CN107734638A - 一种基于三角置心算法的定位方法及装置 - Google Patents
一种基于三角置心算法的定位方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于三角置心算法的定位方法及装置，涉及定位方法领域，其中基于三角置心算法的定位方法包括：计算***与三个基站之间的距离，获取基站坐标信息，计算三个基站之间的距离，计算***的关于三个基站的方向值，验证***关于三个基站的方向值，得到最终定位信息。采用上述技术方案，采用三个基站以及三角置星算法，使得在进行室外没有GPS信号的环境中，能够将室外定位的误差降低至50米以内，同时，定位速度也比以往基站辅助定位技术快，成本也更低，可以广泛使用。
Description
技术领域
本发明涉及定位方法领域，特别涉及一种基于三角置心算法的定位方法及装置。
背景技术
室内定位能够通过WIFI设备进行辅助实现，而室外通常采用GPS来实现定位，但是GPS 定位很容易受到遮挡而造成信号丢失，可靠性不强，因此出现基通信基站辅助定位的***，但是这种***精度一直不高，影响用户使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于三角置心算法的定位方法及装置，解决现有技术中基站辅助定位精度不高的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种基于三角置心算法的定位方法，包括：计算***与三个基站之间的距离，获取基站坐标信息，计算三个基站之间的距离，计算***的关于三个基站的方向值，验证***关于三个基站的方向值，得到最终定位信息。
其中，计算***的关于三个基站的方向值的方法包括以下之一：
(1)当***位于三个基站所围成的三角形内：
计算两个基站之间连线相对于经度轴的夹角；计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角；通过***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角；计算***相对于基站的经度方位值；计算***相对于基站的纬度方位值得出***坐标；
(2)当***位于三个基站所围成的三角形外，且三个基站所围成的三角形为锐角三角形：计算第三基站和第二基站之间连线相对于纬度轴的夹角角度；计算***、第二基站和第三基站所形成的夹角角度，计算***和第二基站之间连线相对于经度轴的夹角角度，根据夹角角度与基站的位置信息计算***的坐标；
(3)当***位于三个基站所围成的三角形外，且三个基站所围成的三角形为钝角三角形：计算第三基站、第一基站和***所形成的夹角角度，计算第三基站和第一基站之间连线相对于纬度轴的夹角角度，根据夹角角度与基站的位置信息计算***的坐标。
其中，采用如下公式计算***与基站之间的距离：
s＝10((ABS(RSSI)-W)/(10×n))……………………(1)
其中，s为***与基站之间的距离，ABS(RSSI)为接收信号强度的绝对值，W为***向基站发出信号每米所消耗的功率的绝对值，n为途中损耗系数。
具体的，其中W的赋值范围为45-49分贝毫瓦；n的赋值范围为3.25-4.5。
其中，通过以下公式计算三个基站之间的距离：
其中，D为两个基站之间的距离，R为地球半径，lat1为第一基站的经度值，lat2为第二基站的经度值，long1为第一基站的纬度值，long2为第二基站的纬度值。
一种基于三角置心算法的定位装置，包括：距离计算模块，用于计算***与三个基站之间的距离；基站坐标获取模块，用于获取基站坐标信息；基站距离计算模块，用于计算三个基站之间的距离；方向值计算模块，用于计算***的关于三个基站的方向值；方向值验证模块，用于验证***关于三个基站的方向值，得到最终定位信息。
其中，所述方向值计算模块计算***的关于三个基站的方向值的方法包括以下之一：
(1)当***位于三个基站所围成的三角形内：
计算两个基站之间连线相对于经度轴的夹角；计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角；通过***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角；计算***相对于基站的经度方位值；计算***相对于基站的纬度方位值得出***坐标；
(2)当***位于三个基站所围成的三角形外，且三个基站所围成的三角形为锐角三角形：计算第三基站和第二基站之间连线相对于纬度轴的夹角角度；计算***、第二基站和第三基站所形成的夹角角度，计算***和第二基站之间连线相对于经度轴的夹角角度，根据夹角角度与基站的位置信息计算***的坐标；
(3)当***位于三个基站所围成的三角形外，且三个基站所围成的三角形为钝角三角形：计算第三基站、第一基站和***所形成的夹角角度，计算第三基站和第一基站之间连线相对于纬度轴的夹角角度，根据夹角角度与基站的位置信息计算***的坐标。
其中，所述距离计算模块采用如下公式计算***与基站之间的距离：
s＝10((ABS(RSSI)-W)/(10×n))…………………………(1)
其中，s为***与基站之间的距离，ABS(RSSI)为接收信号强度的绝对值，W为***向基站发出信号每米所消耗的功率的绝对值，n为途中损耗系数。
具体的，其中W的赋值范围为45-49分贝毫瓦；n的赋值范围为3.25-4.5。
其中，所述距离计算模块通过以下公式计算三个基站之间的距离：
其中，D为两个基站之间的距离，R为地球半径，lat1为第一基站的经度值，lat2为第二基站的经度值，long1为第一基站的纬度值，long2为第二基站的纬度值。
采用上述技术方案，采用三个基站以及三角置星算法，使得在进行室外没有GPS信号的环境中，能够将室外定位的误差降低至50米以内，同时，定位速度也比以往基站辅助定位技术快，成本也更低，可以广泛使用。
