一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助gps定位方法和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位方法和系統(tǒng)，所述方法包括：獲取移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的數(shù)據(jù)和前一時(shí)刻的定位結(jié)果；解析獲取的數(shù)據(jù)，獲取無(wú)線定位距離、連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置、GPS定位結(jié)果，并計(jì)算無(wú)線定位結(jié)果;搜索無(wú)線節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的路徑集合；根據(jù)GPS定位結(jié)果、無(wú)線定位結(jié)果和路徑集合，進(jìn)行極大似然估計(jì)，得到最大似然位置。通過(guò)預(yù)測(cè)位置、無(wú)線測(cè)距以及GPS定位，獲取觀察結(jié)果；并通過(guò)路徑搜索得到約束條件；本發(fā)明基于極大似然估計(jì)的原理，融合了無(wú)線定位和GPS定位的結(jié)果；只需一個(gè)節(jié)點(diǎn)輔助定位，即可大幅度降低定位誤差，提升定位精度，有效減少了無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)量，降低了自組無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位的成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線定位【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定 位方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速增加，人們對(duì)定位與導(dǎo)航的需求日益增大。全 球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS)是目前應(yīng)用最為廣泛的定位技術(shù)，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng) 用，在現(xiàn)代社會(huì)中起著十分重要的作用。但傳統(tǒng)的GPS定位技術(shù)受定位時(shí)間、氣象、復(fù)雜環(huán) 境或室內(nèi)環(huán)境等條件的限制，存在定位精度有限或者無(wú)法定位的不足。
[0003] 另外還有一些無(wú)線定位技術(shù)，比如蜂窩網(wǎng)絡(luò)（比如A-GPS)定位技術(shù)、射頻識(shí)別 (RFID)定位技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN)定位技術(shù)。通過(guò)構(gòu)建相對(duì)坐標(biāo)已知的無(wú)線節(jié)點(diǎn)網(wǎng) 絡(luò)，采用三角定位方法，分別測(cè)量這些節(jié)點(diǎn)（大于或等于3個(gè)）與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)距 離，解算出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置。
[0004] 當(dāng)前比較流行的Wi-Fi定位是無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)系列標(biāo)準(zhǔn)（IEEE802. 11)的一種定位 解決方案，采用經(jīng)驗(yàn)測(cè)試和信號(hào)路徑損耗傳輸模型相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位，具 有成本低、靈活、可移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，但是容易受到環(huán)境或者其他信號(hào)的干擾。使用單個(gè)無(wú)線節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行Wi-Fi定位，其誤差大約為30m。Wi-Fi定位要實(shí)現(xiàn)比較精確的精度，至少需要3個(gè) 無(wú)線節(jié)點(diǎn)。而Wi-Fi的有效覆蓋半徑一般在90m左右，這導(dǎo)致自組Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位的 成本極高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位方法及裝置，以解決 現(xiàn)有技術(shù)中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位至少需要三個(gè)節(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)比較精確的定位精度，導(dǎo)致自組無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位具有較高成本的問(wèn)題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位方 法，該方法包括 ：
[0007] 獲取移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的GPS定位數(shù)據(jù)、連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和前一 時(shí)刻的定位結(jié)果；
[0008] 解析移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的GPS定位數(shù)據(jù)和連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，獲取無(wú)線定位距 離、連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置、GPS定位結(jié)果；
[0009] 根據(jù)無(wú)線定位距離、前一時(shí)刻的定位結(jié)果和當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到無(wú)線 定位結(jié)果；
[0010] 根據(jù)連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置，搜索無(wú)線節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的路徑，得到路徑集合；
[0011] 根據(jù)GPS定位結(jié)果、無(wú)線定位結(jié)果和路徑集合，進(jìn)行極大似然估計(jì)，得到最大似然 位置，作為當(dāng)前時(shí)刻的定位結(jié)果。
[0012] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)GPS定位結(jié)果、無(wú)線定位結(jié)果和路徑集合，進(jìn)行極大似然估 計(jì)，得到最大似然位置，作為當(dāng)前時(shí)刻的定位結(jié)果，包括：
[0013] 構(gòu)建似然函數(shù)Lt (X，y)，根據(jù)公式
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位方法，其特征在于，該方法包括： 獲取移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的GPS定位數(shù)據(jù)、連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和前一時(shí)刻 的定位結(jié)果； 解析移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的GPS定位數(shù)據(jù)和連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，獲取無(wú)線定位距離、 連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置、GPS定位結(jié)果； 根據(jù)無(wú)線定位距離、前一時(shí)刻的定位結(jié)果和當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到無(wú)線定位 結(jié)果； 根據(jù)連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置，搜索無(wú)線節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的路徑，得到路徑集合； 根據(jù)GPS定位結(jié)果、無(wú)線定位結(jié)果和路徑集合，進(jìn)行極大似然估計(jì)，得到最大似然位 置，作為當(dāng)前時(shí)刻的定位結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位方法，其特征在于，所述 根據(jù)GPS定位結(jié)果、無(wú)線定位結(jié)果和路徑集合，進(jìn)行極大似然估計(jì)，得到最大似然位置，作 為當(dāng)前時(shí)刻的定位結(jié)果，包括： 構(gòu)建似然函數(shù)U (X，y)，根據(jù)公式
