基于5G信号的多终端室内定位方法及装置与流程

本发明涉及室内定位应用技术领域，特别是涉及一种基于5g信号的多终端室内定位方法及装置。

背景技术：

目前，智能手机的普及使得人们对于手机的依赖度越来越高，尤其是希望手机提供精准定位的服务显著提高，但是手机精准定位服务在商场医院和地下停车场等场景中无法实现。另外，现有的全球卫星导航系统如gps、北斗、glonass和galileo等技术都无法在室内提供高精度定位，需要新的定位技术如5g网络等来实现室内高精度定位。现在的室内定位技术包括wifi定位、超宽带(uwb)定位和超声定位等，这些技术大都需要室内基准站点的支持。例如wifi需要接入点(ap)，uwb需要定位基站，超声定位需要收发超声信号的锚节点。这些已有技术应用主要都是基于测距的定位，即搭建的模型和数据处理算法，根据已知基站位置及目标点和基站的距离，最终解算出目标的位置。wifi定位技术的主要缺点包括：1.在小范围内活动时，基于测距的定位技术误差较大；2.wifi室内定位确定的是接收端相对于接入点的位置，在接入点安装位置未知或安装位置不固定的情况下，无法获取接收端的实际物理位置。超宽带(uwb)定位的缺点包括：1、需要安装专用的定位基站，需要单独布防，成本较高；2、超宽带定位需要专门的定位标签和定位基站配合使用，无法使用人们常用的设备如手机等。超声定位的主要缺点包括：1，由于声波的频率较低，信号通信速度慢，定位误差较大；2，超声波受多径效应和非视距传播影响很大，且超声波频率受多普勒效应和温度影响；3，基于超声波的定位也需要安装大量的锚节点协助定位，成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基于5g信号的多终端室内定位方法及装置，以解决现有技术中，手机精准定位服务在商场医院和地下停车场等场景中无法实现的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的第一技术方案如下：

一种基于5g信号的多终端室内定位方法，其包括：在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，其中一个用户终端为目标用户终端，所述目标用户终端对应的位置为目标初始位置；在第二时刻，根据所述目标初始位置和所述目标用户终端与所述指定室内区域的多个其它用户终端的距离，计算出所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的终点位置；将所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的所述终点位置，转换为所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述指定室内区域内的实际位置。

可选地，所述在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，包括：在所述第一时刻，获取在所述指定室内区域内的所述目标用户终端对应的所述目标初始位置；通过d2d通讯的方式，获取所述指定室内区域内的第一用户终端对应的第一位置和第二用户终端对应的第二位置，其中所述目标初始位置、所述第一位置和所述第二位置组成的三角形对应的周长最短；根据所述目标初始位置、所述第一位置和所述第二位置建立所述定位坐标系，其中所述目标初始位置、所述第一位置和所述第二位置不在一条直线上。

可选地，所述在第二时刻，根据所述目标初始位置和所述目标用户终端与多个其它用户终端的距离，计算出所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的终点位置，包括：获取所述指定室内区域的全部使用5g信号的用户终端的位置；通过d2d通讯的方式，通过计算通信时间差计算出所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离；根据所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离，计算出所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的终点位置。

可选地，所述获取所述指定室内区域的全部使用5g信号的用户终端的位置，包括：使用所述指定室内区域的全部使用5g信号的用户终端自带的传感器，获取每个所述用户终端自身在所述指定室内区域的位置。

可选地，所述通过d2d通讯的方式，通过计算通信时间差计算出所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离之后，包括：将所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离，实时共享给所述指定室内区域的其它使用5g信号的用户终端。

可选地，所述将所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离，实时共享给所述指定室内区域的其它使用5g信号的用户终端，包括：在所述指定室内区域的使用5g信号的全部用户终端之间建立虚拟网络信息表，且在所述虚拟网络信息表中，每个所述用户终端使用唯一的虚拟号替代，在所述虚拟网络信息表中的每个所述用户终端的实时位置均会实时共享给其它使用5g信号的所述用户终端。

可选地，所述将所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的所述终点位置，转换为所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述指定室内区域内的实际位置，包括：将所述定位坐标系转换为gps定位模式，并将所述定位坐标系的原点位置转换为所述gps定位模式的原点位置；根据所述gps定位模式的原点位置，将所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的所述终点位置转换为所述gps定位模式对应的目标位置，并将所述目标位置作为所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述指定室内区域内的实际位置。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的第二技术方案如下：

