[发明专利]一种基于最优路径的室内高精度定位方法、装置及系统

说明书

本发明涉及一种基于最优路径的室内高精度定位方法、装置及系统，方法包括：采用多叉树分割待定位区域，建立多叉树中所有父节点对应的字典矩阵，所述字典矩阵包括多叉树中每个父节点对应的每个子节点与每一参考基站之间实际测量距离；待定位目标点发射定位信号，供M个参考基站接收；接收来自M个参考基站发送的测量距离，构成观测向量，根据所述字典矩阵和观测向量确定待定位区域中多叉树每一层的最优节点，确定最优路径，取最优路径底层叶子节点对应的位置作为本次目标点的定位结果；多次重复定位，取出现概率最大的底层叶子节点对应的位置作为最终目标点的定位结果。

技术领域

本发明属于无线通信领域，一种基于最优路径的室内高精度定位方法、装置及系统。

背景技术

近年来，通信技术和移动互联网迅猛发展，与此同时，人们对室内定位信息的需求也与日俱增，室内精确定位在导航、生产管理和物联网的实现等众多领域都起着至关重要的作用。例如：医疗、精密仪器制造、室内机器人精确导航定位、危险品的定位和监控以及危险区域内人员和设备的定位与监控等方面都蕴含了对定位的迫切需求。然而，在比较复杂的非视距(Non Line of Sight，简称NLOS)环境中，由于多径效应、NLOS传播等因素的存在，现有室内定位技术存在定位精度低和复杂度高等瓶颈性问题，远不能满足各个领域对室内定位精度日益增长的需求。因此，研究高精度室内定位技术已经成为该领域重要研究任务之一。

全球卫星定位系统(Global Positioning System，简称GPS)是目前应用最广泛、最流行的定位技术。但由于GPS信号容易受遮挡以及多路径等传播因素的影响，定位信号到达地面后衰减非常严重。因而，GPS的定位精度非常低，不适合室内目标的定位。目前可以实现室内定位的无线定位技术主要包括：基于无线保真(Wireless Fidelity，简称Wi-Fi)的定位系统、基于红外线的定位技术、基于超声波的定位技术、基于射频识别(RadioFrequency Identification，简称RFID)的定位技术、蓝牙定位技术、基于无线局域网(Wireless Local Area Networks，简称WLAN)的定位系统、基于ZigBee的定位技术等。虽然这些技术都得到了非常广泛的应用，但都不能达到厘米级的室内定位精度，远远不能满足人们日益增长的高精度定位的需求。超宽带(Ultra-Wide Band，简称UWB)定位技术作为一种新兴的室内定位技术，与传统的室内定位技术有很大的差异。UWB定位采用的脉冲宽度极窄，仅为纳秒级，远小于多径传播时延，因而具有较高的时间和多径分辨率，因此非常适用于室内精确定位。但在实际应用中，其定位精度仍然比较大，达5-20cm，因而不能实现真正意义上的厘米级精确定位。

60GHz脉冲持续时间极短，通常约为百皮秒甚至更短，远小于多径传播时延，在接收端可以有效地分离多径信号，从而具有较高的时间分辨率和多径分辨率，在理论上可以实现厘米级甚至毫米级的定位精度，为设计实现高精度的室内定位系统提供了有效途径。

在室内无线定位方面，目前常用的定位算法大概可以划分为两种：几何定位算法和非几何定位算法。其中，前者主要适用于视距(Line of Sight，简称LOS)、极少反射等信道环境较好的情况下的定位；后者主要适用于多径效应、NLOS传播等因素比较严重的恶劣环境下的定位。常用的几何定位算法主要包括：基于接收信号到达时间(Time of Arrival，简称TOA)估计的定位算法、基于接收信号到达时间差(Time Different of Arrival，简称TDOA)估计的定位算法、基于接收信号强度(Received Signal Strength，简称RSS)估计的定位算法、基于信号到达角度(Angel of Arrival，简称AOA)估计的定位算法，或者以上几种定位算法的联合定位算法，例如：AOA和TOA的联合定位算法，TOA和TDOA的联合定位算法。其中，TOA和TDOA可以充分利用60GHz脉冲信号高时间分辨率的特点，获得较高测距精度。