附图说明
图1为本发明基于三角置心算法的定位方法的方法流程图；
图2为本发明中第一种***坐标计算方法的示例图；
图3为本发明中第二种***坐标计算方法的示例图；
图4为本发明中第三种***坐标计算方法的示例图；以及
图5为本发明基于三角置心算法的定位装置的模块框图。
图中，501-距离计算模块，502-基站坐标获取模块，503-基站距离计算模块，504-方向值计算模块，505-方向值验证模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
作为本发明的第一实施例，提出一种基于三角置心算法的定位方法，如图1所示，包括：步骤S1：计算***与三个基站之间的距离。即首先计算出当前***所在点分别与与至最近的三个基站：第一基站、第二基站和第三基站之间的距离S1、S2、S3；本实施例中采用如下公式计算***与基站之间的距离：
s＝10((ABS(RSSI)-W)/(10×n))…………(1)
其中，s为***与基站之间的距离，ABS(RSSI)为接收信号强度的绝对值，W为***向基站发出信号每米所消耗的功率的绝对值，n为途中损耗系数。通常W的赋值范围为45-49dBm(分贝毫瓦)；n的赋值范围为3.25-4.5。本实施例中，W的赋值为46.8dBm，n的赋值为4.8。即，
s＝10((ABS(RSSI)-46.8)/(10×4.8))…………………………(2)
s＝10((ABS(RSSI)-46.8)/48)…………………(3)
通过(3)式计算出***所在点与第一基站之间的距离S1、***所在点与第二基站之间的距离S2、***所在点与第三基站之间的距离S3。
步骤S2：获取基站坐标信息。在计算***所在点与第一基站之间的距离S1、***所在点与第二基站之间的距离S2、***所在点与第三基站之间的距离S3的同时，由于***分别与第一基站、第二基站和第三基站建立了连接，使得***能够获取到第一基站、第二基站和第三基站的基站信息，在基站信息中就包括了基站GPS坐标信息。第一基站的坐标信息为(lat1，long1)，第二基站的坐标信息为(lat2，long2)，第三基站的坐标信息为(lat3， long3)。本领域技术人员可以知道，还可以在***中预置各基站的坐标信息表，在***与相应基站连接上时，通过遍历预置的各基站坐标信息表能够确认该基站的坐标信息。
步骤S3：计算三个基站之间的距离。之后可以通过每两个基站的坐标信息来计算每两个基站之间的距离。通过以下公式计算第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的距离：
其中，以计算第一基站和第二基站之间的距离D12为欲计算的第一基站和第二基站之间的距离；R为地球半径，也就是6378137米；lat1为第一基站的经度值，lat2为第二基站的经度值，long1为第一基站的纬度值，long2为第二基站的纬度值。
步骤S4：计算***的关于三个基站的方向值。第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的连线，形成一个三角形，关于***与该三角形不同的位置关系采用不同的计算方式。如图2所述，第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的连线形成一个锐角三角形，***所在的点处于锐角三角形的内部。此时，通过以下方式计算***坐标：
计算第二基站和第一基站之间连线相对于经度轴的夹角1的角度值，即：
上述式(5)中lat2为第二基站的经度值，lat1为第一基站的经度值，D21为第一基站与第二基站之间的距离；计算出夹角1的角度值后，计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角2的角度值；在通过将角度2的值与角度1的值相减，得到***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角3的角度值；因此***相对于第一基站的经度方位值为：
X***＝lat1+sin(夹角3的角度值)×s1……………(6)
其中，s1采用式(3)计算。***相对于第一基站的纬度方位值为：
Y***＝long1+cos(夹角3的角度值)×s1………(7)
其中，s1采用式(3)计算。
优选的，在计算完成后，采用上述同样的方式通过计算***相对于第二基站和***相对于第三基站的方位值，以验证***经纬度的准确性。
如图3所示，第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的连线形成一个锐角三角形，***所在的点处于锐角三角形的外部。此时，通过以下方式计算***的位置：
首先通过以下(8)式计算第三基站和第二基站之间连线相对于纬度轴的夹角1角度；
其中，D2为第三基站和第二基站之间的距离，long2为第二基站的纬度值，long3为第三基站的纬度值；之后通过下(9)式计算***、第二基站和第三基站所形成的夹角2角度，
其中，D2为第三基站和第二基站之间的距离，s2为***与第二基站之间的距离，s3为***与第三基站之间的距离；即
之后根据夹角1和夹角2计算***和第二基站之间连线相对于经度轴的夹角3角度：
Ang3＝Ang2+Ang1-90……………………(11)
最后***的坐标为：
X***＝lat2+s2×sin(Ang3)…………………(12)
Y***＝long2-s2×cos(Ang3)……………………(13)
如图4所示，第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的连线形成一个钝角三角形，***所在的点处于锐角三角形的外部。此时，通过以下方式计算***的位置：