一种基于5g信号的多终端室内定位装置，其包括：坐标建立模块，用于在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，其中一个用户终端为目标用户终端，所述目标用户终端对应的位置为目标初始位置；位置计算模块，用于在第二时刻，根据所述目标初始位置和所述目标用户终端与所述指定室内区域的多个其它用户终端的距离，计算出所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的终点位置；位置转换模块，用于将所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的所述终点位置，转换为所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述指定室内区域内的实际位置。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的第三技术方案如下：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述的基于5g信号的多终端室内定位方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的第四技术方案如下：

一种计算机设备，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的基于5g信号的多终端室内定位方法。

本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例通过在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，其中一个用户终端为目标用户终端，所述目标用户终端对应的位置为目标初始位置；在第二时刻，根据目标初始位置和目标用户终端与指定室内区域的多个其它用户终端的距离，计算出目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的终点位置；将目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的所述终点位置，转换为目标用户终端在第二时刻且在指定室内区域内的实际位置。本发明无需安装专用的定位基站和购买专门的定位标签，即可以在室内实现高精度的定位，解决了现有技术中，手机精准定位服务在商场医院和地下停车场等场景中无法实现的问题。

附图说明

图1是本发明实施例一的基于5g信号的多终端室内定位方法一实施方式的实施流程图；

图2是本发明实施例一的基于5g信号的多终端室内定位方法一实施方式的建立坐标系的示意图；

图3是本发明实施例一的基于5g信号的多终端室内定位方法一实施方式的d2d通信获取设备彼此之间距离的原理示意图；

图4是本发明实施例二的基于5g信号的多终端室内定位装置一实施方式的部分结构框架图；

图5是本发明实施例三的计算机可读存储介质一实施方式的部分结构框架图；

图6是本发明实施例四的计算机设备一实施方式的部分结构框架图。

具体实施方式

实施例一

请参阅图1，图1是本发明实施例的基于5g信号的多终端室内定位方法的实施流程图，结合图1可以得到，本发明的一种基于5g信号的多终端室内定位方法，包括：

步骤s101：在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，其中一个用户终端为目标用户终端(用户终端可选为手机等终端)，所述目标用户终端对应的位置为目标初始位置。其中，3个位置中，其中一个位置作为中心点，另外两个位置作为参考点，并且中心点周围的使用5g信号的用户终端最多。

请参阅图2，图2是本实施例的基于5g信号的多终端室内定位方法的建立坐标系的示意图，图2分布有多个终端设备30，其中三个终端设备30对应的位置分别是参考点a1、参考点a2和中心点o，假设参考点a1和a2在定位坐标系下的位置分别为(xa1，0)，(xa2，0)，中心点o的位置为(0，yo)。三个点之间的距离分别为do，a1，do，a2，da1，a2，那么有以下关系：

da1，a2＝|xa1-xa2|(3)；

进而得出：

其中，三个位置点选取的原则是：1、中心点一定范围内的终端设备30最多；2、参考点是离中心点最近的两个终端设备30；3、三个点不在同一条直线上。三个点选择完成后，可以建立定位坐标系，但是中心点并非新建定位坐标系的原点。

步骤s102：在第二时刻，根据所述目标初始位置和所述目标用户终端与所述指定室内区域的多个其它用户终端的距离，计算出所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的终点位置。其中，所述第二时刻在所述第一时刻之后。

步骤s103：将所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的所述终点位置，转换为所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述指定室内区域内的实际位置。

在本实施例中，可选地，所述在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，包括：

第一，在所述第一时刻，获取在所述指定室内区域内的所述目标用户终端对应的所述目标初始位置。在本步骤中，通过目标用户终端和5g基站的距离信息获取目标用户终端的目标初始位置信息，目标用户终端的目标初始位置信息也可通过室外的gps/北斗等定位信息和用户终端自身的传感器推导获取。

第二，通过d2d(设备到设备)通讯的方式，获取所述指定室内区域内的第一用户终端对应的第一位置和第二用户终端对应的第二位置，其中所述目标初始位置、所述第一位置和所述第二位置组成的三角形对应的周长最短，即第一位置和第二位置是距离目标初始位置最近的两个位置。目前，5g手机除了提供低延时、高带宽和高速率的通信服务之外，还将设备到设备(d2d)通信及高精度定位作为其提供的服务。在本步骤中，5g用户终端将提供设备到设备(d2d)的通信，具体来说就是设备彼此之间在基站授权下，不通过蜂窝网络直接互联通信，以减轻基站的负荷。在这种模式下，(手机)用户终端之间可以通过计算信号到达时间获得手机终端之间的距离信息。

