[发明专利]一种室内空间定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于无线传感器的用于室内的空间定位算法，该算法是基于无线传感器节点测距的，定位精度与锚节点的部署位置和未知节点的测距精度有关，在满足一定条件下可以达到厘米级别。该算法特别适合于大型厂矿内移动货物的定位与跟踪。

背景技术

现阶段定位技术应用得比较成熟的是GPS定位系统，它具有定位精度高、覆盖范围广等优点，被广泛的应用于军事和民用领域。但是针对室内的定位，由于建筑物的遮挡等因素使得接受到的信号极其微弱，导致定位精度无法达到室外的水平。虽然A-GPS技术能在一定程度上解决这个问题，但仍然避免不了需要安装GPS接收机，硬件成本较高的问题，不适合室内局部空间的精确定位。

针对这一问题，专用于室内无线定位的技术有：红外线定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、无线传感器定位技术等。其中红外线定位技术是通过光学传感器接受经调制的红外射线实现定位，其最大缺点是直线视距和传输距离较短，不适合室内大空间的移动物体定位。

超声波定位技术是通过反射式的超声波测距法，利用三角定位算法来对目标物体进行定位。该系统通常由若干个应答器和一个主测距器，主测距器被放置在移动待定位物体上，并在控制信息控制下位置固定的应答器发射超声波，应答器接受到超声波并立即产生一个回波，根据回波与发射波之间的时间差计算出距离。也有少数采用单向测距法，即主测距器发送无线电信号，应答器在接受到无线点信号后向主测距器发送超声波信号。虽然超声波定位技术精度较高，但也存在非视距和多径干扰对其精度的影响，同时硬件成本较高。

蓝牙技术是一种短距离、低功耗的无线传输技术，通过测量信息强度进行定位。蓝牙技术主要应用在小范围的定位，其最大的优点是设备体积小，易于集成。其缺点是蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，受环境噪声的影响较大，遇到复杂的空间环境，系统的稳定性不能保证。

无线传感器定位技术是一种新型的短距离、低功耗、低速率的无线网络技术。它是通过成百上千个微小的传感器节点通过相互合作和接力的方式将数据通过无线电波从一个传感器传递到另一个传感器节点，从而避免了非视距的影响，同时它最大的特点是低功耗和低成本，因此特别适合于室内定位。但是该技术的测距值往往不够精确，特别是用在工厂等复杂环境中受噪声影响较大，最后导致定位精度较低。通过增加相应的硬件如天线阵列可以提高测距精度，但是增加了每个传感器节点的硬件成本，特别在部署大规模传感器网络时成本问题显得尤为突出。如果在这种测距精度较低的情况下要对未知节点进行较高高精度的空间定位，采用随机部署传感器节点并利用传统的定位方法来进行定位将是非常困难和复杂的，这对于计算能力、存储能力以及能量均受限的传感器节点来说是一种挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种室内高精度空间定位方法。该方法是基于无线传感器测距的，并且定位精度与测距精度有关。解决了无法非视距传输、无线传感器节点测距精度低、定位精度低、空间定位较复杂的问题。

本发明解决该技术问题所采取的技术方案如下：

通过局部空间各个锚节点间的真实距离和测距距离关系建立测距补偿函数，利用该函数对未知节点与锚节点间的测距值进行补偿，提高了测距的精度。通过将各个锚节点沿坐标轴方向部署，求未知节点的空间坐标时只需将其映射到由不同锚节点组成的沿三个坐标方向的直线上即可，定位算法变得简单。而且定位精度与测距精度相关联，通过测距补偿得到的高精度测距值也保证了定位的高精度，同时也可以通过其它方式来提高测距精度来实现定位的高精度，具有一定的灵活性。当沿坐标方向部署多组锚节点时使用加权质心算法对定位坐标进行求精，进一步提高了定位精度。

本发明的有益效果是该定位方法适合于无线传感器的室内空间定位，由于无线传感器的测距精度往往不高，本发明，大大提高了测距精度，降低高精度测距对硬件的要求，使得诸如RSSI等测距方法也能获得较高的精度。与其他空间定位算法相比，由于锚节点的规则部署，大大降低了定位算法的复杂度，使得空间定位算法应用在计算能力、存储能力和能量均受限的无线传感器节点中变得可能。通过多组锚节点利用加权质心算法进行定位求精，保证了最终定位的高精度。

附图说明

附图1是局部空间节点部署示例图。

附图2是定位流程图。

S：代表局部空间直角坐标系xoy；

B：基站节点；

N_xmn，N_ymn，N_zmn：分别表示x，y，z坐标上编号为mn的锚节点；

M：移动未知节点；

具体实施方式