首先通过下(14)(15)式计算第三基站、第一基站和***所形成的夹角1角度：
其中，D3为第三基站和第一基站之间的距离，s1为***与第一基站之间的距离，s3为***与第三基站之间的距离；即
之后通过下式(16)计算第三基站和第一基站之间连线相对于纬度轴的夹角2角度：
最后得出***的坐标：
X***＝lat1-s1×sin(Ang1+Ang2)……………(17)
Y***＝long1-s1×cos(Ang1+Ang2)………(18)
在完成***坐标计算后，执行步骤S5：验证***关于三个基站的方向值，得到最终定位信息。
采用上述技术方案，采用三个基站以及三角置星算法，使得在进行室外没有GPS信号的环境中，能够将室外定位的误差降低至50米以内，同时，定位速度也比以往基站辅助定位技术快，成本也更低，可以广泛使用。
本发明的第二实施例作为上述方法实施例对应的装置实施例，提出一种基于三角置心算法的定位装置，如图5所示，包括：距离计算模块501，用于计算***与三个基站之间的距离。即距离计算模块501首先计算出当前***所在点分别与与至最近的三个基站：第一基站、第二基站和第三基站之间的距离S1、S2、S3；本实施例中采用如下公式计算***与基站之间的距离：
s＝10((ABS(RSSI)-W)/(10×n))………………(19)
其中，s为***与基站之间的距离，ABS(RSSI)为接收信号强度的绝对值，W为***向基站发出信号每米所消耗的功率的绝对值，n为途中损耗系数。通常W的赋值范围为45-49dBm(分贝毫瓦)；n的赋值范围为3.25-4.5。本实施例中，W的赋值为46.8dBm，n的赋值为4.8。即，
s＝10((ABS(RSSI)-46.8)/(10×4.8))……………(20)
s＝10((ABS(RSSI)-46.8)/48)…………(21)
距离计算模块501通过(21)式计算出***所在点与第一基站之间的距离S1、***所在点与第二基站之间的距离S2、***所在点与第三基站之间的距离S3。
基站坐标获取模块502，用于获取基站坐标信息。
在距离计算模块501计算***所在点与第一基站之间的距离S1、***所在点与第二基站之间的距离S2、***所在点与第三基站之间的距离S3的同时，由于***分别与第一基站、第二基站和第三基站建立了连接，使得***能够获取到第一基站、第二基站和第三基站的基站信息，在基站信息中就包括了基站GPS坐标信息。第一基站的坐标信息为(lat1， long1)，第二基站的坐标信息为(lat2，long2)，第三基站的坐标信息为(lat3，long3)。本领域技术人员可以知道，还可以在***中预置各基站的坐标信息表，在***与相应基站连接上时，通过遍历预置的各基站坐标信息表能够确认该基站的坐标信息。
基站距离计算模块503，用于计算三个基站之间的距离。
基站距离计算模块503通过每两个基站的坐标信息来计算每两个基站之间的距离。通过以下公式计算第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的距离：
其中，以计算第一基站和第二基站之间的距离D12为欲计算的第一基站和第二基站之间的距离；R为地球半径，也就是6378137米；lat1为第一基站的经度值，lat2为第二基站的经度值，long1为第一基站的纬度值，long2为第二基站的纬度值。
方向值计算模块504，用于计算***的关于三个基站的方向值。
第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的连线，形成一个三角形，关于***与该三角形不同的位置关系采用不同的计算方式。如图2所述，第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的连线形成一个锐角三角形，***所在的点处于锐角三角形的内部。此时，方向值计算模块504通过以下方式计算***坐标：
计算第二基站和第一基站之间连线相对于经度轴的夹角1的角度值，即：
上述式(23)中lat2为第二基站的经度值，lat1为第一基站的经度值，D21为第一基站与第二基站之间的距离；计算出夹角1的角度值后，计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角2的角度值；在通过将角度2的值与角度1的值相减，得到***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角3的角度值；因此***相对于第一基站的经度方位值为：
X***＝lat1+sin(夹角3的角度值)×s1……………………(24)
其中，s1采用式(21)计算。***相对于第一基站的纬度方位值为：
Y***＝long1+cos(夹角3的角度值)×s1……………(25)
其中，s1采用式(21)计算。
优选的，在计算完成后，采用上述同样的方式通过计算***相对于第二基站和***相对于第三基站的方位值，以验证***经纬度的准确性。
如图3所示，第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的连线形成一个锐角三角形，***所在的点处于锐角三角形的外部。此时，方向值计算模块504通过以下方式计算***的位置：
首先通过以下(26)式计算第三基站和第二基站之间连线相对于纬度轴的夹角1角度；
其中，D2为第三基站和第二基站之间的距离，long2为第二基站的纬度值，long3为第三基站的纬度值；之后通过下(27)式计算***、第二基站和第三基站所形成的夹角2角度，
其中，D2为第三基站和第二基站之间的距离，s2为***与第二基站之间的距离，s3为***与第三基站之间的距离；即
之后根据夹角1和夹角2计算***和第二基站之间连线相对于经度轴的夹角3角度：
Ang3＝Ang2+Ang1-90………………(29)
最后***的坐标为：
X***＝lat2+s2×sin(Ang3)…………………………(30)
