一种室内定位的方法及装置与流程

技术特征：

1.一种室内定位的方法，其特征在于，包括：

从预先建立的室内空间的非视距误差分布模型中获取待定位点相对于室内空间中的第一发射源的第一非视距误差、相对于第二发射源的第二非视距误差、相对于第三发射源的第三非视距误差，其中，所述非视距误差分布模型用于预先确定所述室内空间的多个位置坐标的非视距误差，所述非视距误差包括：所述第一非视距误差、所述第二非视距误差、所述第三非视距误差，所述非视距误差包括：到达时间误差和到达时间差误差；

获取并根据所述待定位点相对于所述第一发射源的第一到达时间、所述第二发射源的第二到达时间、所述第三发射源的第三到达时间，消除所述第一非视距误差、所述第二非视距误差、所述第三非视距误差，得到所述待定位点相对于所述第一发射源的第一视距传播值、所述第二发射源的第二视距传播值、所述第三发射源的第三视距传播值；

分别获取所述第一发射源的位置坐标、所述第二发射源的位置坐标、所述第三发射源的位置坐标，并根据所述第一视距传播值、所述第二视距传播值、所述第三视距传播值，得到所述待定位点的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的室内定位的方法，其特征在于，在所述从预先建立的室内空间的非视距误差分布模型中获取待定位点相对于室内空间中的第一发射源的第一非视距误差、相对于第二发射源的第二非视距误差、相对于第三发射源的第三非视距误差之前，所述的室内定位的方法还包括：

获取所述室内空间的空间模拟图，在预设坐标系下对所述空间模拟图进行网格划分，得到网格划分后的空间模拟图，其中，所述网格划分后的空间模拟图中每个网格单元的位置坐标为所述每个网格单元中心点的位置坐标；

通过射线跟踪法对发射源发射的每条电磁波信号进行跟踪，得到所述室内空间的接收信号强度分布图，其中，所述发射源包括所述第一发射源、所述第二发射源、所述第三发射源；

获取所述发射源的位置坐标，将所述接收信号强度分布图对应拟合到所述网格划分后的空间模拟图中，得到所述空间模拟图中每个网格单元相对于所述发射源的接收信号强度；

根据所述空间模拟图中每个网格单元相对于所述发射源的接收信号强度、所述发射源的位置坐标及每个网格单元的位置坐标，确定所述每个网格单元相对于所述发射源的非视距误差；

根据所述非视距误差，建立所述室内空间的非视距误差分布模型。

3.根据权利要求2所述的室内定位的方法，其特征在于，所述根据所述空间模拟图中每个网格单元相对于所述发射源的接收信号强度、所述发射源的位置坐标及每个网格单元的位置坐标，确定所述每个网格单元相对于所述发射源的非视距误差，包括：

根据对数距离路径损耗模型公式

$P_k=P_0-10*n*\lg \left(\frac{d_{k1}}{d_0}\right)+\mathrm{\γ}$

得到所述每个网格单元相对于所述发射源的电磁波信号的信号传播距离；

其中，所述d_k1为第k个网格单元相对于所述发射源的所述电磁波信号的信号传播距离，所述P_k为所述第k个网格单元相对于所述发射源的接收信号强度，单位为dBm，所述P₀为在参考距离d₀处接收到的信号强度，在室内环境中，d₀取值为1m，所述n为路径损耗指数，所述γ是服从高斯分布的随机变量，表示噪声对信号分布的影响；所述k为大于或等于1的自然数；

根据所述发射源的位置坐标及所述每个网格单元的位置坐标，并根据公式

$d_{k2}=\sqrt{{(x_k-x)}^2+{(y_k-y)}^2+{(z_k-z)}^2}$

得到所述每个网格单元相对于所述发射源的几何距离；

其中，所述d_k2为第k个网格单元相对于所述发射源的几何距离，(x_k,y_k,z_k)为所述第k个网格单元在所述预设坐标系中的位置坐标，(x,y,z)为所述发射源在所述预设坐标系中的位置坐标；

根据所述信号传播距离、所述几何距离和所述电磁波信号的信号传输速率，确定所述每个网格单元相对于所述发射源的非视距误差的到达时间误差；

相应的，所述根据所述非视距误差，建立所述室内空间的非视距误差分布模型，包括：

统计所述网格划分后的空间模拟图中所述每个网格单元相对于所述发射源的非视距误差的到达时间误差，建立所述室内空间的到达时间误差分布模型。

4.根据权利要求3所述的室内定位的方法，其特征在于，在所述根据所述信号传播距离、所述几何距离和所述电磁波信号的信号传输速率，确定所述每个网格单元相对于所述发射源的非视距误差的到达时间误差之后，所述的室内定位的方法还包括：

在所述室内空间中有至少两个所述发射源时，分别获取所述每个网格单元相对于所述至少两个发射源中的第四发射源的第四到达时间误差和相对于所述至少两个发射源中的第五发射源的第五到达时间误差，其中，所述第四发射源、第五发射源分别为所述第一发射源、第二发射源、第三发射源中的任一个发射源，且所述第四发射源与第五发射源不相同；

