[發明專利]一種使用路徑信息校準的射頻定位方法和裝置

有效

• 申請號: 201711236803.7
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN109839613B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 羅海勇;陳紹猛;趙方;邵文華;王曲
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算技術研究所;北京郵電大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國;梁揮

1.一種使用路徑信息校準的射頻定位方法，其特征在于，包括：

部署步驟，在定位區域及路徑兩側均勻部署射頻信標，并將各射頻信標部署的位置坐標集合為信標部署文件；

定位步驟，用戶通過定位終端解析該射頻信標的無線報文，得到該射頻信標的信標標識以及接收信號強度或無線信號飛行時間信息，并通過讀取該信標部署文件，獲取各射頻信標的位置坐標，使用定位算法得到用戶的初始位置估計坐標，然后進一步根據地圖信息中的路徑信息對該初始位置估計坐標進行校準處理，得到最終位置坐標；

該定位步驟還包括：

定位信號觀測步驟，在預設時間窗口內對同一射頻信標發射的無線報文進行多次觀測，測量該接收信號強度或無線信號飛行時間信息，并使用該接收信號強度或無線信號飛行時間的平均值作為對應信號強度值或無線信號飛行時間值計算該初始位置估計坐標；

加權平均步驟，使用初始坐標滑動窗口隊列存放該初始位置估計坐標，并對該初始坐標滑動窗口隊列內保存的該初始位置估計坐標進行加權平均處理，得到加權定位坐標，并將該加權定位坐標存放至加權坐標滑動窗口隊列；

狀態判斷步驟，從該加權坐標滑動窗口隊列取出當前定位時刻的加權定位坐標，并根據該定位終端中的運動檢測模塊判斷用戶是否處于靜止狀態，若是，則對該加權坐標滑動窗口隊列內用戶于當前定位時刻連續靜止獲得的加權定位坐標數據進行求平均操作，得到該定位終端的中間位置估計結果，否則，將當前定位時刻的該加權定位坐標作為該時刻的中間位置估計結果；

校準路徑選擇步驟，根據該路徑信息中每條路徑的起點坐標與終點坐標，生成路徑表達式，以該中間位置估計結果作為起點，向每條路徑做垂線，根據該中間位置估計結果與路徑表達式獲得該中間位置估計結果與每條路徑的距離，并根據該距離和該垂線的垂足位置，在該路徑信息中選取目標校準路徑，將該中間位置估計結果校準到該目標校準路徑的垂足位置，作為路徑校準后的初步位置估計結果；

運動方向估計步驟，判斷上一時刻的初步位置估計結果和當前時刻的初步位置估計結果是否位于相同路徑，若是，由上一時刻路徑校準后的初步位置估計指向當前時刻的初步位置估計，得到用戶當前時刻的運動方向，將該運動方向存入方向隊列，進而執行方向校準步驟，否則執行路徑校準步驟；

方向校準步驟，統計該運動方向隊列中的運動方向，若當前時刻的運動方向與該方向隊列中最多方向次數一致，則選擇將當前基于路徑校準后的初步位置估計作為移動終端的該最終位置坐標，否則使用前一時刻的路徑校準后的初步位置估計作為終端用戶的該最終位置坐標；

路徑校準步驟，將當前時刻的初步位置估計結果位于的路徑，作為新路徑，統計用戶被連續定位到該新路徑的次數，在每次執行完該運動方向估計步驟后，判斷定位到該新路徑的次數是否大于預設閾值，若是，則使用該新路徑上的當前時刻的初步位置估計結果，作為該最終位置坐標，同時清空該方向隊列，否則保持原先路徑上的上一時刻的初步位置估計結果，作為該最終位置坐標。

2.如權利要求1所述的使用路徑信息校準的射頻定位方法，其特征在于，計算初始位置估計坐標的該定位算法為基于RSSI的加權質心算法、基于RSSI的測距定位算法、基于TOA的測距定位算法或基于RSSI的指紋定位算法，其中基于RSSI的加權質心算法具體為：

