[发明专利]一种室内高精度三维无线定位方法

说明书

一种室内高精度三维无线定位方法，包括下列步骤：首先运用往返到达时间RTTOA进行两两基站间的通信来测定飞行时间来确定基站间的距离；再运用往返到达时间RTTOA进行双向飞行时间的测量，计算出标签到基站的平均飞行时间；计算出信号从标签到各基站的传输时长，则标签到基站的距离为信号的传输时长和信号的传播速度的乘积；利用十轴运动姿态传感器算出三轴运动加速度、三轴角度、三轴磁场角度这三个参数，进行参数的解算；判断并剔除非临近基站的定位信息，获取标签的定位数据；将构建标的坐标系结合3D模拟环境，来完成定位以及定位在3D模拟环境中精准显示定位数据。本发明的定位方法可以有效的克服多径效应，在非视距环境中定位精度稳定在10cm左右。

技术领域

本发明属于定位技术领域，尤其是涉及一种室内高精度三维无线定位方法。

背景技术

近年来，随着俄罗斯格洛纳斯定位系统、美国GPS定位系统、欧洲伽利略卫星定位系统，以及中国北斗定位系统的不断完善，定位精度越来越高，已经可以满足有室外定位要求的用户，但是室内环境中有很多区域，卫星信号无法到达，无法穿透厚重的墙壁，因此需要一种室内三维无线定位方法，但目前缺少成熟、精度高的室内三维无线定位方法。

现有的室内定位方法中，RFID定位的定位精度由基站的位置和布置密度决定，由欧几里得公式得到标签和基站的距离，因此计算量比较大；WLAN、Bluetooth定位和超声波定位容易受到外部噪声信号的干扰；红外线定位和视觉信息定位均为视距测距，易受室内环境影响比较大；还有以往的定位坐标系的建立均由人工对定位环境进行测算，然后将带有人为误差的基站定位数据输入计算机来构建定位坐标系，进而带来定位精度误差较大。

本发明是以机器学习为基础，并结合UWB定位和惯性测量技术定位的优良特点的一种室内高精度三维无线定位方法。

发明内容

本发明的目的：就是为了解决现有的定位方法在信号传输距离、非视距、易受环境干扰、功耗、人为误差以及标签和基站的算法运算量大而导致定位精度不高等方面存在的问题，采用往返到达时间RTTOA的测距算法，以机器学习为基础，再结合UWB定位和惯性测量技术定位的优良特性进行联合定位，依托于3D模拟环境来精准显示定位数据。

为实现上述发明目的，本发明提供一种室内高精度三维无线定位方法，其特征在于包括下列步骤：

1、首先运用往返到达时间RTTOA进行两两基站间的通信来测定基站间信号的飞行时间并传输至服务器，来确定基站间的距离，以便于确定N个基站的精准坐标，以其中一个基站为坐标原点，在服务器的定位服务系统上构建标签定位所需的坐标系；

2、再运用往返到达时间RTTOA进行双向飞行时间的测量，将标签和基站的时间信号传输至服务器，并计算出标签到基站的平均飞行时间；

3、在服务器上计算出信号从标签到各基站的传输时长为t_n=（T_n-T_N）/2，则标签到基站的距离为信号的传输时长t_n和信号的传播速度V_C的乘积；即D=t_n*V_C，其中，T_N是基站处理信号的时长，T_n为第N个基站广播信号到达标签的时长；

4、利用十轴运动姿态传感器解算出标签的三轴运动加速度、三轴角度、三轴磁场角度这三个参数，并传输至服务器，再在服务器上进行标签的运动方向、速度、加速度参数的解算；

5、在服务器上判断并剔除非临近基站的定位信息，将临近基站的定位信息与十轴运动姿态传感器测算的定位信息进行基于机器学习定位的信息融合，获取标签的定位数据；

6、将步骤1中构建标的坐标系结合3D模拟环境，再将标签的定位数据、速度、运动方向在模拟环境中予以显示，以此来完成定位以及定位在3D模拟环境中精准显示定位数据。