計(jì)算約束條件下似然函數(shù) Lt(x，y)達(dá)到最大值的最大似然位置，作為當(dāng)前時(shí)刻的定位結(jié)果； 其中，t表示當(dāng)前定位的時(shí)刻；
是無(wú)線定位結(jié)果的概率密度函數(shù)，服從 正態(tài)分布；
是GPS定位結(jié)果中經(jīng)度的概率密度函數(shù)，
是GPS定位結(jié)果中 緯度的概率密度函數(shù)，
服從正態(tài)分布；
是路徑集合，作為約 束條件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位方法，其特征在于，所述 根據(jù)無(wú)線定位距離、前一時(shí)刻的定位結(jié)果和當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到無(wú)線定位結(jié)果， 包括： 根據(jù)前一時(shí)刻的定位結(jié)果和當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位 置； 根據(jù)前一時(shí)刻的定位結(jié)果和當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位置，通過(guò)公式
計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)角度 信息
服從正態(tài)分布i
其中，t表示當(dāng)前定位時(shí)刻，t-1表示前一定位時(shí)刻，
是當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位 置的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)：
是前一時(shí)刻的定位結(jié)果的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，
是表示當(dāng) 前時(shí)刻的預(yù)測(cè)角度信息的預(yù)測(cè)值，
表示當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)角度信息的標(biāo)準(zhǔn)差； 根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)角度信息和無(wú)線定位距離，得到無(wú)線定位結(jié)果如下： 無(wú)線定位結(jié)果的極坐標(biāo)為
概率密度函數(shù)
其中，
為無(wú)線定位距離，服從正態(tài)分布
為測(cè)距結(jié)果，
為 測(cè)距誤差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位方法，其特征在于，所述 基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位方法還包括： 對(duì)前一時(shí)刻的定位結(jié)果、當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位置和最大似然位置進(jìn)行卡爾曼濾波，得到 當(dāng)前時(shí)刻的優(yōu)化定位結(jié)果： 構(gòu)建卡爾曼濾波器如下：
其中，
是當(dāng)前時(shí)刻的優(yōu)化定位結(jié)果的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，
差前一 時(shí)刻的定位結(jié)果的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，
是當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位置的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，
是最大似然位置的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)；σ est是移動(dòng)終端基于運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的預(yù)測(cè) 位置的標(biāo)準(zhǔn)差，
是前一時(shí)刻的定位結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差，
是當(dāng)前時(shí)刻優(yōu)化定位結(jié)果的標(biāo) 準(zhǔn)差；Lt(x，y)是似然函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定 位方法，其特征在于，所述連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，包括無(wú)線節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度RSS、IP地址和/ 或mac地址； 所述解析移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的GPS定位數(shù)據(jù)和連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，獲取無(wú)線定位距 離、連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置、GPS定位結(jié)果，包括： 根據(jù)連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)的IP地址和/或mac地址，查詢預(yù)存的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，得 到連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置，再根據(jù)連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置和無(wú)線節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度RSS， 從所述預(yù)存的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中得到無(wú)線定位距離；所述預(yù)存的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù) 庫(kù)，包括預(yù)先測(cè)定無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的GPS數(shù)據(jù)、信號(hào)強(qiáng)度RSS與距離對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模型； 以連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置為原點(diǎn)，以正東方向?yàn)閄軸正方向建立直角坐標(biāo)系； 將GPS定位數(shù)據(jù)解析到建立的坐標(biāo)系中，得到GPS定位結(jié)果。
