[发明专利]基于多参数融合的室内定位基站布设优化方法

说明书

本发明公开了基于多参数融合的室内定位基站布设优化方法，包括如下步骤：（1）输入场景大小；（2）随机产生基站坐标；（3）计算基站阵型的性能；（4）判断是否达到优化目标，若是，则转步骤（5）；若否，则继续搜索、更新基站坐标，返回步骤（2）；（5）输出达到优化目标的基站坐标，完成基站布设优化数学模型，和针对该数学模型采用萤火虫算法等智能算法进行求解。采用本发明优化方法，经过优化后的基站布设阵型，其定位误差，PDOP等各项指标均有明显的下降，同时满足多目标联合优化框架中的优化目标，达到预期效果。

技术领域

本发明涉及室内定位领域，具体是一种基于多参数融合的室内定位基站布设优化方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，基于位置的服务已成为众多物联网应用的基本需求。目前，全球卫星导航系统(GNSS)技术已经很成熟，可以为人们提供一个相对精确的室外位置。然而在室内环境中，卫星信号受建筑物等障碍物严重遮挡而减弱，一般很难在室内提供可靠的定位服务，因此针对室内定位服务的研究应运而生。常见的室内定位技术有以下几种：蓝牙，Wi-Fi，地磁，行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning，简称PDR)，声音以及超宽带(Ultra wideband,简称UWB)无线定位等。

目前，大部分室内定位基站布设方案利用设计、验证的方法，根据场景结构粗略选取规则阵型，采用相关准则分析定位精度。但仅仅对几种基站布设阵型进行比较，未提出求解基站布设优化的方法。

基于精度稀释因子(DOP)的基站布设优化方法，将卫星导航领域的DOP引入到室内定位中，DOP虽能根据基站与标签之间的角度对基站的布局做出客观评价，但忽略了各个基站与标签之间的距离差异性，在室内定位中具有较大的局限性。

基于克拉美劳界(CRB)的基站布设方法，为定位误差的方差给出了下限，但都采用蛮力搜索的方式，计算复杂度过大。

发明内容

针对上述现有方案中指出的缺陷，本发明提供了一种基于多参数融合的室内定位基站布设优化方法。基站布设优化的目标是减小误差，提高精度，同时减小方差，降低误差的波动性。

为了实现上述目标，本发明一种基于多参数融合的室内定位基站布设优化方法，包括多目标联合优化框架、根据优化框架中的目标使用位置精度因子PDOP、TDOA的均方误差和克拉美劳界建立基站布设优化数学模型，和针对该数学模型采用萤火虫算法等智能算法进行求解。

所述多目标联合优化框架，仅需输入场景大小，便可以在基站布设区域内不断搜索基站的布设位置，直至基站布设阵型的性能满足设定的终止条件，即达到优化目标或达到循环次数，最后输出当前最优的基站坐标。

本发明基于多参数融合的超宽带室内定位基站布设优化方法，包括如下步骤：

(1)输入场景大小；

(2)随机产生基站坐标；

(3)计算基站阵型的性能；

(4)判断是否达到优化目标，若是，则转步骤(5)；若否，则继续搜索、更新基站坐标，返回步骤(2)；

(5)输出达到优化目标的基站坐标，完成基站布设优化。

进一步地，步骤(3)所述计算基站阵型的性能，采用TDOA均方误差和克拉美劳界评价基站阵型的性能，其步骤包括：

(3.1)将场景按网格划分，网格大小为10cm*10cm，共M*N个网格；

(3.2)计算每个网格的PDOP、TDOA定位误差和克拉美劳界；

(3.3)计算整个场景的平均PDOP、TDOA均方误差和平均克拉美劳界；

(3.4)将平均PDOP、TDOA均方误差和平均克拉美劳界分别乘以权重系数后相加，得到基站阵型的性能。