一種眾目標實時定位裝置和定位方法
2023-10-09 03:25:34
專利名稱：一種眾目標實時定位裝置和定位方法
技術領域：
本發明涉及一種室內信道環境下TOA(Time of arrival，時間到達)實時定位裝置 和定位方法。
背景技術：
實時定位系統具有巨大的應用價值和市場潛力，通常用於為機場、工業園區等區 域提供基於位置信息的服務，例如遊客引導、物資監控、人員跟蹤和限制區域入侵監測等服 務。T0A(Time of arrival，時間到達)測距方法具有較高的測距精度，是目前眾目標定位 系統中常用的測距方法，基於TOA測距的實時定位系統是目前常用的實時定位系統。由於 室內信道環境複雜，導致TOA定位系統的測距精度較差，嚴重影響系統的定位精度。在室內 環境下實現目標的精確定位具有很大挑戰。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提出了一種眾目標實時定位裝置和定位方法，適用 於室內信道環境下的TOA定位，其定位方法簡單有效，具有高精度、系統開銷小、實時性等 特點。為解決上述技術問題，本發明提出一種眾目標實時定位方法，包括步驟配置監測節點在監測區域內的測距誤差的範圍，以及定位目標在該監測區域內的 最大移動速度；計算以定位目標在前一時刻的定位坐標為圓心，以該定位目標的最大移動速度與 當前時刻與所述前一時刻的時間差之積為半徑的圓，以該圓內區域作為該定位目標在當前 時刻的定位坐標所屬區域；獲取多個監測節點對該定位目標進行測距的結果，根據設置的監測節點在監測區 域內的測距誤差的範圍，分別構建以該多個監測節點的位置坐標為圓心，以誤差允許範圍 內該各監測節點的最大的測距距離為外圓周半徑，以誤差允許範圍內該各監測節點的最小 的測距距離為內圓周半徑的環形區域；判斷在該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域內所述構建的環形區域彼此 重疊部分最多的一區域，計算出該重疊部分最多的區域的質心坐標，並以該質心坐標作為 定位目標在當前時刻的定位坐標。進一步地，上述方法還可具有以下特點所述監測節點在監測區域內的測距誤差的範圍是通過大量測距實驗得到的。進一步地，上述方法還可具有以下特點所述定位目標在該監測區域內的最大移動速度是根據監測區域的環境、定位目標 類型配置的。進一步地，上述方法還可具有以下特點在獲取多個監測節點對該定位目標進行測距的結果時，至少獲取3個監測節點對該定位目標進行測距的結果。進一步地，上述方法還可具有以下特點還包括步驟設置屬於所述構建的圓環內部的區域的坐標權值為1，不屬於所述 構建的圓環內部的區域的坐標權值為0 ；以及在判斷在所述定位目標當前坐標位置區域內所述構建的環形區域彼此重疊部分 最多的一區域時，是通過判斷重疊區域的坐標權值之和為最大的一區域來實現的。為解決上述技術問題，本發明提出一種眾目標實時定位裝置，包括配置單元、接收 單元和處理單元，其中所述配置單元，用以配置監測區域內的測距誤差的範圍、定位目標在監測區域內 的最大移動速度，以及監測節點的位置坐標；所述接收單元，用以從測距網絡中獲取多個監測節點對定位目標進行測距的結 果，打上時間標誌，然後將其發送給所述處理單元；所述處理單元，用以在接收到所述打上了時間標誌的該多個監測節點對定位目標 進行測距的結果後，從所述配置單元獲取配置監測區域內的測距誤差的範圍、定位目標在 監測區域內的最大移動速度，以及監測節點的位置坐標，然後執行根據所述時間標誌獲取當前時刻，計算以該定位目標在前一時刻的定位坐標為圓 心，以該定位目標的最大移動速度與當前時刻與所述前一時刻的時間差之積為半徑的圓， 以該圓內區域作為該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域；分別構建以該多個監測節 點的位置坐標為圓心，以誤差允許範圍內該各監測節點的最大的測距距離為外圓周半徑， 以誤差允許範圍內該各監測節點的最小的測距距離為內圓周半徑的環形區域；以及判斷在 該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域內所述構建的環形區域彼此重疊部分最多的 一區域，計算出該重疊部分最多的區域的質心坐標，並以該質心坐標作為定位目標的定位 坐標並保存。進一步地，上述裝置還可具有以下特點所述配置單元配置的所述監測節點在監測區域內的測距誤差的範圍是通過大量 測距實驗得到的。