6. -種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位系統(tǒng)，其特征在于，包括： 數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的GPS定位數(shù)據(jù)、連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn) 動(dòng)數(shù)據(jù)和前一時(shí)刻的定位結(jié)果； 數(shù)據(jù)解析單元，用于解析移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的GPS定位數(shù)據(jù)和連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)， 獲取無(wú)線定位距離、連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置、GPS定位結(jié)果； 無(wú)線定位計(jì)算單元，用于根據(jù)無(wú)線定位距離、前一時(shí)刻的定位結(jié)果和當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng) 數(shù)據(jù)，計(jì)算得到無(wú)線定位結(jié)果； 路徑搜索單元，用于根據(jù)連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置，搜索無(wú)線節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的路徑， 得到路徑集合； 極大似然估計(jì)單元，用于根據(jù)GPS定位結(jié)果、無(wú)線定位結(jié)果和路徑集合，進(jìn)行極大似然 估計(jì)，得到最大似然位置，作為當(dāng)前時(shí)刻的定位結(jié)果。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位系統(tǒng)，其特征在于，所述 極大似然估計(jì)單元，具體用于構(gòu)建似然函數(shù)，根據(jù)公式
計(jì)算約束條件下似然函數(shù)Lt(x，y)達(dá)到最大值的最大似然位置，作為當(dāng)前時(shí)刻的定位 結(jié)果； 其中，UU，y)表示似然函數(shù)；t表示當(dāng)前定位的時(shí)刻；
是無(wú)線定位 結(jié)果的概率密度函數(shù)，服從正態(tài)分布；
是GPS定位結(jié)果中經(jīng)度的概率密度函數(shù)，
是GPS定位結(jié)果中緯度的概率密度函數(shù)，
服從正態(tài)分布；
是路徑集合，作為約束條件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位系統(tǒng)，其特征在于，所述 無(wú)線定位計(jì)算單元，具體用于： 根據(jù)前一時(shí)刻的定位結(jié)果和當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算移動(dòng)終端當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位 置； 根據(jù)前一時(shí)刻的定位結(jié)果和當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位置，通過(guò)公式
計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)角度 信息
.服從正態(tài)分布
其中，t表示當(dāng)前定位時(shí)刻，t-Ι表示前一定位時(shí)刻，
是當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位 置的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，
是前一時(shí)刻的定位結(jié)果的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，
是表示當(dāng) 前時(shí)刻的預(yù)測(cè)角度信息的預(yù)測(cè)值，
表示當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)角度信息的標(biāo)準(zhǔn)差； 根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)角度信息和無(wú)線定位距離，得到無(wú)線定位結(jié)果如下： 無(wú)線定位結(jié)果的極坐標(biāo)為
概率密度函數(shù)
其中，
為無(wú)線定位距離，服從正態(tài)分布
為測(cè)距結(jié)果，
為 測(cè)距誤差。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位系統(tǒng)，其特征在于，所述 基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定位系統(tǒng)，還包括： 卡爾曼濾波單元，用于對(duì)前一時(shí)刻的定位結(jié)果、當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位置和最大似然位置 進(jìn)行卡爾曼濾波，得到當(dāng)前時(shí)刻的優(yōu)化定位結(jié)果： 構(gòu)建卡爾曼濾波器如下：
其中，
是當(dāng)前時(shí)刻的優(yōu)化定位結(jié)果的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，
是前一 時(shí)刻的定位結(jié)果的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，
是當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位置的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，
是最大似然位置的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)；σ est是移動(dòng)終端基于運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的預(yù)測(cè) 位置的標(biāo)準(zhǔn)差，
是前一時(shí)刻的定位結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差，
是當(dāng)前時(shí)刻優(yōu)化定位結(jié)果的標(biāo) 準(zhǔn)差；Lt(x，y)是似然函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的輔助GPS定 位系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)解析單元包括： 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，用于存儲(chǔ)預(yù)先測(cè)定的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的GPS數(shù)據(jù)、信號(hào)強(qiáng)度 RSS與距離對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模型； 數(shù)據(jù)查詢模塊，用于根據(jù)無(wú)線節(jié)點(diǎn)的IP地址和/或mac地址，查詢預(yù)存的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，得到連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置，再根據(jù)連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置和無(wú)線節(jié)點(diǎn)的信 號(hào)強(qiáng)度RSS，從所述預(yù)存的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中得到無(wú)線定位距離； 坐標(biāo)系建立模塊，用于以連接的無(wú)線節(jié)點(diǎn)GPS位置為原點(diǎn)，以正東方向?yàn)閄軸正方向建 立直角坐標(biāo)系； GPS定位結(jié)果模塊，用于將GPS定位數(shù)據(jù)解析到建立的坐標(biāo)系中，得到GPS定位結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G01S19/46GK104215990SQ201410495454
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】謝強(qiáng), 陳亮 申請(qǐng)人:深圳市科松電子有限公司