一种基于终端簇的室内定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及一种室内定位方法，具体涉及一种基于终端簇的室内定位系统及定位方法。

背景技术

随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、超市、图书馆、地下停车场等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。当前的大多数定位算法只是针对无线二维网络展开研究的，然而在实际应用中无线网络节点也会经常处于三维环境中，这些场合下需要提供移动终端的三维位置信息，目前研究人员提出了许多基于射频识别的室内定位解决方案。

如中国专利CN201710697495.1，其利用波束扫描实现定位，该专利采用多天线标签，结合波束扫描，实现室内定位。但是，二维波束中垂直方向的天线下倾角是固定的，只是利用水平方向的空域资源，能量的汇聚度不够高，从而限制了覆盖范围。

基于典型的非测距DV-Hop定位算法具有成本低和对部署环境要求低的优势，但是定位过程中很大程度上地依赖网络中信标节点的分布，如果网络中锚节点分布不均匀，在估算未知节点坐标时会存在一定的定位误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于终端簇的室内定位系统及定位方法，该方法基于多普勒频移大小区间的终端分簇，移动终端与节点间的相对运动导致多普勒频移的产生，多普勒频移可以准确的描述终端的移动速度和移动方向，映射出信道的差异，从而可以同时为一簇中的多个终端提供精确的定位服务。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于终端簇的室内定位方法，该方法针对的基于终端簇的室内定位系统包含：室内接入节点T

(S100)所述节点以混合预编码方式发送信息：将任意一个节点T

(S200)终端Q

(S300)对终端Q

其中，上角标’表示求转置，上角标-1表示求逆，

在步骤(S100)中，所述节点以混合预编码方式发送信息的方法，包含：

(S110)基于多普勒频移大小区间划分终端簇：根据任意两个终端Q

(S120)根据终端簇估计预编码：针对终端簇

(S130)基于终端分簇的混合预编码发射：节点T

其中，在步骤(S120)中，所述混合预编码的设计方法，包含：

(S121)估计模拟预编码：针对第q簇终端，节点T

式中，c

(S122)估计数字预编码：设聚合信道

式(8)中，I为单位阵，P

其中，V

(S123)根据模拟预编码和数字预编码得到混合预编码，为：

c

优选地，所述基于多普勒频移大小区间划分终端簇，包含：

(1)当f

(2)当f

(3)当f

优选地，在步骤(S300)中，通过加权的距离向量-跳段方法求得终端Q

l

l

l

l

式中，Hop

式中，INT

式中，d

本发明的另一目的是提供一种基于终端簇的室内定位系统，该系统包含：室内接入节点T

本发明的基于终端簇的室内定位系统及定位方法，具有以下优点：

本发明的方法基于多普勒频移大小区间的终端分簇，移动终端与节点间的相对运动导致多普勒频移的产生，多普勒频移可以准确的描述终端的移动速度和移动方向，映射出信道的差异，从而可以同时为一簇中的多个终端提供精确的定位服务。此外，采用混合预编码，使发射信号能够实时追踪移动的终端，将发送能量集中在特定的方位上，克服终端簇中的簇间干扰和簇内干扰，提升定位准确性。基于加权的距离向量-跳段测距法，通过引入信号强度因子对最小跳数加权，减小了常规距离向量-跳段中最小跳数带来的误差，从而定位更为精确。

附图说明

图1为本发明的基于终端簇的室内定位方法的流程图。

图2为本发明节点以混合预编码方式发送信息的方法的流程图。

图3为本发明终端簇中终端的选择方法的流程图。

图4本发明方法的定位框图。

图5本发明基于多普勒频移划分的终端簇的示意图。

图6基于终端分簇的混合预编码发射的示意图。

图7基于加权的距离向量-跳段测距方法示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于终端簇的室内定位方法，如图4示，为本发明方法的定位框图，该方法针对的基于终端簇的室内定位系统包含：室内接入节点T

(S100)节点以混合预编码方式发送信息：将任意一个节点T

(S200)终端Q

(S300)对终端Q

其中，上角标’表示求转置，上角标-1表示求逆，

在步骤(S100)中，节点以混合预编码方式发送信息的方法，参见图2，包含：

(S110)基于多普勒频移划分终端簇

如图5所示，为本发明基于多普勒频移划分终端簇的示意图，即根据终端移动速度导致的多普勒频移大小划分区间进行分簇。

在室内立体停车库中，有步行的人流手持的终端Q

如图3所示，为本发明终端簇中终端的选择方法的流程图，假设终端Q

(1)当f

(2)当f

(3)当f

其中，终端Q

(S120)根据终端簇估计预编码

针对终端簇，利用不同多普勒尺度信道状态信息(CSI)进行模拟预编码和数字预编码的混合预编码设计。将每个终端簇的局部散射环境映射到空间相关矩阵中，模拟预编码适应慢变化的信道，根据信道信息设计的模拟预编码用于抑制终端簇之间的干扰；在数字基带部分根据变化的CSI实时更新，设计数字预编码用于降低终端簇内干扰。具体包含：

(S121)估计模拟预编码：

针对第q簇终端，节点T

式中，c

(S122)估计数字预编码

设聚合信道

式(8)中，I为单位阵，P

其中，V

(S123)根据模拟预编码和数字预编码得到混合预编码，为：

c

同理，得到对应于终端簇

(S130)基于终端分簇的混合预编码发射

如图6所示，为基于终端分簇的混合预编码发射的示意图，对于终端簇

(S300)终端进行三维空间位置估计

如图7所示，为加权的DV-Hop测距方法示意图，设终端Q

(S310)验证四个节点T

四个坐标确定唯一的三棱锥，进而确定出唯一的移动终端位置坐标；实际上，四个节点T

(S320)利用加权的DV-Hop方法估计终端Q

(S321)获得终端与所有节点间的最小跳数

利用信号强度因子对相邻节广义点间(包括节点、伪节点)的跳数进行加权修正，即将与广义节点直接通信的相邻广义节点的信号强度因子作为基准，将第一跳记为1，并在广义节点传输的信息包中加入基准信号强度因子。其余广义节点接收到该带有基准信号强度因子的信息包后用自身广义节点的信号强度因子与基准信号强度因子作比值处理，并将上一跳的跳数与加权跳数的和作为本广义节点的跳数，设终端Q

其中

例如，伪节点T

(S322)估计终端的平均跳距

已知各节点的坐标信息，则节点T

其中，Hop

(S323)计算终端与节点间的距离

则终端Q

l

l

l

l

(S330)建立三维空间球面方程组并求解

三维空间以节点T

根据极大似然估计法求解上述(10)-(13)方程组，得到终端Q

其中，上角标’表示求转置，上角标-1表示求逆，

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。