進一步地，上述裝置還可具有以下特點所述配置單元配置的所述定位目標在該監測區域內的最大移動速度是根據監測 區域的環境、定位目標類型配置的。進一步地，上述裝置還可具有以下特點所述接收單元在獲取多個監測節點對該定位目標進行測距的結果時，至少獲取3 個監測節點對該定位目標進行測距的結果。進一步地，上述裝置還可具有以下特點所述處理單元還設置屬於所述構建的圓環內部的區域的坐標權值為1，不屬於所 述構建的圓環內部的區域的坐標權值為0 ；所述處理單元在判斷在所述定位目標當前坐標位置區域內所述構建的環形區域 彼此重疊部分最多的一區域時，是通過判斷重疊區域的坐標權值之和最大的一區域來實 現。本發明提出的一種眾目標實時定位裝置和定位方法，其定位方法簡單有效，具有高精度、系統開銷小、實時性等特點。
圖1是本發明實施例一種眾目標實時定位方法流程圖；圖2是本發明實施例實時定位區域的預計算示意圖；圖3是本發明實施例眾目標實時定位方法的原理示意圖；圖4是本發明實施例一種眾目標實時定位裝置方框圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明做進一步的說明參見圖1，該圖示出了本發明實施例一種眾目標實時定位方法，具體包括步驟步驟SlOl 設置監測節點在監測區域內的測距誤差的範圍；可以通過大量點對點的測距實驗，得到監測節點在監測區域內的測距誤差的範 圍e e [(Rm-Dm)min, (Rm-Dm)maJe [i, j]其中，e為監測節點在監測區域內的測距誤差的範圍，Rm為監測節點在監測區域進 行TOA測距得到的距離，Dm為實際距離，m e [1，n]，n為測距實驗總次數，(Rm-Dm)min表示取 Rm與Dm之差的最小值，其取值為i，(Rm-Dm)max為取大量點對點的測距實驗中的Rm與Dm之差 的最大值，其取值為j，步驟S102 根據監測區域的環境、定位目標類型設置一定位目標在該監測區域內 的最大移動速度；所述定位目標類型包括人、物。步驟S103 計算以該定位目標在前一時刻的定位坐標為圓心，以該定位目標的最 大移動速度與當前時刻與所述前一時刻的時間差之積為半徑的圓，以該圓內區域作為該定 位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域；假設，定位目標在Tlri時刻的定位坐標為(Xlri，Ylri),該定位目標的最大移動速度 為V，則在Tk時刻，計算出該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域為以(Xlri，Yk_i)為圓 心，以((Tk-V1)XV)為半徑的圓內，如圖2所示。在該步驟中，巧妙地利用移動目標的運動特徵來計算定位目標可能出現的區域， 有效地縮小了定位區域的範圍，從而提高了定位精度。步驟S104 獲取多個監測節點對該定位目標進行測距的結果，根據設置的監測節 點在監測區域內的測距誤差的範圍，分別構建以該多個監測節點的位置坐標為圓心，以誤 差允許範圍內該各監測節點的最大的測距距離為外圓周半徑，以誤差允許範圍內該各監測 節點的最小的測距距離為內圓周半徑的環形區域；假設共有η個監測節點，誤差範圍e e [i，j]。則以監測節B^11的位置坐標(Xm， Yffl)為圓心構建的環形區域Am為，以(Rm+i)為內圓周半徑，以(Rm+j)為外圓周半徑的環形 區域，其中，艮為監測節B、對該定位目標進行測距的結果，me [l，n]。對這η個監測節點 構建的環形區域的集合A = (A1, A2, ... , AJ。
在步驟S104中至少需要獲取3個監測節點對該定位目標進行測距的結果。所述 監測節點指基站(Bas必tation，簡稱BS)。步驟S105 判斷在該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域內所述構建的環 形區域彼此重疊部分最多的一區域，計算出該重疊部分最多的區域的質心坐標，並以該質 心坐標作為定位目標在當前時刻的定位坐標。可以設置屬於所述構建的圓環內部的區域的坐標權值為1，不屬於所述構建的圓 環內部的區域的坐標權值為0。判斷在所述定位目標當前坐標位置區域內所述構建的環 形區域彼此重疊部分最多的一區域時，可以通過判斷重疊區域的坐標權值之和的大小來實 現。