室内测距型基站组网定位性能分析

李得海; 吴文坛; 马会林; 秘金钟; 赵奕源

doi:10.13203/j.whugis20220513

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室内测距型基站组网定位性能分析

大地测量学与测量工程 | 更新时间：2026-11-05

- 室内测距型基站组网定位性能分析
- Positioning Performance Analysis of Indoor Networks of Range-Based Reference Stations
- 武汉大学学报（信息科学版） 2025年50卷第1期页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.中国测绘科学研究院，北京，100036
  2.北京房山人卫激光国家野外科学观测研究站，北京，100830
  3.河北省自然资源档案馆，河北石家庄，071299
  4.河北省第二测绘院，河北石家庄，071299
- 作者简介：
  
  李得海，博士，研究员，主要从事室内外协同定位技术研究。lidh@casm.ac.cn
  赵奕源，硕士。zyy86062@163.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2021YFB3900803);中央级科研院所基本科研业务费项目(AR2102);河北省自然资源厅科技项目(13000022P00EEC410090F);河北省技术创新引导计划项目科技冬奥专项(21477603D)
- DOI：10.13203/j.whugis20220513
  中图分类号： P228
- 收稿：2023-05-19，
  
  纸质出版：2025-01-05
- 稿件说明：
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李得海,吴文坛,马会林，等.室内测距型基站组网定位性能分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):1-10.

LI Dehai,WU Wentan,MA Huilin,et al.Positioning Performance Analysis of Indoor Networks of Range-Based Referen‑ce Stations[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):1-10.
李得海,吴文坛,马会林，等.室内测距型基站组网定位性能分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):1-10. DOI：10.13203/j.whugis20220513

LI Dehai,WU Wentan,MA Huilin,et al.Positioning Performance Analysis of Indoor Networks of Range-Based Referen‑ce Stations[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):1-10. DOI：10.13203/j.whugis20220513

摘要

面向室内定位基站部署需求，针对测距型基站室内组网定位的主要影响因素，全面研究了多种网形在不同条件下的定位特性，率先提供了室内定位基站组网的参考原则和定位性能特征。通过设计不同形状、尺度、高度、规模的基站组网方案，完成了基站定位性能研究。结果表明：（1）圆形基站网位置精度因子优于方形网，直线形基站网不适宜进行三维定位服务。（2）基站网半径增加一倍，位置精度因子均值减小一倍。（3）基站网的高度增大一倍，其垂直和位置精度因子均值减小1/3。（4）圆形网的基站数增大一倍，位置精度因子均值减小1/3。（5）基站网高度约为1/2服务区域半径时，平面和垂直定位精度达到均衡。沿区域边界上空均匀部署6个以上基站时，平面和垂直精度因子优于1。上述基站组网原则和定位性能特征，将为室内定位系统基站部署的形状、高度、数量、半径等设计工作提供有力支撑。

Abstract

Objectives

In the indoor positioning

the layout of network comprised of many reference stations with ranging function plays a crucial role to the positioning performance. In order to reveal the particular relationship between the positioning performance and the network layout of reference stations

a variety of layout conditions are investigated in light of the dilution of precision comprehensively.

Methods

In conditions of different shapes

sizes

heights and scales

a variety of network layout schemes are designed and tests of positioning performance were completed. We design circular network

square network

linear network and solid circular network

and the influences of different shapes on positioning performances are explored. We test the circular networks with radiuses of 5 m

10 m and 20 m

so the influences of different sizes on positioning performances were revealed. We assess the circular networks with heights of 3 m

6 m

9 m and 12 m

and the influences of different heights on positioning performances are investigated. We test the circular networks with 4

8 and 12 stations

and the influences of different scales on positioning performance are provided.

