一种基于误差补偿的定位方法，系统，终端设备及可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于误差补偿的定位方法、系统、终端设备及可读存储介质，该方法包括如下步骤：S1：获取锚点的坐标信息以及锚点与定位节点的角度信息；S2：基于步骤S1获取的锚点的坐标信息以及角度信息采用最小二乘法计算出状态矩阵A和B；S3：利用步骤S2的状态矩阵A和B构造辅助公式计算出带有误差补偿的定位节点的二维精确解；S4：基于三维空间结构利用步骤S3获得的二维精确解得到定位节点的另一维精确解，进而得到定位节点的三维精确解。本发明专利技术所述方法通过获取的角度和距离信息进行方差的补偿处理，实现室内三维空间的目标定位，有效的提高了目标定位精度。有效的提高了目标定位精度。有效的提高了目标定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于误差补偿的定位方法，系统，终端设备及可读存储介质


[0001]本专利技术属于室内定位
，具体涉及一种基于误差补偿的定位方法，系统，终端设备及可读存储介质。

技术介绍

[0002]室内定位跟踪是通过各类传感器对室内空间中人员、设施设备和物品的位置进行实时探测的技术，目前应用地最为广泛。室内定位的问题涉及从多个带有噪声的传感器测量值估计得到目标的位置。定位性能可以通过某些度量来明确表征，比如计算Cramer
‑
Rao下界(等于反费雪信息矩阵(Fisher Information Matrix，FIM))，通常使用Cramer
‑
Rao下界来生成一个不确定椭圆，该椭圆表征了有效估计(即达到下界的估计)的空间方差分布。Cramer
‑
Rao下界是传感器
‑
目标几何结构的一个函数，许多作者通过识别这个几何构型来最小化方差下界的度量。
[0003]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和北斗等导航系统虽然能够较好的解决室外定位问题，然而在室内以及其他遮蔽环境下卫星信号强度和质量会急剧下。地面蜂窝移动网络在室内的信号质量和强度都远优于卫星，但由于信号宽带的限制，移动蜂窝网络的定位精度至今较差，不能满足室内定位的要求。根据室内定位的要求不同，可以采用不同的定位技术。可以根据数据采集和数据处理方式的不同进行分类。在数据的采集方式上,不同的算法需要采集的信息有所侧重,如距离、角度、时间或周围节点的信息,其目的都是采集与定位相关的数据,并使其成为定位计算的基础。
[0004]常见的定位算法有三边定位、TOA、TDOA、chan算法、Talor级数法等。三边定位法的原理是已知三个节点的位置，且知道未知点到三个点的距离，以这三个距离为半径做三个圆，得到的交点就是未知点的距离。TOA(信号到达时间定位算法)指的是获取信号从发出点到接收点的发送返回时间，由于信号速度是确定的，根据时间可以计算得到距离，然后使用最小二乘等方法便可定位。TDOA(信号到达时间差定位算法)指改进了原先通过绝对时间计算实际位置的方式吗，由通过检测信号到达两个节点的时间差，得到距离差。三个不同的节点便可以得到两个TDOA，一个TDOA可以确定一条已知节点为焦点的双曲线，目标节点的位置就在两条双曲线的交点上。Chan算法可以将距离差映射为目标节点的坐标，在视距(LOS,Line of Sight)环境下,它通过两次加权线性LS估计，能够使坐标的估计值达到Cramer
‑
Rao下界。但是在室内楼层间等非视距(NLOS,Not Line of Sight)的情况下，由于存在墙壁等障碍物，出现多径效应，使得信号传播失真，导致三边定位、TOA、TDOA、chan算法等类方法计算出的坐标有较大的定位误差。
[0005]因此，针对现有室内定位问题，如何提高定位精度降低定位误差是本专利技术亟需解决的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于误差补偿的定位方法、系统、终端及可读存储介质，其通过获取的角度和距离信息进行方差的补偿处理，实现室内三维空间的目标定位。
[0007]一方面，本专利技术提供的一种基于误差补偿的定位方法，包括如下步骤：
[0008]S1：获取锚点的坐标信息以及锚点与定位节点的角度信息；
[0009]其中，所述角度信息为锚点与定位节点在二维平面内的映射点之间方位角的测量值；
[0010]S2：基于步骤S1获取的锚点的坐标信息以及角度信息采用最小二乘法计算出状态矩阵A和B；
[0011]S3：利用步骤S2的状态矩阵A和B构造辅助公式计算出带有误差补偿的定位节点的二维精确解；
[0012]S4：基于三维空间结构利用步骤S3获得的二维精确解得到定位节点的另一维精确解，进而得到定位节点的三维精确解。
[0013]可选地，步骤S3中所述辅助公式如下所示：
[0014][0015]式中，为带有误差补偿的定位节点的二维x，y坐标的解，n为锚点总数，γ
max