參見圖3，該圖中的ρ表示重疊區域內的坐標權值之和，選取坐標權值最大的區域，圖3 中級P = 3的區域，並計算出該重疊部分最多的區域的質心坐標，並以該質心坐標作為定位 目標的定位坐標。無線傳感器通訊節點部署後，包括標籤(Tag)、作為監測節點的基站(Base station)和匯聚節點(Sink)，採取TOA測距方式，構成具有精確測距能力的測距網絡。該 測距網絡定時上傳數據，包含TAG與BS1，BS2，. . .，BSn (η彡3)之間的TOA測距距離=R = {Rl, R2，. . .，Rn}。為了實現上述方法，本發明實施例還提出一種眾目標實時定位裝置，如圖4所示， 包括配置單元41、接收單元42和處理單元43，其中所述配置單元41，用以配置監測區域內的測距誤差的範圍、定位目標在監測區域 內的最大移動速度，以及監測節點的位置坐標。所述配置監測區域內的測距誤差的範圍是通過大量測距實驗後得到的。所述定位 目標在監測區域內的最大移動速度是根據監測區域的環境、定位目標類型得到的。所述接收單元42，用以從測距網絡中獲取多個監測節點對定位目標進行測距的結 果，打上時間標誌，然後將其發送給所述處理單元43。所述接收單元42至少需要獲取3個監測節點對該定位目標進行測距的結果。所述處理單元43，用以在接收到所述打上了時間標誌的該多個監測節點對定位目 標進行測距的結果後，從所述配置單元41獲取配置監測區域內的測距誤差的範圍、定位目 標在監測區域內的最大移動速度，以及監測節點的位置坐標，然後執行根據所述時間標誌獲取當前時刻，計算以該定位目標在前一時刻的定位坐標為圓 心，以該定位目標的最大移動速度與當前時刻與所述前一時刻的時間差之積為半徑的圓， 以該圓內區域作為該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域；分別構建以該多個監測節 點的位置坐標為圓心，以誤差允許範圍內該各監測節點的最大的測距距離為外圓周半徑， 以誤差允許範圍內該各監測節點的最小的測距距離為內圓周半徑的環形區域；以及判斷在 該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域內所述構建的環形區域彼此重疊部分最多的 一區域，計算出該重疊部分最多的區域的質心坐標，並以該質心坐標作為定位目標的定位 坐標並保存。進一步地，所述處理單元43還可以設置屬於所述構建的圓環內部的區域的坐標 權值為1，不屬於所述構建的圓環內部的區域的坐標權值為0。所述處理單元43在判斷在 所述定位目標當前坐標位置區域內所述構建的環形區域彼此重疊部分最多的一區域時，可 以通過判斷重疊區域的坐標權值之和的大小來實現。
本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，本領域 技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於 本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種眾目標實時定位方法，其特徵在於，包括步驟配置監測節點在監測區域內的測距誤差的範圍，以及定位目標在該監測區域內的最大 移動速度；計算以定位目標在前一時刻的定位坐標為圓心，以該定位目標的最大移動速度與當前 時刻與所述前一時刻的時間差之積為半徑的圓，以該圓內區域作為該定位目標在當前時刻 的定位坐標所屬區域；獲取多個監測節點對該定位目標進行測距的結果，根據設置的監測節點在監測區域內 的測距誤差的範圍，分別構建以該多個監測節點的位置坐標為圓心，以誤差允許範圍內該 各監測節點的最大的測距距離為外圓周半徑，以誤差允許範圍內該各監測節點的最小的測 距距離為內圓周半徑的環形區域；判斷在該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域內所述構建的環形區域彼此重疊 部分最多的一區域，計算出該重疊部分最多的區域的質心坐標，並以該質心坐標作為定位 目標在當前時刻的定位坐標。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述監測節點在監測區域內的測距誤差的範圍是通過大量測距實驗得到的。
