[发明专利]具有多径减轻的定位系统和方法

说明书

本发明涉及具有多径减轻的定位系统和方法。本发明提出了一种加权质心定位（WCL）算法，该算法基于网关的已知位置和网关处的测量到达时间（TOA）进行位置估计。该算法基于它们在网关按它们的TOA排序时的排名来计算网关的权重。模拟表明了该算法在不同的多径/衰落信道条件下的鲁棒性和其良好的定位性能。

技术领域

本发明的实施例涉及确定移动电子设备的位置的领域。

背景技术

在IOT（物联网）和许多其他位置相关的应用中，需要基础设施能够估计一个或若干个无线对象或目标节点的位置。以低成本在无线环境中实现准确的位置估计是相当大的挑战。本发明提出了一种能够以良好准确度定位其节点并且很大程度上不受传播干扰影响的无线网络以及对应的方法。

在典型的位置估计系统中，存在其位置是已知的若干个参考节点或网关、以及其位置要被估计的一个或若干个目标节点或微点。为了估计目标节点的位置，表征目标节点针对参考节点的定位信息的一些度量（诸如距离或角度）需要通过由目标节点或由参考节点接收的无线电发射或者其他方式来测量。在本发明中，我们考虑其中目标节点进行无线电发射的情况，所述无线电发射由它周围的网关（参考节点）接收。

无线电定位被用于许多无线电定位系统和无线网络中，包括上述的GPS、LORAN、雷达、无线电测向器、以及诸如蜂窝电话网络、蓝牙、WiFi和LoRa的无线网络。

无线电定位方法通常依赖于表征移动节点参考其位置是已知的网关或参考节点的位置的一些度量。度量信息可能包括距离、方位（bearing）或信号强度。它们可以在基于测距的（range-based）方法和无需测距的（range-free）方法之间宽松地划分。在前者中，基于目标节点和网关之间的范围或距离例如通过多点定位来在几何上确定位置，而后者通过某种非几何算法例如通过指纹识别（fingerprinting）或加权从度量信息估计位置。

如由GPS和其他卫星定位系统的卓越性能所证明的，基于测距的方法可以提供极好的精度并覆盖具有有限数量的网关的大区域，但是它们更适合于自由空间传播，并且它们的性能随着多径的开始以及每当通信信道受到干扰并偏离理想模型时迅速降级。特别地，基于测距的方法往往在室内使用时损失精度，尤其是当在窄带宽系统中使用时。

无需测距的方法通常使用接收信号强度（RSSI）作为度量，并且尽管它们的最终精度可能较低，但它们相对不受传播异常影响，从而即使在其中基于测距的方法将发生故障的以强多径表征的条件下也提供有用的位置信息。它们可能需要比基于测距的方法更小的网关间距。尽管无需测距的位置引起了相当大的兴趣，但具有良好准确度的简单且鲁棒的加权算法的设计仍然是主要挑战。

以下描述描述了其中在二维平面中确定移动节点的位置的本发明的示例。虽然重要，但本申请不限制，并且本发明也包括其中在三维空间中定位移动节点作为变型。

发明内容

本发明提出了一种加权质心定位（WCL）算法，该算法仅基于网关的已知位置和网关处的到达时间（TOA）的测量来进行位置估计。

附图说明

图1以示意性简化方式图示了定位的过程，通过该过程，多个网关接收由移动节点发送的定位分组并通过解算器来确定其位置，解算器处理分组在每个网关处的到达时间。本发明还提出了将鲁棒的无需测距的估计与基于测距的估计相组合的增强定位方法。

图2通过流程图表示本发明方法的可能实现。

图3绘出了权重函数。

图4描述了位置确定的迭代方法。

具体实施方式