[发明专利]一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法

说明书

本发明公开了一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法，该方法应用于室内非视距环境下的目标定位，通过对非视距误差进行分析，将定位问题转化为一个非线性约束问题，并估计出非视距误差从而将非视距问题转化为视距问题，最后结合线性最小二乘估计，得到准确的三维坐标。本发明采用的三维定位技术，是当前室内定位领域的研究热点之一。在室内三维定位过程中，通过采用非视距误差抑制技术，能够有效降低多径传播及环境变化引起的影响，提高室内定位的精度。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，具体涉及一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法。

背景技术

室内定位技术是指在室内环境中对目标位置进行精确定位，主要采用由无线通讯、基站定位等多种技术组成的一套室内位置定位体系，来实现人员、物体等在室内空间中的位置服务。常见的定位技术有基于Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波的定位技术。

室内定位的主要问题是面临复杂的信号传播环境，室内环境下有较多的障碍物，无线信号在传播的过程中，可能会产生反射、折射、多径效应等现象，十分不利于终端设备对无线信号信息的判断，因此，室内环境下的NLOS误差是影响定位精度的重要因素。在对室内物体进行定位时，对无线信号而言，常常是视距(Line OfSight,LOS)与非视距(Non LineOfSight,NLOS)混合的场景，而不是单一的LOS或者NLOS环境。在这种背景下，要获得对目标物体较高的定位精度，必须充分考虑到实际的复杂环境。

在目前室内定位技术的研究中，已有很多针对二维定位技术的研究成果，然而随着室内定位技术应用领域的不断拓宽，在许多场景下，二维定位技术已经难以满足定位要求，很多情况下需要有效的三维空间定位技术的支持，因而对室内三维定位问题的研究更加具有实际意义及应用前景。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法，通过将定位问题转化为一个非线性约束问题，从而估计出非视距误差，再结合线性最小二乘估计，实现对目标的定位。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法，包括如下步骤：

1)先进行无线信号到达时间的测量，根据各锚节点的坐标X_i＝[x_i y_i]^T,i＝1,2,...,N，测得相应的信号到达时间t_i,i＝1,2,..,N，从而得到每个锚节点到未知节点的测量距离d_i＝ct_i,i＝1,2,..,N；

2)假定此时非视距误差不存在，求出未知节点坐标的无偏估计

3)求出三维情况下非视距误差的上界u_i，根据构造的目标函数及约束条件，利用内部点优化方法解得非视距误差的估计

4)用测量距离d_i,i＝1,2,..,N减去非视距误差估计得到修正的测量距离

5)分别以N个锚节点作为参考点，求得未知节点的N个坐标估计，记为

6)对于每一个计算出其对应的残差在所有坐标估计中选择残差最小的，将其作为未知节点坐标的最终坐标

进一步地，所述步骤1中测得未知节点到每个锚节点的信号到达时间t_i,i＝1,2,..,N，从而得到N个测量距离

d_i＝r_i+b_i+n_i＝ct_i,i＝1,2,..,N