[发明专利]转发式室内定位方法和装置

说明书

本发明提供一种转发式室内定位方法和装置。该方法包括：中心处理节点i发射无线电测距信号；锚节点j接收和解调来自所述中心处理节点i的无线电测距信号，重新调制成转发信号进行转发；所述中心处理节点i接收和解调来自所述锚节点j的转发信号；所述中心处理节点i计算所述锚节点j的锚节点虚拟钟差ΔT_ij；所述用户终端k接收来自所述锚节点i的转发信号，和来自所述中心处理节点i的所述锚节点虚拟钟差ΔT_ij，利用所述虚拟钟差ΔT_ij，计算得到所述用户终端k与所述锚节点i之间的距离值ρ_kj，并由此计算得到该用户终端k的位置坐标信息。利用本发明的方法和装置，能够在无需锚节点之间时间同步的情况下，实现室内高精度定位。

技术领域

本发明涉及物联网、基于位置的服务及室内定位领域。更具体地，涉及一种转发式室内定位方法和装置。

背景技术

随着物联网和基于位置服务产业的不断增长，室内定位服务的需求也迅速增加和扩大。利用室内定位技术，不仅能够为人们提供资产管理、便利引导、广告精准推送等商用服务，还可用于室内突发和应急等情况下的处理与疏导，具有重要的商业价值和社会意义。

由于全球定位系统GPS等导航卫星信号难以有效覆盖室内环境，因此室内定位通常需要基于室内锚节点实现。这些锚节点可以是不同类型的传感器，包括射频标签RFID、无限局域网Wi-Fi、蓝牙BlueTooth、紫蜂ZigBee、超宽带UWB等。而在室内定位模型和方法方面，到达时间(Time of Arrival，TOA)定位是最经典的方法，它通过测量用户终端至多个锚节点传感器之间的到达时间来确定两者之间的距离，进而交会求解得到用户终端的坐标位置。

除TOA外，基于场景分析的指纹匹配(Fingerprint)等方法也是常用的室内定位方法。在这类方法中，用户终端利用自身至锚节点的距离等测量值查询已事先建立的特征数据库，并根据特定的匹配规则确定物体的位置，它实质上是一种模式识别方法。此时，用户终端虽无需通过直接交会解算来确定自身坐标位置，但仍需要尽量准确的距离测量值等特征量，以进行更加准确和高效的特征数据库查询与匹配。

然而，对于一般的室内定位系统而言，获得用户终端至锚节点之间的准确距离测量值是十分困难的，这需要各锚节点之间保持严格的时间同步。据估算，锚节点之间10ns的时间同步误差，即能够导致3m的测距误差，从而影响最终定位精度；而如果采用原子钟或其他高性能时钟晶振对各锚节点进行时间同步，则会导致成本过高，以及系统复杂度的大幅度提升。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明专利提出一种转发式室内定位方法和装置，利用转发式双向测距的方法计算和获得各个锚节点的虚拟钟差值并发送给用户终端修正，从而可以避免锚节点之间时间同步的问题，实现高精度的室内定位应用。本发明提供了一种转发式室内定位方法，包括以下步骤：中心处理节点i发射无线电测距信号，并在所述无线电测距信号中标记发射时刻其中i≥1；锚节点j接收和解调来自所述中心处理节点i的无线电测距信号，并标记转发时刻后重新调制成转发信号进行转发，其中j≥3；所述中心处理节点i接收和解调来自所述锚节点j的转发信号，并记录所述中心处理节点i对所述锚节点j的转发信号的接收时刻所述中心处理节点i根据所述中心接收节点i对所述锚节点j的转发信号的接收时刻所述中心处理节点i发射所述无线电测距信号的发射时刻以及预先测量的锚节点j与中心处理节点i之间的距离来计算所述锚节点j的锚节点虚拟钟差ΔT_ij，并向用户终端k发送所述锚节点虚拟钟差ΔT_ij；所述用户终端k接收来自所述锚节点i的转发信号，和来自所述中心处理节点i的所述锚节点虚拟钟差ΔT_ij，利用所述虚拟钟差ΔT_ij，计算得到所述用户终端k与所述锚节点i之间的距离值ρ_kj；根据所述用户终端k与m个锚节点j之间的距离值ρ_kj，计算得到该用户终端k的位置坐标信息，其中m≥3。