＝C,则矩阵A的秩r(A)和增广矩阵的秩r(A|C)满足r(A)＝r(A|C)＝3。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术通过基于LoRa技术的三维空间定位与控制方法，能够计算出室内外三维立体空间定位终端的位置，从而满足三维立体环境下的定位任务。2、本专利技术通过采用LoRa技术，能够达到终端设备的低功耗，以及免费频段带来的经济上的实惠，且传播距离远，定位面积广。3、本专利技术采用RSSI算法和TDOA算法结合的方式，保证了终端设备与网关之间距离计算的准确性，保证最终的定位精度。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的一种基于LoRa技术的三维空间定位方法的系统机构示意图；图2是本专利技术优选实施例的一种基于LoRa技术的三维空间定位方法空间的坐标计算示意图；图3是本专利技术优选实施例的一种基于LoRa技术的三维空间定位方法的标定A值时节点放置图；图4是本专利技术优选实施例的一种基于LoRa技术的三维空间定位方法的室内商场导购中的运用图；图5是本专利技术优选实施例的一种基于LoRa技术的三维空间定位方法流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法，参见图1，布置LoRa网关、计算服务器和有唯一识别ID编号的LoRa终端设备，LoRa网关个数N≥4，N个LoRa网关中至少包括4个LoRa网关满足三个不共线，四个不共面，N个LoRa网关的空间位置坐标已知且N个LoRa网关的时间同步。首先需要布置LoRa网关和计算服务器，LoRa网关与LoRa终端设备能够通过LoRa无线网络进行通信，LoRa网关和计算服务器之间可以通过有线或者无线网络通信。多个LoRa终端设备均具有唯一识别的ID编号，以保证能够通过ID编号准确的识别LoRa终端设备。LoRa网关的个数至少为四个，当LoRa网关的个数为4个的情况下，在进行布置时需要做到每三个不共线，且四个不共面，所有LoRa网关的空间坐标都为已知状态。当LoRa网关的个数大于4个时，只要保证有任意三个不共线，且四个不共面的LoRa网关。在此基础上再任意布置LoRa网关进行拓扑保证信号的稳定性和准确性。LoRa终端设备可以为便携式可移动LoRa终端设备或其他终端设备。优选地，参见图5，一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法包括以下步骤：S1：LoRa网关接收LoRa终端设备以广播形式发送的带有自身ID编号的数据并计算接收此数据时的RSSI值数据。LoRa终端设备会实时进行广播，在广播时会将自身的ID编号数据发送至LoRa网关，LoRa网关接收LoRa终端设备的ID编号数据时会根据接收信号的强度生成对应RSSI值数据，通过RSSI值数据和ID编号数据可以大致判断LoRa网关与LoRa终端设备之间的距离。S2：LoRa网关将接收到的带有LoRa终端设备识别ID编号的数据、RSSI值数据、并添加LoRa网关本身坐标数据以及当前时间戳组成计算数据发送给所述计算服务器。一个LoRa终端设备由于与各个不同LoRa网关之间距离不一样，发送的信号到达不同的网关时间也就不一样，因此，利用TDOA算法也能够计算出这个网关与定位终端间的距离。TDOA定位是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。因此，通过标记时间戳即能够计算出网关与定位终端间的距离。S3：LoRa网关接收计算服务器根据计算数据计算得到LoRa终端设备在空间中的位置信息。计算服务器根据内置的预设的处理工具对接收到的数据包进行分析计算，得到LoRa终端设备在三维空间中的位置。计算服务器可以为手机、计算机等带有数据处理功能的设备，内置的预设的处理工具即为手机APP、计算机软件等。计算得到的LoRa终端设备在三维空间中的位置可以通过各种方式进行呈现，如在三维立体地图中通过光标闪烁等方式呈现。优选地，S3中计算服务器计算LoRa终端设备在空间中的位置前，先计算LoRa网关与LoRa终端设备之间的距离d，包括以下步骤：S301：分别通过RSSI算法和TDOA算法计算LoRa网关与LoRa终端设备之间的距离di和定位终端距离网关比较近的时候，用RSSI信号强度算法的时候较为准确。但是距离较远的时候，由于接收信号强度随距离的变化不再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法，其特征在于，布置LoRa网关、计算服务器有唯一识别ID编号的LoRa终端设备，所述LoRa网关个数N≥4，N个所述LoRa网关中至少包括4个所述LoRa网关满足三个不共线，四个不共面，N个所述LoRa网关的空间位置坐标已知且N个所述LoRa网关的时间同步。

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法，其特征在于，布置LoRa网关、计算服务器有唯一识别ID编号的LoRa终端设备，所述LoRa网关个数N≥4，N个所述LoRa网关中至少包括4个所述LoRa网关满足三个不共线，四个不共面，N个所述LoRa网关的空间位置坐标已知且N个所述LoRa网关的时间同步。2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：所述LoRa网关接收所述LoRa终端设备以广播形式发送的带有自身ID编号的数据并计算接收此数据时的RSSI值数据；S2：所述LoRa网关将接收到的带有所述LoRa终端设备识别ID编号的数据、所述RSSI值数据、所述LoRa网关本身坐标数据以及当前时间戳组成计算数据发送给所述计算服务器；S3：所述LoRa网关接收所述计算服务器根据所述计算数据计算得到LoRa终端设备在空间中的位置信息。3.根据权利要求2所述的一种基于LoRa的终端设备三维空间定位方法，其特征在于，所述S3中计算服务器计算所述LoRa终端设备在空间中的位置前，先计算所述LoRa网关与所述LoRa终端设备之间的距离d，包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，陈晶，匡林爱，陈南松，李学勇，陈治平，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43