请参阅图3，图3是本实施例的基于5g信号的多终端室内定位方法的d2d通信获取设备彼此之间距离的原理示意图，5g通信技术提供设备到设备(d2d)的通信，具体来说就是终端设备30(如手机)彼此之间在基站40授权下，不通过蜂窝网络直接互联通信，以减轻基站40的负荷。在这种模式下，终端设备30之间可以通过计算信号到达时间获得彼此之间的距离信息。由于终端设备30(a)和终端设备30(b)在时间上不是完全同步的，因此采用到达时间差的方式获取距离信息，具体过程如图2所示，在获得基站40授权后，终端设备30(a)发送消息1给终端设备30(b)，终端设备30(b)收到消息1后，发送消息2给终端设备30(a)，同时将时间差t3-t2放入消息2内，终端设备30(a)收到终端设备30(b)消息后，返回消息3，同时，将时间差t5-t4放入消息3内，那么终端设备30(a)和终端设备30(b)均可获取a与b之间的距离，计算公式如下(7)所示：

新的终端设备30加入后，也可通过这一计算方式获取其和其它终端设备30的距离信息。这些距离信息，可以通过建立虚拟网络信息表来处理，信息表中终端设备30用唯一的虚拟号替代，做到个人隐私信息保护，这个网络信息表可以通过同一网络环境下的多个终端设备30共享和共同维护，如有终端设备30离开该网络环境，一段时间后将其虚拟信息在虚拟网络信息表中删除，该虚拟号可重新分配使用。

第三，根据所述目标初始位置、所述第一位置和所述第二位置建立所述定位坐标系，其中所述目标初始位置、所述第一位置和所述第二位置不在一条直线上。

在本实施例中，可选地，所述在第二时刻，根据所述目标初始位置和所述目标用户终端与多个其它用户终端的距离，计算出所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的终点位置，包括：

第一，获取所述指定室内区域的全部使用5g信号的用户终端的位置；

第二，通过d2d通讯的方式，通过计算通信时间差计算出所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离。其中，可通过使用扩展卡尔曼滤波算法计算出所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离，扩展卡尔曼滤波(extendedkalmanfiltering)是一种将非线性系统线性化的方法，利用系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行估计的算法。由于观测数据中包括系统中的噪声和干扰的影响，所以估计过程也可看作是滤波过程。

第三，根据所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离，计算出所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的终点位置。

其中，利用扩展卡尔曼滤波算法对用户终端进行定位及更新位置的算法如下：

根据建立的定位坐标系下的虚拟网络信息表，假设第i个用户终端的状态为：

其中，(xi(k)，yi(k))为第i个用户终端在tk时刻的位置，为第i个用户终端在tk的速度。考虑到用户随意走动，运动模型为：

xi(k)＝fkxi(k-1)+wk(9)；

其中tk＝tk-tk-1，wk是过程噪声，i2是2×2的单位矩阵，表示kronecker积。那么，扩展卡尔曼滤波估计算法可以由一下公式给出：

pk＝(i-kkhk)pk|k-1(15)；

其中，表示位置估计，z为量测值，p为状态协方差矩阵，q为过程噪声协方差矩阵，r为量测噪声协方差矩阵，f为状态转移矩阵，k为卡尔曼增益，h为观测矩阵，h为量测方程。

d(k)表示tk时刻第i个手机终端和其它手机终端的量测距离，n表示量测噪声。

r(k)＝e[n(k)n^t(k)](17)。

在本实施例中，后续用户终端可根据上述算法计算出其位置信息，理论上在用户终端获取初始位置后，后续无须依赖基站信息来推导计算用户终端的位置。一方面减少了对基站的依赖，另一方面d2d的通信方式也大大减轻了基站的通信压力。

在本实施例中，可选地，所述获取所述指定室内区域的全部使用5g信号的用户终端的位置，包括：

使用所述指定室内区域的全部使用5g信号的用户终端自带的传感器，获取每个所述用户终端自身在所述指定室内区域的位置。

在本实施例中，可选地，所述使用扩展卡尔曼滤波算法计算出所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离之后，包括：

将所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离，实时共享给所述指定室内区域的其它使用5g信号的用户终端，即将每个用户终端的实时位置和运动状态与其它用户终端共享，使得每个用户终端都能知道其它用户终端的位置和运动状态。

在本实施例中，可选地，所述将所述指定室内区域的每个使用5g信号的用户终端与其它使用5g信号的用户终端的距离，实时共享给所述指定室内区域的其它使用5g信号的用户终端，包括：

在所述指定室内区域的使用5g信号的全部用户终端之间建立虚拟网络信息表，且在所述虚拟网络信息表中，每个所述用户终端使用唯一的虚拟号替代，在所述虚拟网络信息表中的每个所述用户终端的实时位置均会实时共享给其它使用5g信号的所述用户终端。

在本步骤中，各用户终端(手机)结合自身的其它传感器，对特定位置信息进行获取，如室内外信号切换、上下楼梯和进入电梯密闭空间等，这些信息实时传输给同一网络下的其它用户终端。在室内环境下这些区域所对应的位置信息固定，因此可作为参照信号，对建立的定位坐标系进行校正，从而提高定位精度。