Results

The results show that: (1) The position dilution of precision (PDOP) in the circle network is better than that of the square network

while the linear network is not suitable for three-dimensional positioning. (2) When the radius of the circular network increases by 2 times

means of PDOP decrease by 2 times. (3) When the height of the network increases by 2 times

and means of the vertical dilution of precision (VDOP) and the horizonal dilution of precision (HDOP) reduce by 1/3 times. (4) When the number of reference stations in the circular network increases by 2 times

and means of PDOP reduce by 1/3 times. (5) When the height of the network is about half the radius of the service area

HDOP and VDOP reach to an equilibrium. (6) When more than 6 reference stations are uniformly deployed over the boundary of service area

the HDOP and VDOP are lower than 1.

Conclusions

This study provides the principles and characteristics of positioning performances with different indoor network layouts. The results will contribute to identify the optimal positioning areas

and predict the network positioning performance. Thereby

it is beneficial to guiding the design of indoor positioning systems

such as supporting the deployments of the shape

height

number and radius of reference stations.

关键词

Keywords

references

柳景斌，赵智博，胡宁松，等 . 室内高精度定位技术总结与展望［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2022 ， 47 （ 7 ）： 997 - 1008 .

LIU Jingbin ， ZHAO Zhibo ， HU Ningsong ， et al . Summary and Prospect of Indoor High-Precision Positioning Technology ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2022 ， 47 （ 7 ）： 997 - 1008 .

陈锐志，叶锋 . 基于Wi‑Fi信道状态信息的室内定位技术现状综述［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2018 ， 43 （ 12 ）： 2064 - 2070 .

CHEN Ruizhi ， YE Feng . An Overview of Indoor Positioning Technology Based on Wi‑Fi Channel State Information ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2018 ， 43 （ 12 ）： 2064 - 2070 .

姚海云，舒红，孙红星，等 . Wi‑Fi室内定位测站布设优化的DOP数值分析［J］. 测绘地理信息， 2022 ， 47 （ 2 ）： 34 - 38 .

YAO Haiyun ， SHU Hong ， SUN Hongxing ， et al . DOP Numerical Analysis of Wi‑Fi Indoor Positioning Station Setting Optimization ［J］. Journal of Geomatics ， 2022 ， 47 （ 2 ）： 34 - 38 .

周恭谦，杨露菁，刘忠，等 . 基于TDOA定位的基站布设对模糊区分布及定位精度的影响分析［J］. 海军工程大学学报， 2017 ， 29 （ 1 ）： 96 - 101 .

ZHOU Gongqian ， YANG Lujing ， LIU Zhong ， et al . Influence of Base Station Deployment on Location Precision and Fuzzy Area Distribution Based on TDOA Location ［J］. Journal of Naval University of Engineering ， 2017 ， 29 （ 1 ）： 96 - 101 .

张书雨，姚铮，陆明泉 . 地基伪卫星区域导航系统快速布设算法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2018 ， 43 （ 9 ）： 1355 - 1361 .

ZHANG Shuyu ， YAO Zheng ， LU Mingquan . Rapid Configuration Algorithm for Ground-Based Pseudolite Navigation System ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2018 ， 43 （ 9 ）： 1355 - 1361 .

王川阳，王坚 . 超宽带应急定位基站布设研究［J］. 测绘科学， 2019 ， 44 （ 8 ）： 174 - 181 .

WANG Chuanyang ， WANG Jian . Study of Base Station Layout of Ultra Wideband Emergency Positioning ［J］. Science of Surveying and Mapping ， 2019 ， 44 （ 8 ）： 174 - 181 .

张晖，秦基伟 . 高密度小基站网络关键技术及部署策略研究［J］. 智能建筑与城市信息， 2015 ， 229 （ 12 ）： 94 - 98 .

ZHANG Hui ， QIN Jiwei . Research on Key Technologies and Deployment Strategies of High Density Small Base Station Network ［J］. Intelligent Building & City Information ， 2015 ， 229 （ 12 ）： 94 - 98 .

LANGLEY R B . Dilution of Precision ［J］. GPS World ， 1999 ， 10 （ 5 ）： 52 - 59 .

侯全武，王坚，胡洪，等 . 传感器位置对狭长空间定位精度的影响［J］. 大地测量与地球动力学， 2013 ， 33 （ 1 ）： 117 - 122 .

