[发明专利]基于高度辅助修正的室内定位的TDOA定位方法

说明书

本发明公开了一种基于高度辅助修正的室内定位的TDOA定位方法，包括以下步骤：步骤(1)：在室内立体环境下，设定包括主基站在内有M个基站；得到目标节点无线信号到达各个基站的时间；步骤(2)：输入目标节点的经验高度或者利用辅助传感器得到的测量高度并读取基站与目标节点的TOA原始数据；各个从基站的到达时间和主基站的到达时间做差，处理得到M‑1个TDOA值；步骤(3)：根据定位基站的位置，以及目标节点的到达时差，来解算目标节点的位置。本发明能够减少室内定位近场时由于忽略基站高度所引起的位置偏差，并能够适用于基站圆周分布时的室内定位，相比Chan定位算法，更加适用于室内定位的近场定位以及基站圆周布设定位。

技术领域

本发明属于无线定位技术，涉及一种可用于超宽带、CSS等基于到达时间差测量的室内定位系统的位置解算的基于高度辅助修正的室内定位的TDOA定位方法。

背景技术

室内定位是指在室内环境中，采用WiFi、蓝牙、ZigBee、RFID、CSS，超宽带等其他技术来实现位置定位。其中CSS、超宽带无线定位系统中，广泛采用TDOA来完成位置解算，TDOA通过测量信号到达不同基站的时间差来估算目标节点的坐标值，多个TDOA测量值可以构成一组关于目标节点位置的双曲线方程组，但常用的解析算法如Fang、Chan、Friedlander等不能满足室内定位的需求，在于室内环境通常属于近场定位，忽略基站的高度进行二维定位会导致水平位置的定位偏差；结合室内环境，基站往往需要沿四周布设，定位基站通常为圆周布设，而目前常用的解析算法，在基站为圆周布设分布时，在近场会出现定位坐标误差偏大的情况，无法进行有效定位。为了克服以上缺陷，满足实际室内定位应用的需要，必须针对室内定位的特点，寻求适应室内定位环境的定位方法。

发明内容

本发明针对现有定位方法在室内定位场景时的不足，提出一种基于高度辅助修正的室内定位的TDOA定位方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，该基于高度辅助修正的室内定位的TDOA定位方法，包括以下步骤：

步骤(1)：在室内立体环境下，设定包括主基站在内有M个基站；采用有线或者无线同步，使主基站和从基站位于一个基准时钟，目标节点发送无线信号，定位基站得到目标节点无线信号到达各个基站的时间；

步骤(2)：输入目标节点的经验高度或者利用辅助传感器得到的测量高度并读取基站与目标节点的TOA原始数据；以主基站为参考基站，各个从基站的到达时间和主基站的到达时间做差，处理得到M-1个TDOA值；

步骤(3)：根据定位基站的位置，以及目标节点的到达时差，来解算目标节点的位置。

在上述技术方案中，针对传统TDOA解析算法在近场定位，由于忽略基站高度，基站圆周分布时定位精度下降的问题，通过引入高度辅助修正，并对传统TDOA解析算法数学模型进行改进，通过分离高度辅助修正下，TDOA距差项，形成新的解算模型；该方法利用高度辅助修正的方法，将三维环境的定位问题转化为高度已知的二维定位问题。

优选的，在所述步骤(3)中，定义为目标节点的位置坐标，其中是目标节点的经验高度或者利用辅助传感器得到的测量高度，其中x_i＝[x_i,y_i,z_i]^T为基站的已知坐标信息，基站的数目为M,且M≥4，则TDOA量测距离为：

r_i,1＝d_i,1+n_i,1 i＝2,3,...,M (1)

其中，n_i,1为量测距差误差(噪声)，d_i,1＝d_i-d₁，d_i为标签到第i个基站之间的距离。