一种基于无线信号的精确定位方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请属于通信技术领域，具体地说，涉及一种基于无线信号的精确定位方法及
目.0
【背景技术】
[0002]近些年来，随着移动设备的普及，定位技术服务越来越受到人们的青睐，室内定位和室外定位都为人们对生活带来了很多便捷的使用体验。
[0003]大家所熟知的移动设备GPS或AGPS定位是依靠卫星及移动设备基站进行位置信息获取的，部分没有GPS功能的移动设备也可以借助移动设备通讯基站的LBS地理位置信息服务来进行定位，这些技术主要用于进行室外定位。
[0004]GPS定位的基本原理是利用三角函数测距法。卫星发射的信号被用户接收到需要一段时间，把信号传输速度按光速来计算，根据接收信号的时间可以确定用户距离卫星的直线距离，然后根据多颗卫星与用户的距离关系推算出用户的实际位置。GPS的优点是定位相对精准，在晴朗的户外，民用GPS的精度可达10米级，但是GPS容易受环境的影响，比如野外阴天的森林，天上有云、电离层都会对卫星信号产生影响甚至有可能定位失败。当然，GPS最大的局限性是不能在封闭的空间内比如大楼里面使用，这对室内定位来说是一个非常大的局限。
[0005]A-GPS(Assisted GPS)即辅助GPS技术，它可以通过移动通信运营基站实现快速定位。当在很差的信号条件下，例如在一座城市，用于GPS定位的卫星发射信号可能会被许多不规则的建筑物、墙壁或树木削弱。在这样的条件下，A-GPS系统可以通过运营商基站信息来进行快速定位。但是A-GPS也存在许多的缺陷，首先A-GPS的定位实现必须通过多次网络传输(最多可达六次单向传输)，这对运营商来说是被认为大量的占用了空中资源。而且AGPS手机比一般手机在耗电上有一定的额外负担，间接减短了手机的待机时间。其次A-GPS技术的精度很低，即使在室外，定位精度仍然在百米级。当然最重要的缺陷如GPS—样，室内定位依然存在非常大的局限性，由于障碍物、信号衰减等因素，在室内的定位精度往往在千米级。
[0006]在地下室，或是大型室内购物广场等建筑物内，室内定位问题无法解决。因为室内的建筑结构复杂，让传统的定位系统失去了作用，需要借助W1-Fi或是ZigBee、RFID、蓝牙(Bluetooth)等技术来实现室内的精确定位。
[0007]在现有的室内精确定位技术中，通常需要预先布设参考基准点，如RADAR室内定位方法、HORUS系统定位方法等。RADAR是一个基于WLAN的室内定位系统，该系统依赖室内的wifi设备进行定位。这个定位系统需在室内环境中选取参考基准点，利用欧氏距离和无线电信号在室内传播的特性来实现对目标单位的定位。但是由于室内环境非常复杂，墙壁，桌椅，书柜等物品对信号有着严重的干扰，会对信号产生严重的多径效应。而多径效应会导致严重的码间串扰，从而导致RADAR室内定位精度无法提升，实际使用价值并不高。
[0008]HORUS系统室内定位方法是一个完全基于指纹数据库的wlan室内定位系统。该系统没有使用复杂的无线电信号模型，而是增加了需要定位的室内环境中的参考基准点数量，从而通过比对数据库中的信息来实现系统定位。HORUS定位方法仍然存在着很大的问题，首先，参考点的增加使得系统在离线采样阶段需要花费更多的人力和物力，而且这个离线采样过程如果室内环境一旦发生改变，就必须重新进行离线采样。这使得定位数据库只能应对一个区域的一个样子，不能够灵活的使用。由于室内信号的噪声没有一个高精度的模型，在这个方法中他只能近似的使用高斯模型进行模拟和估计。但是实际在室内定位的过程中，高斯模型并不一定能够很好的契合，因此，HORUS系统室内定位方法准确度低，成本又非常尚。
[0009]由此可见，室内环境是一个复杂的环境，信号在传播过程中受室内的人员和物品墙壁的影响，衰减比较大，这样给室内环境下的人和物品的精确定位带来了困难。设置参考基准点不仅耗费定位成本，同时基准点本身也容易受到室内环境的影响。然而，在实际应用中，精确的室内定位具有非常高的使用价值。比如，当大楼、地下室、矿井、车库等环境下的人员和物品，如在发生火灾，地震等灾难时，有一套有效的室内定位系统，将有利于我们实施快速而准确的救援，减少对人和物品的伤害。因此，一个高精度的室内定位方法亟待提出。