HOU Quanwu ， WANG Jian ， HU Hong ， et al . Analysis of Effects on Location Accuracy of Sensors in Narrow Space ［J］. Journal of Geodesy and Geodynamics ， 2013 ， 33 （ 1 ）： 117 - 122 .

DEMPSTER A G . Dilution of Precision in Angle-of-Arrival Positioning Systems ［J］. Electronics Letters ， 2006 ， 42 （ 5 ）： 291 - 292 .

LI B ， DEMPSTER A G ， JIAN W . 3D DOPs for Positioning Applications Using Range Measurements ［J］. Wireless Sensor Network ， 2011 ， 3 （ 10 ）： 343 - 349 .

宋倩，张波，李署坚 . 地面伪卫星组网布设技术研究［J］. 计算机测量与控制， 2013 ， 21 （ 3 ）： 743 - 746 .

SONG Qian ， ZHANG Bo ， LI Shujian . Study of Configuration Technology of Ground Pseudolite ［J］. Computer Measurement & Control ， 2013 ， 21 （ 3 ）： 743 - 746 .

刘超，高井祥，于子晏，等 . GPS/伪卫星相对定位中伪卫星优化布设模型研究［J］. 中国矿业大学学报， 2012 ， 41 （ 1 ）： 120 - 126 .

LIU Chao ， GAO Jingxiang ， YU Ziyan ， et al . An Optimal Pseudolites Location Model of GPS/Pesudolites Integrated Relative Positioning ［J］. Journal of China University of Mining & Technology ， 2012 ， 41 （ 1 ）： 120 - 126 .

王玮，刘宗玉，谢荣荣 . 伪卫星辅助的北斗定位系统的GDOP研究［J］. 空间科学学报， 2005 （ 1 ）： 57 - 62 .

WANG Wei ， LIU Zongyu ， XIE Rongrong . The Research on GDOP of PL-Aided Beidou Positioning System ［J］. Chinese Journal of Space Science ， 2005 （ 1 ）： 57 - 62 .

Levanon N . Lowest GDOP in 2-D Scenarios ［J］. IEEE Proceedings：Radar，Sonar and Navigation ， 2000 ， 147 （ 3 ）： 149 - 155 .

何小峰 . 二维TOA定位中的最小GDOP问题［J］. 指挥控制与仿真， 2014 ， 36 （ 6 ）： 52 - 55 .

HE Xiaofeng . Lowest GDOP of 2-D TOA-Positioning Systems ［J］. Command Control & Simulation ， 2014 ， 36 （ 6 ）： 52 - 55 .

童俊，单甘霖 . 基于目标定位精度Cramér-Rao下限的多传感器空间布站研究［J］. 计算机测量与控制， 2013 ， 21 （ 3 ）： 738 - 742 .

TONG Jun ， SHAN Ganlin . A Study of Multi-sensor Space Configuration Optimization Based on Target Position Precision Cramér-Rao Low Bound ［J］. Computer Measurement & Control ， 2013 ， 21 （ 3 ）： 738 - 742 .

FENG G ， SHEN C ， LONG C ， et al . GDOP Index in UWB Indoor Location System Experiment ［C］// IEEE International Conference on Sensors ， Busan， Korea ， 2015 .

何琦敏，王坚，敖佳敏，等 . IAGA 模型支持下的灾区基站组网优化［J］. 测绘通报， 2017 （ 8 ）： 7 - 12 .

HE Qimin ， WANG Jian ， AO Jiamin ， et al . Optimization of Disaster Base Station Network Based on IAGA Model ［J］. Bulletin of Surveying and Mapping ， 2017 （ 8 ）： 7 - 12 .

王雪延 . 基于UWB基站配置的室内定位研究［D］. 西安：西安电子科技大学， 2014 .

WANG Xueyan . A Study of Indoor Positioning Based on UWB Base-Station Configurations ［D］. Xi’an ： Xidian University ， 2014 .

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