应用于大型室内环境的基站三维协作定位方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于大型室内环境的基站三维协作定位方法，包括以下步骤：(1)手动量测至少四个锚基站的三维坐标，通过TPSN测距原理估计未知基站间、未知基站和锚基站间的量测距离；(2)用矩阵表示基站的位置坐标，利用矩阵相乘得到用坐标表示的基站间实际距离；(3)将步骤(2)中的坐标矩阵松弛为半定矩阵，建立优化的约束条件；(4)将步骤(1)获得的量测距离和步骤(2)获得的实际距离求差的平方和作为优化过程中的目标函数，同时加入权重因素，构造出半定规划问题；(5)求解步骤(4)中的半定规划问题，获得的最优矩阵即为基站的三维位置坐标。本方法避免了因与锚基站连接个数不足而无法定位的情况，同时提升了定位精度。

Base Station Three-Dimensional Cooperative Location Method Applied to Large Indoor Environment

The invention discloses a three-dimensional cooperative positioning method for base stations applied in large indoor environment, which includes the following steps: (1) manually measuring the three-dimensional coordinates of at least four anchor base stations, estimating the measurement distances between unknown base stations, unknown base stations and anchor base stations by TPSN ranging principle; (2) using matrix to represent the position coordinates of base stations, and using matrix multiplication to obtain the real data between base stations expressed by coordinates. Inter-distance; (3) Relax the coordinate matrix in step (2) to a semi-definite matrix to establish the optimal constraints; (4) Take the sum of squares of the measured distance and the actual distance obtained in step (1) as the objective function in the optimization process, and add weight factors to construct the semi-definite programming problem; (5) Solve the semi-definite programming problem in step (4) Obtain the optimal matrix. That is, the three-dimensional coordinates of the base station. This method avoids the problem that the number of anchor base stations is insufficient to locate, and improves the positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
应用于大型室内环境的基站三维协作定位方法
本专利技术属于室内定位领域，具体涉及一种应用于大型室内环境的基站三维协作定位方法。
技术介绍
随着各种大型建筑的兴起和居民生活水平的提高，基于位置信息的服务(Location-BasedService,LBS)越来越受到关注，成为人们日常出行、购物、旅行、住宿等必不可少的部分。然而由于建筑物遮挡造成的卫星信号急剧衰减以及建筑群之间反射产生的多径效应影响，室内环境中全球导航卫星系统的定位精度急剧下滑。同时，医疗救护、精准营销、智能仓储等室内位置服务需求日益增加，各种室内定位方法应运而生，其中，基站定位能够达到较高的精度。各种技术实现中，WIFI定位、蓝牙定位多采用指纹识别的定位方式，定位精度较低，且系统性能易受环境变化的影响，稳定性差且维护难度大；超声波技术和超宽带技术能够取得较高的位置估计精度，然而这些技术需定制专业的模块设备，成本高昂；基于声信号的定位技术由于其具有成本较低、手机兼容性好、稳定性和估计精度高等特征成为近几年的前沿研究课题，但也存在时钟同步、多径效应等问题。应用最为广泛的定位方法是基于距离量测的定位方法，根据是否可以利用未知基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于大型室内环境的基站三维协作定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)手动量测至少四个锚基站的三维坐标，通过TPSN测距原理估计未知基站间、未知基站和锚基站间的量测距离；(2)用矩阵表示未知基站的位置坐标，利用矩阵相乘得到用位置坐标表示的实际距离，构建基站间的三维距离约束；(3)将步骤(2)中的位置坐标矩阵松弛为半定矩阵，建立优化的约束条件；(4)将步骤(1)获得的未知基站间、未知基站和锚基站间的量测距离和步骤(2)获得的实际距离求差的平方和作为优化过程中的目标函数，同时在目标函数中加入权重因素，构造出半定规划问题。(5)对步骤(4)中构造出的半定规划问题进行求解，获得的最优矩阵即...

【技术特征摘要】
1.一种应用于大型室内环境的基站三维协作定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)手动量测至少四个锚基站的三维坐标，通过TPSN测距原理估计未知基站间、未知基站和锚基站间的量测距离；(2)用矩阵表示未知基站的位置坐标，利用矩阵相乘得到用位置坐标表示的实际距离，构建基站间的三维距离约束；(3)将步骤(2)中的位置坐标矩阵松弛为半定矩阵，建立优化的约束条件；(4)将步骤(1)获得的未知基站间、未知基站和锚基站间的量测距离和步骤(2)获得的实际距离求差的平方和作为优化过程中的目标函数，同时在目标函数中加入权重因素，构造出半定规划问题。(5)对步骤(4)中构造出的半定规划问题进行求解，获得的最优矩阵即为基站的三维位置坐标。2.根据权利要求1所述的一种应用于大型室内环境的基站三维协作定位方法，其特征在于，所述TPSN(timing-syncprotocolforsensornetworks)测距原理包括下列步骤：(1)通过每两个基站之间进行TPSN测距获得这两个基站之问的距离量测值，令基站A发送信号的实际时间tA0，基站A和基站B接收信号的时间分别为tA1，tB1；基站B发送信号的实际时间是tB0，基站A和基站B接收信号的时间分别为tA2，tB2；将tA1和tB2分别近似为基站A和基站B的真实发送时刻；(2)在基站A和基站B时钟预先同步的情况下，两基站间的距离表示为D＝(tB1-tA1)v，D＝(tA2-tB2)v，将这两个式子相加整理得到：其中v是声速，通过直接在两台基站各自采集的信号中估计在自己时钟上的时延然后做差即可求得距离量测值，获得未知基站间、未知基站和锚基站间的量测距离。3.根据权利要求1所述的一种应用于大型室内环境的基站三维协作定位方法，其特征在于，步骤2中三维距离约束的构建具体为：将锚基站k与未知基站j间的欧几里得距离用djk表示，未知基站i与未知基站j间的欧式距离用dij表示；用3×m的矩阵来表示锚基站的位置，每列的三维向量代表一个锚基站的三维位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智，王晓轩，陈敏麟，王雅菲，嵇程，柴晴峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33