【发明内容】
[0010]传统移动设备定位方式在封闭区间内误差较大，进而无法获得移动设备之间精确的相对位置，有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种基于无线信号的精确定位方法及装置。本发明使用基于无线信号(蓝牙、WiF1、ZigBee等)强度，辅以GPS/北斗/wifi/基站/地磁定位等定位方式，实现移动端在多种环境、多种条件下精准的相对定位，同时能够获得与建筑或障碍物的相对位置关系。
[0011]本申请公开了一种基于无线信号的精确定位方法，移动端侧的实现主要包括以下步骤:
[0012]在单位时间内，移动端获取并优化自身的地理位置信息，得到所述移动端优化后的地理位置信息；
[0013]所述移动端接收并优化其他移动端的无线信号强度，得到所述其他移动端的优化后的无线信号强度，并从所述无线信号中获取所述其他移动端的标识；
[0014]所述移动端将自身优化后的地理位置信息、接收并优化后的所述其他移动端的无线信号强度、所述其他移动端的标识实时发送至云端；以使所述云端根据所述移动端接收并优化后的所述其他移动端的无线信号强度以及所述其他移动端接收并优化后的所述移动端的无线信号强度计算所述移动端与所述其他移动端之间的设备间距离;所述云端根据所述其他移动端的标识分析出所述移动端通过无线信号能够搜索到的所述其他移动端的数量，并根据所述移动端的所述优化后的自身地理位置信息和所述设备间距离计算出所述移动端与所述其他移动端精确的相对位置，并得到优化后的绝对位置;所述云端将所述移动端与所述其他移动端精确的所述相对位置及所述优化后的绝对位置输出至所述移动端并在所述移动端中绘制出以所述移动端的地理位置为中心的位置实时信息图。
[0015]本申请公开了一种基于无线信号的精确定位方法，云端侧的实现主要包括以下步骤:
[0016]在单位时间内，云端接收来自移动端的移动端数据，其中所述移动端数据包括所述移动端自身优化后的地理位置信息、所述移动端接收并优化后的其他移动端的无线信号强度、其他移动端的标识，其中所述其他移动端的标识为所述移动端通过所述其他移动端的无线信号获取到的所述其他移动端的无线信号标识符；
[0017]所述云端根据所述移动端接收并优化后的所述其他移动端的无线信号强度以及所述其他移动端接收并优化后的所述移动端的无线信号强度计算所述移动端与所述其他移动端之间的设备间距离；
[0018]所述云端根据所述其他移动端的标识分析出所述移动端通过无线信号能够搜索到的所述其他移动端，并根据所述移动端的所述优化后的地理位置信息以及所述移动端与所述其他移动端之间的所述设备间距离计算出所述移动端和所述其他移动端精确的相对位置，并得到优化后的绝对位置；
[0019]所述云端将所述移动端与所述其他移动端精确的所述相对位置及所述优化后的绝对位置输出至所述移动端并在所述移动端中绘制出以所述移动端的地理位置为中心的位置实时信息图。
[0020]本申请公开了一种基于无线信号的精确定位装置，位于移动端侧，包括如下的单元:
[0021 ]地理位置信息获取单元，用于在单位时间内，获取并优化自身的地理位置信息，得到所述移动端优化后的地理位置信息；
[0022]接收信号强度获取单元，用于接收并优化其他移动端的无线信号强度，得到所述其他移动端的优化后的无线信号强度，并从所述无线信号中获取所述其他移动端的标识；
[0023]数据收发单元，用于将自身优化后的地理位置信息、接收并优化后的所述其他移动端的无线信号强度、所述其他移动端的标识实时发送至云端；以使所述云端根据所述移动端接收并优化后的所述其他移动端的无线信号强度以及所述其他移动端接收并优化后的所述移动端的无线信号强度计算所述移动端与所述其他移动端之间的设备间距离;所述云端根据所述其他移动端的标识分析出所述移动端通过无线信号能够搜索到的所述其他移动端的数量，并根据所述移动端的所述优化后的自身地理位置信息和所述设备间距离计算出所述移动端和所述其他移动端精确的相对位置，并得到优化后的绝对位置;所述云端将所述移动端与所述其他移动端精确的所述相对位置及所述优化后的绝对位置输出至所述移动端并在所述移动端中绘制出以所述移动端的地理位置为中心的位置实时信息图。
