校正定位误差的方法与流程

本公开涉及无线通信，更具体地，本公开涉及定位领域。

背景技术：

随着数据业务和多媒体业务的快速增加，在短距离高速率无线通信的基础上，人们对位置信息感知的需求也日益增大。尤其在复杂环境中，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等，或者一些需要对人员定位具有特殊需求的环境，如监狱、幼儿园、医院、养老院等，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品的位置信息，进而用于监控管理、安全报警、指挥调度、物流、遥测遥控和紧急救援等需求。

常用的定位算法有toa(timeofarrival，到达时间)定位算法以及tdoa(timedifferenceofarrival，到达时间差)定位算法。其中，toa定位算法需要待定位目标与定位基站间精确的时钟同步，而tdoa只需要定位基站的时钟同步，降低了定位系统的复杂度，因此，tdoa定位算法目前被广泛使用。tdoa定位算法的原理是通过测定待定位目标到达每两个定位基站间的时间差，测定其到达相应的两个定位基站的距离差，从而得到以带定位基站为焦点的多组双曲线，通过解双曲线方程求其交点，即为待定位目标的位置所在。但在实际应用场景中，待定位目标与定位基站处于不同高度平面，这导致了通过双曲线相交求得的交点与待定位目标真实位置存在偏差，导致了定位误差的存在。因此，如何修正tdoa定位算法中，由于待定位目标与定位基站处于不同平面带来的定位误差，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明公开了一种校正定位误差的方法，该方法包括：利用定位装置对放置在待定位区域中采样点上的校准装置进行定位以获得采样点的测量位置；记录该测量位置以及采样点的真实位置并记录采样点测量位置与真实位置之间的对应关系；利用定位装置对待定位装置进行定位以获得待定位装置的测量位置；以及，根据待定位装置的测量位置以及采样点测量位置与真实位置之间的对应关系来确定待定位装置的位置。

本发明的有益效果是，利用校准装置测量值修正定位误差的方法解决了现有技术中由于待定位目标与定位基站所在平面间的高度差带来的系统误差导致的定位精度差的问题。

附图说明

图1给出依据本发明一种实施例的定位系统中利用校准装置测量定位误差值的方法100的示意图；

图2给出依据本发明一种实施例利用多个校准装置测量定位误差值的方法200的示意图；

图3给出依据本发明一种实施例得到校准装置定位测量值分布的方法300的示意图；

图4给出图3的局部放大示意图；

图5给出利用校准装置测量值修正定位误差的方法500的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图1给出依据本发明一种实施例的定位系统中利用校准装置测量定位误差值的方法100的示意图。如图1所示，定位系统包括定位基站bs1、bs2和bs3，以及已知位置的校准装置ms。其中，定位系统通过校准装置ms与定位基站间传播定位信号，利用tdoa定位算法获得校准装置ms的位置信息的测量值。在一个实施例中，校准装置ms与定位基站间传播定位信号方式为校准装置ms向定位基站发射定位信号，定位基站测得定位信号到达自身的时间信息，定位系统利用上述时间信息通过tdoa定位算法解算校准装置ms位置信息的测量值，其中，各个定位基站时钟同步；在另一个实施例中，各个定位基站向校准装置ms发射定位信号，校准装置ms测得各个定位信号到达自身的时间信息，定位系统利用上述时间信息通过tdoa定位算法解算校准装置ms位置信息的测量值，其中，各定位基站发射定位信号的时序已知。

tdoa定位算法的原理是通过测得在校准装置ms和定位基站间传播的定位信号的飞行时间差，得到校准装置ms与定位基站间的距离差，从而得到以定位基站为焦点的多组双曲线，通过解双曲线方程求取双曲线的交点，所述交点即为校准装置ms的位置信息的测量值。在一个实施例中，所述校准装置ms的位置信息为二维位置信息，则至少需要两组双曲线，即至少需要三个定位基站。在不考虑由于噪声等外界因素的影响时，当校准装置ms与三个定位基站处于同一平面时，利用tdoa定位算法求解的校准装置ms的位置信息的测量值即为校准装置ms的位置信息的真实值的无偏估计。但在很多实际应用场景中，如图1所示，校准装置ms不处于定位基站bs1、bs2、bs3所在的平面xoy，校准装置ms与定位基站bs1、bs2、bs3所在的平面xoy存在一个垂直高度差h，若使通过tdoa双曲线相交求得的校准装置ms的位置信息的测量值等于校准装置ms垂直投影到定位基站bs1、bs2、bs3所在平面xoy上的二维位置信息的真实值msr，则以定位基站bs1、bs2为焦点的双曲线所利用的距离差r12’＝r1’-r2’，以定位基站bs1、bs3为焦点的双曲线所利用的距离差r13’＝r1’-r3’。但在实际测量中，得到的以定位基站bs1、bs2为焦点的双曲线所利用的距离差r12＝r1-r2，以定位基站bs1、bs3为焦点的双曲线所利用的距离差r13＝r1-r3。由于垂直高度h的影响，距离r1与r1’、r2与r2’、r3与r3’之间存在偏差，则距离差r12与r12’、r13与r13’之间也存在偏差，上述偏差造成了校准装置ms的位置信息的测量值msm与校准装置ms二维位置信息的真实值msr之间存在偏差，这就带来了定位误差e，定位误差e的大小和方向随着校准装置ms位置的不同而变化。在一个实施例中，校准装置ms相对于定位基站所在平面xoy的高度h是固定的，则在不同的定位周期中，校准装置ms位于同一位置时由高度h带来的定位误差e是相同的。本发明公开的就是预先测量已知位置的校准装置ms在待定位区域中不同位置的测量值msm，并建立其与已知的位置信息真实值msr之间的对应关系，从而在定位时对待定位装置的测量值进行修正，以修正高度h带来的定位误差。在一个实施例中，校准装置ms的真实位置由全站仪或测距仪预先测得。在一个实施例中，校准装置ms的位置信息测量值msm与已知的位置信息真实值msr之间的对应关系指的是单次测量已知位置的校准装置ms的位置信息测量值msm，该位置信息测量值msm与所述已知位置建立一一对应关系。在另一个实施例中，校准装置ms的位置信息测量值msm与已知的位置信息真实值msr之间的对应关系指的是多次测量同一已知位置的校准装置ms的位置信息测量值msm，多个位置信息测量值msm的平均值与所述同一已知位置建立一一对应关系。