根据所述第四到达时间误差和所述第五到达时间误差，确定所述每个网格单元相对于所述第四发射源和所述第五发射源的非视距误差的到达时间差误差；

相应的，所述根据所述非视距误差，建立所述室内空间的非视距误差分布模型，包括：

统计所述网格划分后的空间模拟图中所述每个网格单元相对于所述第四发射源和所述第五发射源的非视距误差的到达时间差误差，得到所述室内空间的到达时间差误差分布模型。

5.根据权利要求1所述的室内定位的方法，其特征在于，所述获取并根据所述待定位点相对于所述第一发射源的第一到达时间、所述第二发射源的第二到达时间、所述第三发射源的第三到达时间，消除所述第一非视距误差、所述第二非视距误差、所述第三非视距误差，得到所述待定位点相对于所述第一发射源的第一视距传播值、所述第二发射源的第二视距传播值、所述第三发射源的第三视距传播值，包括：

通过公式：

r_i＝t_ic-δt_ic

消除所述第一非视距误差、所述第二非视距误差、所述第三非视距误差，得到所述待定位点相对于所述第一发射源的第一视距传播值、所述第二发射源的第二视距传播值、所述第三发射源的第三视距传播值；

其中，所述第一视距传播值为所述待定位点相对于所述第一发射源的视距传播距离，所述第二视距传播值为所述待定位点相对于所述第二发射源的视距传播距离，所述第三视距传播值为所述待定位点相对于所述第三发射源的视距传播距离；

相应的，所述分别获取所述第一发射源的位置坐标、所述第二发射源的位置坐标、所述第三发射源的位置坐标，并根据所述第一视距传播值、所述第二视距传播值、所述第三视距传播值，得到所述待定位点的位置坐标，包括：

通过公式：

$r_i=\sqrt{{(x_i-x_m)}^2+{(y_i-y_m)}^2+{(z_i-z_m)}^2}$

得到所述待定位点的位置坐标；

其中，r_i为所述待定位点相对于第i发射源的视距传播距离，t_i为所述待定位点相对于所述第i发射源的到达时间，δt_i为所述待定位点相对于所述第i发射源的到达时间误差，c为电磁波信号的传播速率，(x_i，y_i，z_i)为所述第i发射源的位置坐标，(x_m，y_m，z_m)为所述待定位点的位置坐标，i＝1,2,3。

6.根据权利要求1所述的室内定位的方法，其特征在于，所述获取并根据所述待定位点相对于所述第一发射源的第一到达时间、所述第二发射源的第二到达时间、所述第三发射源的第三到达时间，消除所述第一非视距误差、所述第二非视距误差、所述第三非视距误差，得到所述待定位点相对于所述第一发射源的第一视距传播值、所述第二发射源的第二视距传播值、所述第三发射源的第三视距传播值，包括：

通过公式：

r_i-r_j＝TDOA_ijc-δt_ijc

消除所述第一非视距误差、所述第二非视距误差、所述第三非视距误差，得到所述待定位点相对于所述第一发射源的第一视距传播值、所述第二发射源的第二视距传播值、所述第三发射源的第三视距传播值；

其中，所述第一视距传播值为所述待定位点相对于所述第一发射源和所述第二发射源的视距传播距离差，所述第二视距传播值为所述待定位点相对于所述第二发射源和所述第三发射源的视距传播距离差，所述第三视距传播值为所述待定位点相对于所述第三发射源和所述第一发射源的视距传播距离差；

相应的，所述分别获取所述第一发射的源位置坐标、所述第二发射源的位置坐标、所述第三发射源的位置坐标，并根据所述第一视距传播值、所述第二视距传播值、所述第三视距传播值，得到所述待定位点的位置坐标，包括：

通过公式：

$r_i-r_j=\sqrt{{(x_i-x_m)}^2+{(y_i-y_m)}^2+{(z_i-z_m)}^2}-\sqrt{{(x_j-x_m)}^2+{(y_j-y_m)}^2+{(z_j-z_m)}^2}$

得到所述待定位点的位置坐标；

其中，r_i为所述待定位点相对于所述第i发射源的视距传播距离，r_j为所述待定位点相对于第j发射源的视距传播距离，TDOA_ij为所述待定位点相对于所述第i发射源和所述第j发射源的到达时间差，δt_ij为所述待定位点相对于所述第i发射源和所述第j发射源的到达时间差误差，(x_i，y_i，z_i)为所述第i发射源的位置坐标，(x_m，y_m，z_m)为所述待定位点的位置坐标，(x_j，y_j，z_j)为所述第j发射源的位置坐标，i＝1,2,3，j＝1,2,3，且i与j不相同。

