[發明專利]基于多參數融合的室內定位基站布設優化方法

有效

• 申請號: 202110547058.8
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113259884B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 周陬;陳兆;王玫;楊帆;張國立;仇洪冰
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04W4/33
• 分類號: H04W4/33;H04W64/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

本發明公開了基于多參數融合的室內定位基站布設優化方法，包括如下步驟：（1）輸入場景大小；（2）隨機產生基站坐標；（3）計算基站陣型的性能；（4）判斷是否達到優化目標，若是，則轉步驟（5）；若否，則繼續搜索、更新基站坐標，返回步驟（2）；（5）輸出達到優化目標的基站坐標，完成基站布設優化數學模型，和針對該數學模型采用螢火蟲算法等智能算法進行求解。采用本發明優化方法，經過優化后的基站布設陣型，其定位誤差，PDOP等各項指標均有明顯的下降，同時滿足多目標聯合優化框架中的優化目標，達到預期效果。

技術領域

本發明涉及室內定位領域，具體是一種基于多參數融合的室內定位基站布設優化方法。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，基于位置的服務已成為眾多物聯網應用的基本需求。目前，全球衛星導航系統(GNSS)技術已經很成熟，可以為人們提供一個相對精確的室外位置。然而在室內環境中，衛星信號受建筑物等障礙物嚴重遮擋而減弱，一般很難在室內提供可靠的定位服務，因此針對室內定位服務的研究應運而生。常見的室內定位技術有以下幾種：藍牙，Wi-Fi，地磁，行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning，簡稱PDR)，聲音以及超寬帶(Ultra wideband,簡稱UWB)無線定位等。

目前，大部分室內定位基站布設方案利用設計、驗證的方法，根據場景結構粗略選取規則陣型，采用相關準則分析定位精度。但僅僅對幾種基站布設陣型進行比較，未提出求解基站布設優化的方法。

基于精度稀釋因子(DOP)的基站布設優化方法，將衛星導航領域的DOP引入到室內定位中，DOP雖能根據基站與標簽之間的角度對基站的布局做出客觀評價，但忽略了各個基站與標簽之間的距離差異性，在室內定位中具有較大的局限性。

基于克拉美勞界(CRB)的基站布設方法，為定位誤差的方差給出了下限，但都采用蠻力搜索的方式，計算復雜度過大。

發明內容

針對上述現有方案中指出的缺陷，本發明提供了一種基于多參數融合的室內定位基站布設優化方法。基站布設優化的目標是減小誤差，提高精度，同時減小方差，降低誤差的波動性。

為了實現上述目標，本發明一種基于多參數融合的室內定位基站布設優化方法，包括多目標聯合優化框架、根據優化框架中的目標使用位置精度因子PDOP、TDOA的均方誤差和克拉美勞界建立基站布設優化數學模型，和針對該數學模型采用螢火蟲算法等智能算法進行求解。

所述多目標聯合優化框架，僅需輸入場景大小，便可以在基站布設區域內不斷搜索基站的布設位置，直至基站布設陣型的性能滿足設定的終止條件，即達到優化目標或達到循環次數，最后輸出當前最優的基站坐標。

本發明基于多參數融合的超寬帶室內定位基站布設優化方法，包括如下步驟：

(1)輸入場景大小；

(2)隨機產生基站坐標；

(3)計算基站陣型的性能；

(4)判斷是否達到優化目標，若是，則轉步驟(5)；若否，則繼續搜索、更新基站坐標，返回步驟(2)；

(5)輸出達到優化目標的基站坐標，完成基站布設優化。

進一步地，步驟(3)所述計算基站陣型的性能，采用TDOA均方誤差和克拉美勞界評價基站陣型的性能，其步驟包括：

(3.1)將場景按網格劃分，網格大小為10cm*10cm，共M*N個網格；

(3.2)計算每個網格的PDOP、TDOA定位誤差和克拉美勞界；

(3.3)計算整個場景的平均PDOP、TDOA均方誤差和平均克拉美勞界；

(3.4)將平均PDOP、TDOA均方誤差和平均克拉美勞界分別乘以權重系數后相加，得到基站陣型的性能。