其中n代表定位終端在預設時間窗口內掃描到的所有射頻信標個數，Rssi_i為定位終端觀測到的對應射頻信標的接收信號強度的平均值，Coor_i代表對應射頻信標的位置坐標，使用上述公式計算出初始位置估計坐標result。

3.如權利要求1所述的使用路徑信息校準的射頻定位方法，其特征在于，該地圖信息還包括室內路徑、興趣點和不可達區域信息。

4.一種使用路徑信息校準的射頻定位裝置，其特征在于，包括：

部署模塊，用于在定位區域及路徑兩側均勻部署射頻信標，并將各射頻信標部署的位置坐標集合為信標部署文件；

定位模塊，用于通過定位終端解析該射頻信標的無線報文，得到該射頻信標的信標標識以及接收信號強度或無線信號飛行時間信息，并通過讀取該信標部署文件，獲取各射頻信標的位置坐標，使用定位算法得到用戶的初始位置估計坐標，然后進一步根據地圖信息中的路徑信息對該初始位置估計坐標進行校準處理，得到最終位置坐標；

該定位模塊還包括：

定位信號觀測模塊，用于在預設時間窗口內對同一射頻信標發射的無線報文進行多次觀測，測量該接收信號強度或無線信號飛行時間，并使用該接收信號強度或無線信號飛行時間的平均值計算該初始位置估計坐標；

加權平均模塊，使用初始坐標滑動窗口隊列存放該初始位置估計坐標，并對該初始坐標滑動窗口隊列內保存的該初始位置估計坐標進行加權平均處理，得到加權定位坐標，并將該加權定位坐標存放至加權坐標滑動窗口隊列；

狀態判斷模塊，用于從該加權坐標滑動窗口隊列取出當前定位時刻的加權定位坐標，并根據該定位終端中的運動檢測模塊判斷用戶是否處于靜止狀態，若是，則對該加權坐標滑動窗口隊列內用戶于當前定位時刻連續靜止獲得的加權定位坐標數據進行求平均操作，得到該定位終端的中間位置估計結果，否則，將當前定位時刻的該加權定位坐標作為該時刻的中間位置估計結果；

校準路徑選擇模塊，用于根據該路徑信息中每條路徑的起點坐標與終點坐標，生成路徑表達式，以該中間位置估計結果作為起點，向每條路徑做垂線，根據該中間位置估計結果與路徑表達式獲得該中間位置估計結果與每條路徑的距離，并根據該距離和該垂線的垂足位置，在該路徑信息中選取目標校準路徑，將該中間位置估計結果校準到該目標校準路徑的垂足位置，作為路徑校準后的初步位置估計結果；

運動方向估計模塊，用于判斷上一時刻的初步位置估計結果和當前時刻的初步位置估計結果是否位于相同路徑，若是，由上一時刻路徑校準后的初步位置估計指向當前時刻的初步位置估計，得到用戶當前時刻的運動方向，將該運動方向存入方向隊列，進而執行方向校準模塊，否則執行路徑校準模塊；

方向校準模塊，用于統計該運動方向隊列中的運動方向，若當前時刻的運動方向與該方向隊列中最多方向次數一致，則選擇將當前基于路徑校準后的初步位置估計作為移動終端的該最終位置坐標，否則使用前一時刻的路徑校準后的初步位置估計作為終端用戶的該最終位置坐標；

路徑校準模塊，用于將當前時刻的初步位置估計結果位于的路徑，作為新路徑，統計用戶被連續定位到該新路徑的次數，在每次執行完該運動方向估計模塊后，判斷定位到該新路徑的次數是否大于預設閾值，若是，則使用該新路徑上的當前時刻的初步位置估計結果，作為該最終位置坐標，同時清空該方向隊列，否則保持原先路徑上的上一時刻的初步位置估計結果，作為該最終位置坐標。