基于TDOA的定位方法、装置、计算机设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于TDOA的定位方法、装置、计算机设备及存储介质，其中，该基于TDOA的定位方法包括：在室内角落布置至少三个已知坐标的信号基站，通过同步装置控制每一信号基站发送同步信号。采用待定位设备接收所有同步信号，并采用TDOA定位法获取时间差Δd，以获取联立双曲线方程组。基于Δd，采用梯度下降算法迭代联立双曲线方程组，获取迭代结果。若函数当前解小于迭代退出阈值，则停止迭代联立双曲线方程组，将函数当前解作为待定位设备的定位位置。该方法可有效同时满足室内定位的精确性和实效性，同时提升可容纳定位区域的数量。

【技术实现步骤摘要】
基于TDOA的定位方法、装置、计算机设备及存储介质
本专利技术涉及室内定位
，尤其涉及一种基于TDOA的定位方法、装置、计算机设备及存储介质。
技术介绍
目前室内定位中常用的基于TDOA的定位方法包括Fang算法、Chan算法和极大似然法网格搜索。其中，Fang算法只能采用三个基站进行定位，影响定位精度；Chan算法中涉及的多径效应会导致测量精度下降；极大似然法网格搜索方法中，对于区域大小、精度和计算速度三者之间互相形成制约，当进行大范围高精度时测量时定位频率会降低。室内定位还常用声学定位方法，但声学定位同样存在声波易反射，多径效应NLOS严重的问题。总之，目前常用的室内定位方法计算量过大，或受多径效应影响较为严重，存在无法同时满足对响应频率和定位精度都要求较高的终端应用的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于TDOA的定位方法、装置、计算机设备及存储介质，以解决可同时满足对响应频率和定位精度都要求较高的终端应用的问题。一种基于TDOA的定位方法，包括：在室内角落布置至少三个已知坐标的信号基站，通过同步装置控制每一信号基站发送同步信号；采用待定位设备接收所有同步信号，并采用TDOA定位法获取每一同步信号到达待定位设备的时间差Δd，以获取联立双曲线方程组；基于Δd，采用梯度下降算法迭代联立双曲线方程组，获取迭代结果，迭代结果包括当前迭代步长和基于当前迭代步长对应的联立双曲线方程组的函数当前解；若函数当前解小于迭代退出阈值，则停止迭代联立双曲线方程组，将函数当前解作为待定位设备的定位位置。一种基于TDOA的定位装置，包括：发送同步信号模块，用于在室内角落布置至少三个已知坐标的信号基站，通过同步装置控制每一信号基站发送同步信号；获取方程组模块，用于采用待定位设备接收所有同步信号，并采用TDOA定位法获取每一同步信号到达待定位设备的时间差Δd，以获取联立双曲线方程组；获取迭代结果模块，用于基于Δd，采用梯度下降算法迭代联立双曲线方程组，获取迭代结果，迭代结果包括当前迭代步长和基于当前迭代步长对应的联立双曲线方程组的函数当前解；作为定位位置模块，用于若函数当前解小于迭代退出阈值，则停止迭代联立双曲线方程组，将函数当前解作为待定位设备的定位位置。一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于TDOA的定位方法。一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于TDOA的定位方法。上述基于TDOA的定位方法、装置、计算机设备及存储介质，通过在室内设置至少三个已知坐标的信号基站，并通过采用TDOA定位法结合采用梯度下降算法可对TDOA定位法对应的传统双曲线方程组进行迭代，并可快速在有限迭代次数内获取联立双曲线方程组对应的函数当前解作为待定位设备的定位位置，在无需限制定位区域数量的前提下，实现亚米级定位，可有效同时满足运算性能有限的设备的室内定位的精确性和实效性，降低定位算法中的计算量，同时提升可容纳定位区域的数量和范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法的应用环境示意图；图2是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法的流程图；图3是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法的室内设备布置示意图；图4是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法的另一流程图；图5是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法的另一流程图；图6是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法的另一流程图；图7是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法的另一流程图；图8是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法的整体流程示意图；图9是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法的在基站包围的多边形区域内求解函数F(x,y)的结果示意图；图10是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位方法在一应用场景中的迭代次数统计图；图11是本专利技术一实施例中基于TDOA的定位装置的示意图；图12是本专利技术一实施例中计算机设备的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供的基于TDOA的定位方法，可应用在如图1的应用环境中，该基于TDOA的定位方法应用在基于TDOA的定位系统中，该基于TDOA的定位系统包括客户端和服务器，其中，客户端通过网络与服务器进行通信。客户端又称为用户端，是指与服务器相对应，为客户端提供本地服务的程序。该客户端可安装在但不限于各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备等计算机设备上。服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。现有UWB（UltraWideBand，超宽带）定位技术中最常用的定位方法之一就是TDOA（TimeDifferenceofArrival，到达时间差）。UWB定位标签对外发送一次UWB信号，在标签无线覆盖范围内的所有基站都会收到无线信号，如果有两个已知坐标点的基站收到信号，标签距离两个基站的间隔不同，则这两个基站收到信号的时间点是不一样的。例如，小明的妈妈在村口喊“小明，回家吃饭啦。”，根据距离=时间*速度，其中速度不变（声音在空气中的传播速度是340m/s），则声音传播的时间是由距离决定的，因此村里的人听到小明妈妈声音的时间点是不一样的。同理，标签与不同UWB定位基站的距离不同，不同基站收到同一标签信号的时间节点不同，因此得出一个“到达时间差”。TDOA定位的原理正是利用多个基站接收到信号的时间差来确定标签的位置。根据数学关系，到已知两点的距离差为常数，也就是说标签发送信号到两基站的时间差为常数，标签的位置一定处于以这两点为焦点的双曲线上。则有四个已知点（四个定位基站）就会有四条双曲线，四条双曲线交于一点就是UWB定位标签的位置。在收到一组基站信号后，需要在下次收到同一组基站信号前计算出当前位置。两次时间差即为定位周期，其倒数为定位频率。在两次定位周期之间要完成以下计算。TDOA定位法，主要包括三个步骤：1.测出两接收天线接收到的信号到达时间差。2.将该时间差转为距离，并代入双曲线方程，形成联立双曲线方程组。3.利用有效算法求解该联立方程组的解，即完成定位。本申请正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TDOA的定位方法，其特征在于，包括：/n在室内角落布置至少三个已知坐标的信号基站，通过同步装置控制每一所述信号基站发送同步信号；/n采用待定位设备接收所有所述同步信号，并采用TDOA定位法获取每一所述同步信号到达所述待定位设备的时间差Δd，以获取联立双曲线方程组；/n基于所述Δd，采用梯度下降算法迭代所述联立双曲线方程组，获取迭代结果，所述迭代结果包括当前迭代步长和基于所述当前迭代步长对应的所述联立双曲线方程组的函数当前解；/n若所述函数当前解小于迭代退出阈值，则停止迭代所述联立双曲线方程组，将所述函数当前解作为所述待定位设备的定位位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于TDOA的定位方法，其特征在于，包括：
在室内角落布置至少三个已知坐标的信号基站，通过同步装置控制每一所述信号基站发送同步信号；
采用待定位设备接收所有所述同步信号，并采用TDOA定位法获取每一所述同步信号到达所述待定位设备的时间差Δd，以获取联立双曲线方程组；
基于所述Δd，采用梯度下降算法迭代所述联立双曲线方程组，获取迭代结果，所述迭代结果包括当前迭代步长和基于所述当前迭代步长对应的所述联立双曲线方程组的函数当前解；
若所述函数当前解小于迭代退出阈值，则停止迭代所述联立双曲线方程组，将所述函数当前解作为所述待定位设备的定位位置。