在本实施例中，可选地，所述将所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的所述终点位置，转换为所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述指定室内区域内的实际位置，包括：

第一，将所述定位坐标系转换为gps定位模式，并将所述定位坐标系的原点位置转换为所述gps定位模式的原点位置。

第二，根据所述gps定位模式的原点位置，将所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的所述终点位置转换为所述gps定位模式对应的目标位置，并将所述目标位置作为所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述指定室内区域内的实际位置。

本发明实施例通过在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，其中一个用户终端为目标用户终端，目标用户终端对应的位置为目标初始位置；在第二时刻，根据目标初始位置和目标用户终端与指定室内区域的多个其它用户终端的距离，计算出目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的终点位置；将目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的所述终点位置，转换为目标用户终端在第二时刻且在指定室内区域内的实际位置。本发明无需安装专用的定位基站和购买专门的定位标签，即可以在室内实现高精度的定位，解决了现有技术中，手机精准定位服务在商场医院和地下停车场等场景中无法实现的问题。

实施例二

请参阅图4，图4是本发明实施例的基于5g信号的多终端室内定位装置100的部分结构框架图，结合图4可以得到，本发明的一种基于5g信号的多终端室内定位装置100，包括：

坐标建立模块110，用于在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，其中一个用户终端为目标用户终端，所述目标用户终端对应的位置为目标初始位置。

位置计算模块120，用于在第二时刻，根据所述目标初始位置和所述目标用户终端与所述指定室内区域的多个其它用户终端的距离，计算出所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的终点位置。其中，所述第二时刻在所述第一时刻之后。

位置转换模块130，用于将所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述定位坐标系的所述终点位置，转换为所述目标用户终端在所述第二时刻且在所述指定室内区域内的实际位置。

本发明实施例通过在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，其中一个用户终端为目标用户终端，目标用户终端对应的位置为目标初始位置；在第二时刻，根据目标初始位置和目标用户终端与指定室内区域的多个其它用户终端的距离，计算出目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的终点位置；将目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的所述终点位置，转换为目标用户终端在第二时刻且在指定室内区域内的实际位置。本发明无需安装专用的定位基站和购买专门的定位标签，即可以在室内实现高精度的定位，解决了现有技术中，手机精准定位服务在商场医院和地下停车场等场景中无法实现的问题。

实施例三

请参阅图5，参考图5可以看到，本发明实施例的一种计算机可读存储介质10，所述的计算机可读存储介质10，如：rom/ram、磁碟、光盘等，其上存储有计算机程序11，所述计算机程序11被执行时实现如实施例一所述的基于5g信号的多终端室内定位方法。由于该基于5g信号的多终端室内定位方法已经在实施例一进行了详细的说明，在此不再重复说明。

本发明实施例实现的基于5g信号的多终端室内定位方法，通过在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，其中一个用户终端为目标用户终端，目标用户终端对应的位置为目标初始位置；在第二时刻，根据目标初始位置和目标用户终端与指定室内区域的多个其它用户终端的距离，计算出目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的终点位置；将目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的所述终点位置，转换为目标用户终端在第二时刻且在指定室内区域内的实际位置。本发明无需安装专用的定位基站和购买专门的定位标签，即可以在室内实现高精度的定位，解决了现有技术中，手机精准定位服务在商场医院和地下停车场等场景中无法实现的问题。

实施例四

请参阅图6，参考图6可以看到，本发明实施例的一种计算机设备20，其包括处理器21、存储器22及存储于所述存储器22上并可在所述处理器21上运行的计算机程序221，所述处理器21执行所述计算机程序221时实现如实施例一所述的基于5g信号的多终端室内定位方法。由于该基于5g信号的多终端室内定位方法已经在实施例一进行了详细的说明，在此不再重复说明。

本发明实施例实现的基于5g信号的多终端室内定位方法，通过在第一时刻，根据在指定室内区域的3个使用5g信号的用户终端对应的3个位置建立定位坐标系，其中一个用户终端为目标用户终端，目标用户终端对应的位置为目标初始位置；在第二时刻，根据目标初始位置和目标用户终端与指定室内区域的多个其它用户终端的距离，计算出目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的终点位置；将目标用户终端在第二时刻且在定位坐标系的所述终点位置，转换为目标用户终端在第二时刻且在指定室内区域内的实际位置。本发明无需安装专用的定位基站和购买专门的定位标签，即可以在室内实现高精度的定位，解决了现有技术中，手机精准定位服务在商场医院和地下停车场等场景中无法实现的问题。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。