3 如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述定位目標在該監測區域內的最大移動速度是根據監測區域的環境、定位目標類型 配置的。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在獲取多個監測節點對該定位目標進行測距的結果時，至少獲取3個監測節點對該定 位目標進行測距的結果。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括步驟設置屬於所述構建的圓環內部的區域的坐標權值為1，不屬於所述構建 的圓環內部的區域的坐標權值為0 ；以及在判斷在所述定位目標當前坐標位置區域內所述構建的環形區域彼此重疊部分最多 的一區域時，是通過判斷重疊區域的坐標權值之和為最大的一區域來實現的。
6.一種眾目標實時定位裝置，其特徵在於，包括配置單元、接收單元和處理單元，其中所述配置單元，用以配置監測區域內的測距誤差的範圍、定位目標在監測區域內的最 大移動速度，以及監測節點的位置坐標；所述接收單元，用以從測距網絡中獲取多個監測節點對定位目標進行測距的結果，打 上時間標誌，然後將其發送給所述處理單元；所述處理單元，用以在接收到所述打上了時間標誌的該多個監測節點對定位目標進行 測距的結果後，從所述配置單元獲取配置監測區域內的測距誤差的範圍、定位目標在監測 區域內的最大移動速度，以及監測節點的位置坐標，然後執行根據所述時間標誌獲取當前時刻，計算以該定位目標在前一時刻的定位坐標為圓心， 以該定位目標的最大移動速度與當前時刻與所述前一時刻的時間差之積為半徑的圓，以該 圓內區域作為該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域；分別構建以該多個監測節點的 位置坐標為圓心，以誤差允許範圍內該各監測節點的最大的測距距離為外圓周半徑，以誤差允許範圍內該各監測節點的最小的測距距離為內圓周半徑的環形區域；以及判斷在該定 位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域內所述構建的環形區域彼此重疊部分最多的一區 域，計算出該重疊部分最多的區域的質心坐標，並以該質心坐標作為定位目標的定位坐標 並保存。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於所述配置單元配置的所述監測節點在監測區域內的測距誤差的範圍是通過大量測距 實驗得到的。
8.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於所述配置單元配置的所述定位目標在該監測區域內的最大移動速度是根據監測區域 的環境、定位目標類型配置的。
9.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於所述接收單元在獲取多個監測節點對該定位目標進行測距的結果時，至少獲取3個監 測節點對該定位目標進行測距的結果。
10.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於所述處理單元還設置屬於所述構建的圓環內部的區域的坐標權值為1，不屬於所述構 建的圓環內部的區域的坐標權值為0 ；所述處理單元在判斷在所述定位目標當前坐標位置區域內所述構建的環形區域彼此 重疊部分最多的一區域時，是通過判斷重疊區域的坐標權值之和最大的一區域來實現。
全文摘要
本發明提出一種眾目標實時定位裝置和定位方法，該定位方法包括確定定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域；分別構建以多個監測節點的位置坐標為圓心，以誤差允許範圍內該各監測節點的最大的測距距離為外圓周半徑，以誤差允許範圍內該各監測節點的最小的測距距離為內圓周半徑的環形區域；判斷在該定位目標在當前時刻的定位坐標所屬區域內所述構建的環形區域彼此重疊部分最多的一區域，計算出該重疊部分最多的區域的質心坐標，並以該質心坐標作為定位目標在當前時刻的定位坐標。該方法適用於室內信道環境下的TOA定位，其定位方法簡單有效，具有高精度、系統開銷小、實時性等特點。
文檔編號G01S5/10GK102081154SQ20091024134
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月30日 優先權日2009年11月30日
發明者何杰, 張瑩, 樊勇, 魏劍平, 黃孝斌 申請人:北京時代凌宇科技有限公司