[发明专利]无线定位方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种定位技术领域，具体涉及一种无线定位方法、无线定位装置和无线定位系统。

背景技术

无线定位系统可以通过无线信号对人员和物体的位置进行检测。全球定位系统(GPS，Global Position System)是目前应用得最广泛最成熟的定位系统。它通过授时和测距对用户节点进行定位，具有定位精度高、实时性好、抗干扰能力强等优点。但是GPS定位适用于无遮挡的室外环境，用户节点通常比较复杂，成本也比较高，这使得它并不适合于低成本的室内定位方案。

一般的室内定位系统是通过在室内布置一定数量的固定节点，收集移动节点的相关信息，通过运算得到移动节点的位置。按照定位结果的性质，可把定位分为符号定位和坐标定位。符号定位只是说明一个空间范围，比如某个房间内；坐标定位则需要给出具体的物理坐标，如平面坐标或三维空间坐标。一般可以认为符号定位更粗略一些。进行定位计算，需要以所述固定节点和移动节点之间的距离值为基础，用来进行测距计算的方法有：信号到达时间、信号到达时间差、信号到达角度和接收信号强度指示(RSSI，Received Signal StrengthIndicator)等。其中基于接收信号强度RSSI的测距技术具有成本低、所需设备少、适用距离远、易获取的特点，更适合于低能耗、低成本的室内定位方案。下面以RSSI为例，对测距技术作一简要说明。

根据电磁波传播的弗里斯(Friis)传播模型，可以得到信号强度与接收机和发射机之间的距离关系的表达式，这里称作Friis公式，该公式的一种表达形式是：

P(r)＝P(r₀)-10αlog(r/r₀)                         (1)

上式中，P(r)是一给定节点接收到的无线信号的对数功率，该给定节点与一给定发射机(固定节点)的距离为r；r₀是事先取好的相对发射机的参考距离；P(r₀)是距离发射机为参考距离处接收到的无线信号对数功率；参数α是路径损耗指数。

更进一步地，如果考虑穿墙的信号衰减，有如下的经验公式：

P(r)＝P(r₀)-10αlog(r/r₀)-l·WAF                (2)

其中，l是发射机和接收机之间所隔墙的数目；WAF是隔墙衰减因子。

从以上公式可以看出，P(r)和r之间具有一一映射关系，在P(r)、P(r₀)、r₀和α等参数已知的情况下，通过P(r)就可以获得距离值r。另外，Friis公式有多种表达形式，可以根据不同的应用条件做等价变换。

在获得移动节点到多个固定节点的距离值后，根据距离参数，使用定位算法可获得移动节点的位置。目前的一些定位算法有三边测量法、最大似然估计法和质心定位算法等。

其中，三边测量法首先是根据上述的公式(1)，计算得到三个固定节点与移动节点之间的距离参数r_i，i＝1，2，3。假设三个固定节点的坐标为(x_i，y_i)i＝1，2，3，移动节点的待定坐标为(x_u，y_u)，三个固定节点与移动节点之间的距离为r_i，i＝1，2，3。由勾股定理，可以得到

(x_i-x_u)²+(y_i-y_u)²＝r_i²，对i＝1，2，3                 (3)

消去未知元的二次项，得到关于x_u和y_u的线性方程：