2.如权利要求1所述的基于TDOA的定位方法，其特征在于，所述采用TDOA定位法获取每一所述同步信号到达所述待定位设备的时间差Δd，以获取联立双曲线方程组，包括：
获取第i个信号基站和第1个信号基站发送的相同的同步信号到达所述待定位设备的时间差Δd；
基于每一所述Δd，获取Δdij和基于所述Δdij对应的所述待定位设备的位置的双曲线方程组，所述Δdij表示第i个信号基站和第j个信号基站的到达时间差Δd转换成的距离，其中，i=1,2,…,n；j=1,2,…,n，n是所述信号基站的个数；
联立每一所述Δdij对应的所述待定位设备的位置的双曲线方程组，形成联立双曲线方程组。


3.如权利要求1所述的基于TDOA的定位方法，其特征在于，所述基于所述Δd，采用梯度下降算法迭代所述联立双曲线方程组，获取迭代结果，包括：
基于每一所述Δd，获取对应的获取Δdij，所述Δdij表示第i个信号基站和第j个信号基站的到达时间差Δd转换成的距离，其中，i=1,2,…,n；j=1,2,…,n，n是所述信号基站的个数；
定义室内任一位置的坐标(x,y)的定位残差的平方和为：

；
采用梯度下降算法对函数F(x,y)进行迭代，直至F(x,y)对应的函数当前解小于迭代退出阈值，则将所述函数当前解作为所述待定位设备的定位位置。


4.如权利要求3所述的基于TDOA的定位方法，其特征在于，所述采用梯度下降算法对函数F(x,y)进行迭代，直至F(x,y)对应的函数当前解小于迭代退出阈值，则将所述函数当前解作为所述待定位设备的定位位置，包括：
选定任一信号基站作为第j个参考基站，并基于应用需求设定初始迭代步长和迭代退出阈值；
设定ri，将ri带入函数F(x,y)，得到F(x,y)的梯度公式为：

，
其中，i=1,2,…,n；j=1,2,…,n，n是所述信号基站的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄力成，李莹洁，王世超，
申请(专利权)人：深圳市海豚科技创新有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44