[发明专利]基于蒙特卡洛最小二乘法室内定位模型及构建方法和应用

说明书

本发明属于室内定位技术领域，公开了一种基于蒙特卡洛最小二乘法室内定位模型及构建方法和应用，包括：在室内安置多个基站，通过基站进行定位；利用蒙特卡洛法向这个公共区域所在的长方体中投影点；通过测量测试点到各个基站之间的真实半径，利用最小二乘法求得与真实点相关且最接近的投影点；根据基站到终端的测量距离，计算出该终端的测距均值与测距方差；根据对测量距离进行预处理，得到真实距离的估计值，得到距离测量的修正模型；利用无偏估计进行校正，寻找所有投影点中的平方差的最小值为所求点。本发明基于蒙特卡洛的最小二乘法室内定位模型，充分利用了蒙特卡洛的随机性，避免了复杂的计算，使得在二维室内的定位精度较高。

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，尤其涉及一种基于蒙特卡洛最小二乘法室内定位模型及构建方法和应用。

背景技术

随着无线通信网络和移动互联网的蓬勃发展，提供基于地理位置信息的服务(LocationBased Service，简称LBS)已经成为最具市场前景和发展潜力的业务之一。在定位系统中，大多数情况下，首先利用卡尔曼滤波法检测到信号，然后对接收的信号进行处理，最后通过计算得到准确的位置。在实际的定位中，一般存在有两种情况：1、视距传播(Line ofSight)(如图1左)，即基站与终端之间不存在障碍物的遮挡；2、非视距传播(Non-Line ofSight)，即基站与终端之间存在有障碍物的遮挡。为了解决在非视距传播情况下的问题，基于测距的定位方法目前主要有RSSI、TOA、TDOA等，但都存在一些问题。随着我国无线通信技术的发展，使得定位系统的研究越来越完善。传统的定位主要是通过卫星导航系统，在室外的准确定位效果较好，但是在室内或者高楼林立、遮挡物较多的情况下，定位的效果较差。RSSI定位方法是在某种预设频道衰减模型下，通过未知位置的接收节点得到的接受信号强度来估计发射节点与接收节点之间的距离，而自身本就衰减的信号在非视距传播环境下误差进一步增大并且难以控制，同时有多种因素也会引起RSSI异常。TOA是利用无线信号在两个节点间的传播延时来计算物理距离的一种定位技术，是通过测量信号从发射点到达接收点的时间，再与信号传播的速度(一般为光速c)相乘得到发射点与接收点间距的测量方法，由于接收点与发射点往往处于不同的时间系，所测时间差再与光速c相乘误差将很大程度被放大，因此一般不直接采用TOA进行定位。TDOA定位是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间来确定信号源的距离。但是绝对时间一般比较难测量，通过比较信号到达各个监测站的时间差，就能作出以监测站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。随着我国无线通信技术的发展，使得定位系统的研究越来越完善。传统的定位主要是通过卫星导航系统，在室外的准确定位效果较好，但是在室内或者高楼林立、遮挡物较多的情况下，定位的效果较差。由此衍生出了基于TOA、TDOA、RSSI等技术的定位方法，但是在实际操作过程中，计算时间较长。TOA定位缺点：基于到达时间(TOA,Time ofArrival)的定位需要系统中所有器件时间同步，因此对传感器节点的硬件和功耗提出了较高的要求，考虑到移动终端室内三维定位的精度要求，时间同步精度的难度非常高，尤其对于移动终端这样的同步难以实现。同时在非视距路径传播(NLOS)环境下，TOA估计值会大于实际值，导致定位精度较低，效果较差。TDOA定位缺点：基于到达时间差(TDOA,Time Difference ofArrival)定位对硬件的要求高，成本和能耗使得该种技术对低能耗的传感器网络提出了挑战。同时NLOS同样会导致TDOA的测量产生误差。RSSI定位缺点：基于信号强度(RSSI,Received Signal Strength Indication)的定位容易受到室内环境的影响，信号在传播过程中如果遇到障碍物容易发生反射。因此在室内定位方面的应用有较大局限，采用该种定位方法的工程需要进行大量的采样和反复更新。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的室内定位方法存在计算时间较长，导致定位时间长。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于蒙特卡洛最小二乘法室内定位模型及构建方法和应用。