7.一种室内定位的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于从预先建立的室内空间的非视距误差分布模型中获取待定位点相对于室内空间中的第一发射源的第一非视距误差、相对于第二发射源的第二非视距误差、相对于第三发射源的第三非视距误差，其中，所述非视距误差分布模型用于预先确定所述室内空间的多个位置坐标的非视距误差，所述非视距误差包括：所述第一非视距误差、所述第二非视距误差、所述第三非视距误差，所述非视距误差包括：到达时间误差和到达时间差误差；

非视距误差消除模块，用于获取并根据所述待定位点相对于所述第一发射源的第一到达时间、所述第二发射源的第二到达时间、所述第三发射源的第三到达时间，消除所述第一非视距误差、所述第二非视距误差、所述第三非视距误差，得到所述待定位点相对于所述第一发射源的第一视距传播值、所述第二发射源的第二视距传播值、所述第三发射源的第三视距传播值；

定位模块，用于分别获取所述第一发射源的位置坐标、所述第二发射源的位置坐标、所述第三发射源的位置坐标，并根据所述第一视距传播值、所述第二视距传播值、所述第三视距传播值，得到所述待定位点的位置坐标。

8.根据权利要求7所述的室内定位的装置，其特征在于，所述室内定位的装置还包括：

网格划分模块，用于获取所述室内空间的空间模拟图，在预设坐标系下对所述空间模拟图进行网格划分，得到网格划分后的空间模拟图，其中，所述网格划分后的空间模拟图中每个网格单元的位置坐标为所述每个网格单元中心点的位置坐标；

接收信号强度获取模块，用于通过射线跟踪法对发射源发射的每条电磁波信号进行跟踪，得到所述室内空间的接收信号强度分布图，其中，所述发射源包括所述第一发射源、所述第二发射源、所述第三发射源；

拟合模块，用于获取所述发射源的位置坐标，将所述接收信号强度分布图对应拟合到所述网格划分后的空间模拟图中，得到所述空间模拟图中每个网格单元相对于所述发射源的接收信号强度；

非视距误差确定模块，用于根据所述空间模拟图中每个网格单元相对于所述发射源的接收信号强度、所述发射源的位置坐标及每个网格单元的位置坐标，确定所述每个网格单元相对于所述发射源的非视距误差；

模型建立模块，用于根据所述非视距误差，建立所述室内空间的非视距误差分布模型。

9.根据权利要求8所述的室内定位的装置，其特征在于，所述非视距误差确定模块包括：

信号传播距离计算子模块，用于根据对数距离路径损耗模型公式

$P_k=P_0-10*n*\lg \left(\frac{d_{k1}}{d_0}\right)+\mathrm{\γ}$

得到所述每个网格单元相对于所述发射源的电磁波信号的信号传播距离；

其中，所述d_k1为第k个网格单元相对于所述发射源的所述电磁波信号的信号传播距离，所述P_k为所述第k个网格单元相对于所述发射源的接收信号强度，单位为dBm，所述P₀为在参考距离d₀处接收到的信号强度，在室内环境中，d₀取值为1m，所述n为路径损耗指数，所述γ是服从高斯分布的随机变量，表示噪声对信号分布的影响；所述k为大于或等于1的自然数；

几何距离计算子模块，用于根据所述发射源的位置坐标及所述每个网格单元的位置坐标，并根据公式

$d_{k2}=\sqrt{{(x_k-x)}^2+{(y_k-y)}^2+{(z_k-z)}^2}$

得到所述每个网格单元相对于所述发射源的几何距离；

其中，所述d_k2为第k个网格单元相对于所述发射源的几何距离，(x_k,y_k,z_k)为所述第k个网格单元在所述预设坐标系中的位置坐标，(x,y,z)为所述发射源在所述预设坐标系中的位置坐标；

到达时间误差计算子模块，用于根据所述信号传播距离、所述几何距离和所述电磁波信号的信号传输速率，确定所述每个网格单元相对于所述发射源的非视距误差的到达时间误差；

相应的，所述模型建立模块具体用于统计所述网格划分后的空间模拟图中所述每个网格单元相对于所述发射源的非视距误差的到达时间误差，建立所述室内空间的到达时间误差分布模型。

10.根据权利要求9所述的室内定位的装置，其特征在于，所述的非视距误差确定模块还包括：

到达时间误差获取子模块，用于在所述室内空间中有至少两个所述发射源时，分别获取所述每个网格单元相对于所述至少两个发射源中的第四发射源的第四到达时间误差和相对于所述至少两个发射源中的第五发射源的第五到达时间误差，其中，所述第四发射源、第五发射源分别为所述第一发射源、第二发射源、第三发射源中的任一个发射源，且所述第四发射源与第五发射源不相同；

到达时间差误差计算子模块，用于根据所述第四到达时间误差和所述第五到达时间误差，确定所述每个网格单元相对于所述第四发射源和所述第五发射源的非视距误差的到达时间差误差；

相应的，所述模型建立模块还具体用于统计所述网格划分后的空间模拟图中所述每个网格单元相对于所述第四发射源和所述第五发射源的非视距误差的到达时间差误差，得到所述室内空间的到达时间差误差分布模型。