Y***＝long2-s2×cos(Ang3)………………(31)
如图4所示，第一基站和第二基站、第一基站和第三基站以及第二基站和第三基站之间的连线形成一个钝角三角形，***所在的点处于锐角三角形的外部。此时，方向值计算模块504通过以下方式计算***的位置：
首先通过下(32)(33)式计算第三基站、第一基站和***所形成的夹角1角度：
其中，D3为第三基站和第一基站之间的距离，s1为***与第一基站之间的距离，s3为***与第三基站之间的距离；即
之后通过下式(34)计算第三基站和第一基站之间连线相对于纬度轴的夹角2角度：
最后得出***的坐标：
X***＝lat1-s1×sin(Ang1+Ang2)………………(35)
Y***＝long1-s1×cos(Ang1+Ang2)……………………(36)
方向值验证模块505，用于验证***关于三个基站的方向值，得到最终定位信息。在完成***坐标计算后，通过方向值验证模块505验证***关于三个基站的方向值，得到最终准确的定位信息。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于三角置心算法的定位方法，其特征在于，包括：计算***与三个基站之间的距离，获取基站坐标信息，计算三个基站之间的距离，计算***的关于三个基站的方向值，验证***关于三个基站的方向值，得到最终定位信息。
2.根据权利要求1所述的基于三角置心算法的定位方法，其特征在于：其中，计算***的关于三个基站的方向值的方法包括以下之一：
(1)当***位于三个基站所围成的三角形内：
计算两个基站之间连线相对于经度轴的夹角；计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角；通过***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角；计算***相对于基站的经度方位值；计算***相对于基站的纬度方位值得出***坐标；
(2)当***位于三个基站所围成的三角形外，且三个基站所围成的三角形为锐角三角形：计算第三基站和第二基站之间连线相对于纬度轴的夹角角度；计算***、第二基站和第三基站所形成的夹角角度，计算***和第二基站之间连线相对于经度轴的夹角角度，根据夹角角度与基站的位置信息计算***的坐标；
(3)当***位于三个基站所围成的三角形外，且三个基站所围成的三角形为钝角三角形：计算第三基站、第一基站和***所形成的夹角角度，计算第三基站和第一基站之间连线相对于纬度轴的夹角角度，根据夹角角度与基站的位置信息计算***的坐标。
3.根据权利要求1所述的基于三角置心算法的定位方法，其特征在于，采用如下公式计算***与基站之间的距离：
s＝10((ABS(RSSI)-W)/(10×n))………………………(1)
其中，s为***与基站之间的距离，ABS(RSSI)为接收信号强度的绝对值，W为***向基站发出信号每米所消耗的功率的绝对值，n为途中损耗系数。
4.根据权利要求3所述的基于三角置心算法的定位方法，其特征在于，其中W的赋值范围为45-49分贝毫瓦；n的赋值范围为3.25-4.5。
5.根据权利要求1所述的基于三角置心算法的定位方法，其特征在于，通过以下公式计算三个基站之间的距离：
<mrow>
<mi>D</mi>
<mo>=</mo>
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<mn>180</mn>
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<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>...</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，D为两个基站之间的距离，R为地球半径，lat1为第一基站的经度值，lat2为第二基站的经度值，long1为第一基站的纬度值，long2为第二基站的纬度值。
6.一种基于三角置心算法的定位装置，其特征在于，包括：距离计算模块，用于计算***与三个基站之间的距离；基站坐标获取模块，用于获取基站坐标信息；基站距离计算模块，用于计算三个基站之间的距离；方向值计算模块，用于计算***的关于三个基站的方向值；方向值验证模块，用于验证***关于三个基站的方向值，得到最终定位信息。
7.根据权利要求6所述的基于三角置心算法的定位装置，其特征在于：所述方向值计算模块计算***的关于三个基站的方向值的方法包括以下之一：
(1)当***位于三个基站所围成的三角形内：
计算两个基站之间连线相对于经度轴的夹角；计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角；通过***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角计算***与基站之间连线相对于纬度轴的夹角；计算***相对于基站的经度方位值；计算***相对于基站的纬度方位值得出***坐标；
(2)当***位于三个基站所围成的三角形外，且三个基站所围成的三角形为锐角三角形：计算第三基站和第二基站之间连线相对于纬度轴的夹角角度；计算***、第二基站和第三基站所形成的夹角角度，计算***和第二基站之间连线相对于经度轴的夹角角度，根据夹角角度与基站的位置信息计算***的坐标；
(3)当***位于三个基站所围成的三角形外，且三个基站所围成的三角形为钝角三角形：计算第三基站、第一基站和***所形成的夹角角度，计算第三基站和第一基站之间连线相对于纬度轴的夹角角度，根据夹角角度与基站的位置信息计算***的坐标。
8.根据权利要求6所述的基于三角置心算法的定位装置，其特征在于：所述距离计算模块采用如下公式计算***与基站之间的距离：