图2给出依据本发明一种实施例利用多个校准装置测量定位误差值的方法200的示意图。图2给出的是定位系统的平面示意图，在三维空间中，校准装置与定位基站所在平面存在高度差。在一个实施例中，将校准装置置于图2中虚线的交点处，测量校准装置处于该位置时定位测量值。在一个实施例中，为了减少移动校准装置的次数，将多个校准装置集成为位于同一平面的校准固件。图2所示实施给出的校准固件由四个校准装置ms1、ms2、ms3和ms4组成，所述校准固件为正方形，所述四个校准装置位于校准固件的定点出，校准装置之间通过硬质连接件固定。在一个实施例中，校准固件的尺寸已知。校准固件在待定位区域内移动，每移动一次对校准固件中的校准装置进行一次或多次定位，在多次定位的实施例中，可以多次定位的平均值，以减小测量误差。在一个实施例中，校准固件的移动方式为移动后的校准固件中的校准装置ms1和ms4的位置分别为移动前的校准装置ms2和ms3的位置；在一个实施例中，校准固件的移动方式为移动后的校准固件中的校准装置ms1和ms2的位置分别为移动前的校准装置ms4和ms3的位置；在一个实施例中，校准固件的移动方向包括前两个实施例中的移动方向及其相反方向中的一个或多个，以满足使校准装置的位置覆盖了整个待定位区域中虚线交点位置。

采用移动校准固件的方式可以减少校准装置的移动次数，同时无需对每个校准装置通过全站仪或测距仪进行真实位置的测量，只需通过校准固件的尺寸以及移动的方向和次数，即可得到每个校准装置的真实位置。

在一个实施例中，校准固件的形状可以为其他多边形或多面体，例如，校准固件为正六面体，包含八个校准装置。在一个实施例中，将校准固件置于不同高度平面，以得到不同高度不同位置的定位测量值，使校准装置的位置覆盖三维待定位区域。

图3给出依据本发明一种实施例的得到校准装置定位测量值分布的方法300的示意图。图3(a)表示校准装置的真实位置，图3(b)表示校准装置的定位测量值。在一个实施例中，校准装置在待定位区域中的测量位置的采样点数有限，每两个测量位置之间有较大的间隔，这导致了在修正定位误差过程中由于可用信息较少而不能准确修正定位误差。本发明给出了一种得到校准装置定位测量值分布的方法。将待定位区域划分成以校准装置测量位置为顶点围合成的多个测量值细分区域，图3所示实施例中的细分区域是由四个校准装置测量位置围合成的四边形，图3(b)中的实线框区域为一个测量值细分区域mr，其对应的真实值细分区域rr为图3(a)中的实线框区域。图4(a)和图4(b)分别给出了测量值细分区域mr和真实值细分区域rr的局部放大示意图。

如图4(b)所示，对测量值细分区域mr进行了进一步划分，在测量值细分区域mr的每条边上均匀差值n个点，每个点与对边相对应的点连线，所有连线的交点即为新增的内插测量值。对真实值细分区域rr采用与测量值细分区域mr相同的分割方式，真实值细分区域rr中得到的交点作为与新增的内插测量值相对应的真实值。采用此种插值方法，会得到(n+2)²-4个新增的内插测量值，随着n的增加可以近似得到校准装置定位测量值的分布。定位系统将校准装置的测量值和其对应的真实值进行存储，以用于实际定位中修正测量值的定位误差。

在一个实施例中，测量值细分区域还可以为其他多边形或多面体，可以根据测量值细分区域的形状确定进一步的划分方案。

图5给出利用校准装置测量值修正定位误差的方法500的流程图，修正定位误差的方法包括如下步骤：

步骤501：查找与目标测量值最接近的校准装置测量值；

步骤502：在包含最接近的校准装置测量值的测量值细分区域中查找与目标测量值最接近的内插测量值；

步骤503：查找最接近的内插值对应的内插真实值；

步骤504：将对应的内插真实值作为修正后的目标位置信息。

在一个实施例中，步骤1和步骤2中的最接近的含义指代两个相对比的向量作差后的1范数或2范数。

利用校准装置测量值修正定位误差的方法解决了现有技术中由于待定位目标与定位基站所在平面间的高度差带来的系统误差导致的定位精度差的问题。

如以上所提到的，虽然已经说明和描述了本发明的优选实施例，但在不背离本发明的精神和范围的情况下，可进行许多改变。由此，本发明的范围不由优选实施例的公开所限制。而是，应当完全参考随后的权利要求来确定本发明。