[发明专利]一种室内三维定位方法

权利要求书

1.一种室内三维定位方法，该定位方法的无线设备设有传感器，其特征在于该定位方法基于垂直空间层次划分算法，将节点之间的高度差加入到定位中，作为其中计算的参数因子，消除高度差在定位中的误差影响，实现三维的室内定位；即该定位方法通过计算无线设备的节点信息传输能力及剩余能量来确定网络的中心层，再根据已知节点坐标及节点的距离信息对未知节点进行模糊定位，接着利用所得相对信息和公式计算得出未知节点的坐标，最后通过加权平均算术求得最终未知节点坐标。

2.根据权利要求1所述的较高精度的室内三维定位方法，其特征在于所述基于垂直空间层次划分算法通过计算预先部署在室内网络中位置信息，即已知节点之间的俯仰角和方向角，实现对未知节点的定位。

3.根据权利要求2所述的较高精度的室内三维定位方法，其特征在于所述对已知节点所在网络空间的垂直方向进行划分，需选取一个节点作为网络的中心层节点。

4.根据权利要求3所述的较高精度的室内三维定位方法，其特征在于所述网络空间中预先设置空间划分的层数，每层的高度为最高点及最低点的差值除以划分的层数，已知节点和未知节点的坐标是随机产生的，且所有节点也随机分布在各个层中；其中，分层参数代表三维坐标中的z轴坐标，如此将三维定位降至二维平面的定位算法；计算得出在不同层数节点的相对位置信息，从而利用模糊定位算法得出未知节点的坐标信息。

5.根据权利要求4所述的较高精度的室内三维定位方法，其特征在于该定位方法的具体步骤如下：

S100：依据节点的平均信息传输能力，由公式选取一个节点作为中心层节点，并以每层的单位高度对其他节点进行划分；其中，V_i为网络中某一节点，平均信息传输能力为某一节点V_i的邻节点数，n为网络内节点总数，f(max)为网络内节点的最好平均信息传输能力，E(V_i)为节点V_i的剩余能量，E_s为初始能量，μ、κ分别表示信息传输能力和剩余能量的影响系数；

S200：未知节点需要取三个或三个以上的已知节点信息，然后通过节点的距离信息计算测量得到已知节点与未知节点的距离，并根据已知节点的坐标信息对未知节点进行模糊定位，距离计算公式如下所示：其中P(x，y，z)为未知节点模糊坐标，P_i(x_i，y_i，z_i)为已知节点坐标；

S300：确定不同层次网络中各已知节点与未知节点的相对位置信息，计算其之最小信息传输角α_i，j，即前后两节点的通信路径与水平面的最小可能夹角，以及两节点之间距离投影于中心层平面所得距离P_m，n，其中i，j和m，n均表示序号相邻的两节点；

S400：将至少三个已知节点与未知节点投影于中心层平面上；假设未知节点相对已知节点的观测位置为方向角为节点所求得的位置为并将未知节点与其他任意两个在同一平面内的已知节点组成若干三角形，根据上述所求已知节点之间的平均距离AD以及传感器测量的与未知节点的距离得到方向角

S500：依据上述所得数据，根据以下公式计算未知节点的坐标：

z＝D|F-F₀|

从而确定未知节点的坐标，实现室内定位；其中，两个节点P_i、P_j之间的距离d(P_i，P_j)即P_m，n，中心分层为F₀，F为未知节点相对已知节点的观测位置所在平面层；

S600：若通过上述算法得出的一个节点有m种可能位置，则通过加权平均公式求得最终的坐标

6.根据权利要求5所述的较高精度的室内三维定位方法，其特征在于所述μ、κ的取值分别为μ＝0.3、κ＝0.4。

7.根据权利要求5所述的较高精度的室内三维定位方法，其特征在于所述步骤S300的具体步骤如下：

S310：假设节点信息传输半径为R，每层高度为D，第i节点的层数表示为F_i，相邻两节点之间模拟分层差值为F_i，j＝|F_i-F_j|，则节点之间的最小信息传输角可表示为

S320：假设节点之间的平均距离表示为AD，则节点b与其他节点a，c的平均距离可表示为其中P_m，n可由如下计算公式求得：