s＝10((ABS(RSSI)-W)/(10×n))………………………………(1)
其中，s为***与基站之间的距离，ABS(RSSI)为接收信号强度的绝对值，W为***向基站发出信号每米所消耗的功率的绝对值，n为途中损耗系数。
9.根据权利要求8所述的基于三角置心算法的定位装置，其特征在于：其中W的赋值范围为45-49分贝毫瓦；n的赋值范围为3.25-4.5。
10.根据权利要求6所述的基于三角置心算法的定位装置，其特征在于：所述距离计算模块通过以下公式计算三个基站之间的距离：
<mrow>
<mi>D</mi>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn>
<mo>&times;</mo>
<mi>R</mi>
<mo>&times;</mo>
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<mi>sin</mi>
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<mn>1</mn>
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<mn>2</mn>
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<mn>2</mn>
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<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo>+</mo>
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<mi>s</mi>
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<mi>n</mi>
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<mn>2</mn>
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<mn>2</mn>
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<mi>n</mi>
<mi>g</mi>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>180</mn>
</mfrac>
</mrow>
<mn>2</mn>
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<mi>n</mi>
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<mn>1</mn>
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<mi>o</mi>
<mi>n</mi>
<mi>g</mi>
<mn>2</mn>
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<mn>180</mn>
</mfrac>
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<mn>2</mn>
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<mn>2</mn>
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<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>...</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，D为两个基站之间的距离，R为地球半径，lat1为第一基站的经度值，lat2为第二基站的经度值，long1为第一基站的纬度值，long2为第二基站的纬度值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711148415.3A CN107734638A (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 一种基于三角置心算法的定位方法及装置 |
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| CN201711148415.3A CN107734638A (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 一种基于三角置心算法的定位方法及装置 |
Publications (1)
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| CN201711148415.3A Pending CN107734638A (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 一种基于三角置心算法的定位方法及装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2017-11-17 CN CN201711148415.3A patent/CN107734638A/zh active Pending
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