[发明专利]室内NLOS环境下基于TOA的定位系统信标节点的优化布局方法

说明书

本发明公开了一种室内NLOS环境下基于TOA定位系统信标节点的布局优化方法，该方法首先获取室内定位空间和定位系统需要部署的信标节点的数目以及定位区域待测节点的权重系数矩阵；其次根据定待测节点的几何精度因子及其权重系数矩阵确定信标节点布局优化算法的适应度函数；最后采用优化算法对信标节点的适应度函数进行求解，从而获得信标节点的最优布局。本发明在室内NLOS条件下对信标节点的布局进行优化，保持了原有定位系统的系统架构和测距技术的精度，又在不提高原有定位算法的计算复杂度以及不增加部署信标节点成本的前提下提高系统定位的稳定性和定位精度，有很好的应用和推广价值。

技术领域

本发明属于室内定位领域，尤其涉及一种室内NLOS环境下基于TOA的定位系统信标节点的优化布局方法。

背景技术

随着移动智能设备的普及，智能移动终端的定位和导航需求日益强烈，对于室外环境下智能移动终端的定位与导航技术已非常成熟。而随着智能移动设备的应用普及，智能移动终端在室内空间的定位和导航需求越来越强烈。在现有的室内定位技术研究中，重点任务是减少定位误差提高定位精度。对于室内定位问题，其定位误差主要来源于系统架构、测距技术的精度以及信标节点的布局。

目前对系统架构、测距技术的精度研究已取得丰硕的成果，但是对室内定位系统中信标节点布置的全面、系统的研究仍很缺乏。就信标节点布局问题而言，其主要影响定位区间内未知节点位置估计的误差范围，不同的信标节点布局方式对定位系统的定位精度影响程度也不同，其难点在于布局影响的定位误差是由多种因素复杂组合决定的，即不同的部署、不同定位算法、不同的信标节点数量下的定位误差差异较大，其能进行精确定位的空间面积也大不相同。

关于室内定位中信标节点布局问题的相关研究，文献(A practical approach tolandmark deployment for indoor localization)分析了基于改进的最小二乘定位算法的定位误差界，在给定信标节点数量的基础上，找出了规则环境下能达到最小误差的布局方式。文献(Beacon Node Placement for Minimal Localization Error)提出了定位误差的简化算法与近似函数，通过临近取舍的方法在可接受的时间代价内找到信标节点的次优分布。文献(Optimum Strategy of Reference Emitter Placement for Dual-SatelliteTDOA and FDOA Localization)以CRLB作为定位系统的性能判断依据，提出了一种基于粒子群算法的双卫星TDOA和FDOA定位的参考辐射源最优配置策略。文献(Optimal BeaconPlacement for Self-Localization Using Three Beacon Bearings)在基于3个信标节点的AOA定位算法下，给出了简单定位区间下最优信标放置问题的解析解。文献(基于粒子群算法的多机无源定位系统优化布站)通过推导多机时差定位算法误差的GDOP公式，利用粒子群算法在多种不同定位基站数量的情况下进行仿真，得出了对应的最优布站形式。

但这些关于定位基站的布局方式研究仍停留在简单无遮挡的环境下，NLOS环境下基站布局情况则更为复杂。虽然目前室内定位系统已经发展非常成熟，但由于室内定位场景的复杂多样性，室内NLOS环境下的定位依然是一个巨大的挑战。研究更好的NLOS定位算法或者增加基站的部署密度都可以改善NLOS环境对室内定位系统的影响，但前者会提高计算复杂度，后者则会增加定位系统整体的成本。通过改善室内定位系统中基站的布局方式，就能很好的解决室内NLOS环境下的定位问题，并且这种方式既不会提高原有定位算法的计算复杂度，也不会增加部署信标节点的成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种室内NLOS环境下基于TOA的定位系统信标节点的优化布局方法，以解决现有技术中遮挡环境下室内定位系统的定位精度及定位区域覆盖率低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：