[发明专利]一种高精度的自组织网络式室内定位方法

说明书

本发明针对室内多目标相互定位与协同作业的场景，提供了一种高精度的自组织网络式室内定位方法，使用发射角到达角联合定位算法，利用信号的信道状态信息矩阵实现单基站定位与多目标相互定位。定位系统中的每个节点既可以是定位目标模式节点的基站模式节点，也可以通过模式切换变为被基站模式节点定位的目标模式节点；定位系统可以在两节点之间直接得到彼此的相对位置，此外，定位系统还可以利用中央基站确定每个节点的绝对位置，并提供给中央服务器进行协调。本发明能够有效实现多目标相互定位，提高多目标协同作业的效率，降低中央服务器的计算与协调开销。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及无线室内定位技术，更为具体来说，是涉及一种基于WiFi室内定位技术的高精度的自组织网络式定位方法。

背景技术

伴随着数据业务的快速演进与迅猛发展，人们对基于定位技术的服务的需求在不断增加。无线定位技术通过无线信号的各种参数来估计目标的位置，根据目标所处环境不同主要分为室外和室内两类。室外无线定位技术主要有全球定位系统和蜂窝网络定位技术，其定位精度和覆盖面积都可以满足各种室外业务的需求。然而由于建筑物的遮挡，这些技术无法在室内场景中发挥有效的作用，因此室内无线定位技术受到越来越大的关注。

室内无线定位技术主要通过无线信号的接收信号强度、到达时间和到达角度等参数，来估计信号源的位置。基于蓝牙、可见光以及超宽带等技术的室内定位系统相继研制成功，然而这些系统大多数对定位设备与环境有着较高的要求，如蓝牙和可见光定位系统要求目标安装额外的蓝牙传感器或光传感器，超宽带室内定位系统要求目标可以发送接收超宽带信号。因此，这些定位系统均不具有实现大规模覆盖的通用性。与之相比，WiFi设备的覆盖范围则要更为广泛。而且随着MIMO技术的成熟，多数WiFi设备都会配备多天线阵列。因此，基于WiFi的室内定位系统将成为满足人们需要的解决方案。

与室外定位系统不同，室内定位系统对精度要求较高。而且与需要获取绝对位置的室外定位系统不同，室内定位系统的大多数业务场景只需要获取目标的相对位置，例如工厂无人化生产场景中，机器人在进行协同作业时只需要知道彼此之间的相对位置，既可以完成物品交接或路径规划等业务操作。利用接收信号到达角度进行定位的传统WiFi室内定位系统普遍需要提前部署多个基站覆盖定位区域，由中央服务器统一进行位置计算、信息发送与业务协调，在多目标定位的情况下中央服务器的计算与协调开销较大；同时传统WiFi室内定位系统只能得到目标的绝对位置，由中央服务器根据这些绝对位置计算目标之间的相对位置，目标之间无法直接相互定位以获取相对位置。这些缺点严重影响了多目标相互定位与协同作业的效率，目前，尚缺乏针对室内多目标相互定位的自组织网络式室内定位方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明针对室内多目标相互定位与协同作业的场景，提供了一种高精度的自组织网络式室内定位方法，能够有效实现多目标相互定位，提高多目标协同作业的效率，降低中央服务器的计算与协调开销。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高精度的自组织网络式室内定位方法，基于定位系统实现，所述定位系统包括多个可定位节点、单个中央基站和与中央基站连接的中央服务器，节点能够处于基站模式或者目标模式，所述定位方法包括如下步骤：

步骤1，为定位系统中的所有节点装配用于收发WiFi信号的定位设备；

步骤2，任意两节点相互定位时，分别处于基站模式与目标模式，目标模式节点向基站模式节点发送定位信号；

步骤3，基站模式节点提取接收信号的信道状态信息矩阵，使用阵列信号处理算法计算接收信号的发射角度、到达角度以及飞行时间；

步骤4，基站模式节点根据步骤3得到的信息，使用发射角到达角联合定位算法计算目标模式节点相对于基站模式节点的位置；