[0024]本申请公开了一种基于无线信号的精确定位装置，位于云端侧，包括如下单元:
[0025]数据接收单元，用于在单位时间内，接收来自移动端的移动端数据，其中所述移动端数据包括所述移动端自身优化后的地理位置信息、所述移动端接收并优化后的其他移动端的无线信号强度、其他移动端的标识，其中所述其他移动端的标识为所述移动端通过所述其他移动端的无线信号获取到的所述其他移动端的无线信号标识符；
[0026]距离计算单元，用于根据所述移动端接收并优化后的所述其他移动端的无线信号强度以及所述其他移动端接收并优化后的所述移动端的无线信号强度计算所述移动端与所述其他移动端之间的设备间距离；
[0027]位置计算单元，用于根据所述其他移动端的标识分析出所述移动端通过无线信号能够搜索到的所述其他移动端，并根据所述移动端的所述优化后的地理位置信息以及所述移动端与所述其他移动端之间的所述设备间距离计算出所述移动端和所述其他移动端精确的相对位置，并得到优化后的绝对位置；
[0028]位置输出单元，用于将所述移动端与所述其他移动端精确的所述相对位置及所述优化后的绝对位置输出至所述移动端并在所述移动端中绘制出以所述移动端的地理位置为中心的位置实时信息图。
[0029]本申请公开了一种基于无线信号的精确定位系统，包括移动端和云端;其中，移动端包括上述位于移动端侧的基于无线信号的精确定位装置，云端包括上述位于云端侧的基于无线信号的精确定位装置。
[0030]与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果:
[0031]I)定位精度高。相对于传统GPS等方式的定位精度仅有10米级，本申请的定位精度可以达到米级。
[0032]2)不依赖预设基准点。本申请的定位技术是基于移动设备之间的无线通信技术进行相对位置精确定位，辅以粗略定位方式，完成精确的绝对位置信息。而目前其他精确定位方案都需要依赖预先布设好的参考基准点。
[0033]3)环境适应性强。本申请主要依赖移动端之间的距离测量，所以在天气不好或室内等没有卫星定位的情况下，在地下室、地铁或偏远山区等没有GSM基站定位的情况下，依然能够确定移动端的精确位置。
[0034]4)精确得知移动端在房间内或外，确切得知移动端在相同物理区域内，进一步提高室内定位精度。
[0035]当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
[0036]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0037]图1是本申请实施例一的技术流程图；
[0038]图2是本申请实施例二的技术流程图；
[0039]图3是本申请实施例三的技术流程图；
[0040]图4是本申请实施例四的技术流程图；
[0041 ]图5是本申请实施例五的装置结构图；
[0042]图6是本申请实施例六的装置结构图；
[0043]图7是本申请实施例二的移动端遍历联接示意图；
[0044]图8是本申请实施例四的环境衰减测试表；
[0045]图9是本申请实施例四的另一环境衰减测试表；
[0046]图10是本申请实施例四的物理区域划分示意图。
【具体实施方式】
[0047]针对传统定位技术的精度不高且易受室内环境限制的缺陷，本申请提出了一种基于无线信号的精确定位方法及装置，以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
[0048]本发明的核心在于，对所有参与定位的移动端的标识进行预先统一定义，授予每个移动端独立、唯一、格式统一的身份标识，以准确无误地判别接收到的无线信号的来源；并通过每个移动端对自身地理位置信息的优化以及对接收到的其他移动端的无线信号强度的优化，计算出移动端之间精确的相对距离，实现了精确的室内相对定位，从而进一步提高室内的绝对定位精度;在未得到室外定位的辅助下，通过多个移动端接收到的其他移动端的无线信号强度进行数据拟合，得到多个移动端之间精确的相对定位。<