为构建的三阶多项式函数det(P(γ))＝0的极大根γ，T为矩阵的转置符号，s
i2
＝(x
si y
si
)
′
表示第i个锚点的二维x，y坐标；所述三阶多项式函数det(P(γ))＝0中函数P(γ)满足：
[0016][0017]应当理解，本专利技术考虑到了实际定位中固有存在的误差，进而引入了方差补偿得到上述带有误差补偿的定位公式，并经过验证，本专利技术的定位结果相较于无补偿的定位结果更加准确。在一些实现方式中，利用上述辅助公式得到定位节点的解直接作为定位节点的精确解，其也是能够满足本专利技术提高室内定位精度的需求。再另一些实现方式中，为了进一步提高定位精度，在前者的基础上进一步引入加权工具变量法进行修改，具体如下：
[0018]步骤S3中利用所述辅助公式计算出带有误差补偿的定位节点的二维精确解的过程如下：
[0019]首先，将利用所述辅助公式计算出的定位节点的二维x，y坐标的解作为估计值；
[0020]然后，采用加权工具变量法对所述估计值进行处理，将得到的解作为二维x，y坐标的精确值，公式如下：
[0021][0022]其中，为采用加权工具变量法后得到的定位节点二维x，y坐标的精确值，G
bc
，W
bc
分别为工具变量矩阵和加权矩阵，表示如下：
[0023][0024]其中，s1、s
n
分别表示第1个锚点、第n个锚点的x，y坐标值；分别为第1个锚点、第n个锚点与定位节点在二维平面内的映射点之间的方位角估计值，其利用估计值计算，满足：
[0025][0026]其中，分别为估计值中x，y坐标值。
[0027]可选地，步骤S4中利用步骤S3获得的二维精确解得到定位节点的另一维精确解的公式如下：
[0028][0029][0030]其中，z
t
为定位节点的z轴坐标值，为第i个锚点的z轴坐标值，θ
i
为T
‑
Si线与X
‑
O
‑
Y平面的夹角；T(1)，T(2)为步骤S3中定位节点得到精确解中x，y坐标值，表示第i个锚点的二维x，y坐标值，τ
i
(i＝1,...,n)是误差项，n为锚点总数，T为矩阵的转置符号。
[0031]可选地，步骤S2中采用最小二乘法计算的状态矩阵A和B如下所示：
[0032][0033]其中，ψ1、ψ
n
分别为第1个锚点、第n个锚点与定位节点在二维平面内的映射点的方位角的测量值，表示第i个锚点的二维x，y坐标。
[0034]可选地，参与计算的任意两个锚点的坐标不完全相同。
[0035]第二方面，本专利技术提供的一种基于上述方法的定位系统包括：
[0036]信息本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于误差补偿的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：获取锚点的坐标信息以及锚点与定位节点的角度信息；其中，所述角度信息为锚点与定位节点在二维平面内的映射点方位角的测量值；S2：基于步骤S1获取的锚点的坐标信息以及角度信息采用最小二乘法计算出状态矩阵A和B；S3：利用步骤S2的状态矩阵A和B构造辅助公式计算出带有误差补偿的定位节点的二维精确解；S4：基于三维空间结构利用步骤S3获得的二维精确解得到定位节点的另一维精确解，进而得到定位节点的三维精确解。2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于：步骤S3中所述辅助公式如下所示：式中，为带有误差补偿的定位节点的二维x，y坐标的解，n为锚点总数，γ
max
为构建的三阶多项式函数det(P(γ))＝0的极大根γ，T为矩阵的转置符号，表示第i个锚点的二维x，y坐标；所述三阶多项式函数det(P(γ))＝0中函数P(γ)满足：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S3中利用所述辅助公式计算出带有误差补偿的定位节点的二维精确解的过程如下：首先，将利用所述辅助公式计算出的定位节点的二维x，y坐标的解作为估计值；然后，采用加权工具变量法对所述估计值进行处理，将得到的解作为二维x，y坐标的精确值，公式如下：其中，为采用加权工具变量法后得到的定位节点二维x，y坐标的精确值，G
bc
，W
bc
分别为工具变量矩阵和加权矩阵，表示如下：其中，s1、s
n
分别表示第1个锚点、第n个锚点的x，y坐标值；分别为第1个锚点、第n个锚点与定位节点在二维平面内的映射点之间的方位角估计值，其利用估计值计算，满
足：其中，分别为估计值中x，y坐标值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S4中利用步骤S3获得的二维精确解得到定位节点的另一维精确...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹逸群，李江涛，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：