本發明涉及定位技術領域，具體地，涉及基于聲波和無線定位的移動目標的檢測方法。
背景技術：
隨著無線終端設備和無線傳感器網絡的不斷發展與結合應用，人們對定位服務的需求日益增多，特別是室內定位服務。在目前室內定位技術的研究中，二維平面的室內定位技術居多，而三維空間的室內定位技術研究則相對較少，但在實際定位需求中，二維平面的室內定位技術往往不能滿足用戶對位置信息的需求，如在災后救援中，被困人員所處的位置不可能只在二維平面上，必須使用三維空間的室內定位技術才能在第一時間獲得被困人員的具體位置信息；在礦井安全監測中，由于井下環境較為復雜，人員工作地點比較分散，導致二維平面的室內定位方法并不適用，只有使用三維空間的室內定位技術才能夠準確了解井下情況；在室內環境檢測中，由于不同的監測傳感器所放置的位置不相同，也需要使用三維空間的室內定位技術才能獲取監測傳感器有效的位置信息。因此，三維空間的室內定位技術與二維平面的室內定位技術相比，更具有實際意義和應用前景。
常見的室內定位技術有：紅外線定位、無線局域網絡定位、藍牙定位、Zigbee定位、射頻識別定位、超寬帶定位以及超聲波射頻定位等。紅外線定位技術的定位精度具有局限性，只能判斷移動目標的有無性，在精度上很難提高，且紅外線的穿透性差，很難穿透墻壁等實體障礙物。無線局域網絡定位技術需要的基站少，可實現建筑物內的無線局域網絡對位置的感知功能，但跟蹤定位環境必須支持無線局域網絡，在條件上具有限制性，而且每個基站和移動目標都必須是計算機設備，設計成本比較高。藍牙定位技術適用于小范圍定位，設備體積小，但價格相對昂貴，在復雜的室內空間中，該系統受噪聲信號的干擾大，穩定性會有所降低。Zigbee定位技術主要適合用在自動操作和遠程控制等領域，可嵌入于各種設備中，具有自組織性、低復雜度、低功耗、近距離性、低數據速率、低成本等特點，但同樣也受定位精度的限制。RFID定位技術具有體積小、攜帶靈活、成本低的特點，但它受定位時間、定位精度以及室內環境的復雜度等條件的限制，適用于對精度要求不高的場合。超寬帶定位技術采用極窄脈沖的時間寬度，它沒有視距要求，系統復雜度低、具有穿透力強、安全性高、抗多徑干擾效果好、定位精度精確等優點。然而目前，國內的超寬帶定位技術僅僅在雷達方面有所研究成效，在其他領域方面基本沒有形成研究規模；而且相對其他室內定位方法，超寬帶技術用于室內定位系統的造價成本較高、功耗也較高。超聲波射頻定位技術的定位精度能夠達到厘米量級范圍，同時使用者具有自我保密性以及對多個分散物體的可測量性，但是由于超聲脈沖和射頻數據的定時和處理都在移動接收器上，會導致缺少系統中心監控和管理，增加移動接收器的計算負擔，同時要求電力承載能力要大。
在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在定位設計成本高，定位不準確等缺陷。
技術實現要素：
本發明的目的在于，針對上述問題，提出基于聲波和無線定位的移動目標的檢測方法，以實現提高對移動目標定位的準確性，降低定位系統的設計成本優點。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：基于聲波和無線定位的移動目標的檢測方法，主要包括：
a.系統初始化；
b.基站的超聲波發射器和射頻發射模塊向移動目標節點周期性的發射超聲波和射頻信號；所述射頻模塊的無線控制器為JN5168，所述發射模塊包括A7139芯片；
c.移動目標的射頻接收模塊接收射頻信號后，開始計時等待接收超聲波信號，并對接收的無線數據進行判斷，以區分是哪一個參考節點發送的數據；所述射頻模塊的無線控制器為JN5168，所述接收模塊為A7139；
d.基于三邊測量法的原理，采用最小二乘法對移動目標的坐標值進行計算，得出移動目標的坐標；
e.使用卡爾曼濾波方法進行位置動態估計；
f.將所得數據發送至基站，由基站發送到上位機。
進一步地，所述基站設置為3個，移動目標設置為1個。
進一步地，所述射頻收發電路具體為：單片機系統與A7139通過SPI口通信，將A7139收發芯片的CKO、GPIO1和GPIO2與單片機的PB0、SPI_MISO和PD0引腳相連，SDIO、SCK和SCS引腳與STM8的SPI_MOSI、SPI_SCK和SPI_NSS引腳連接，單片機通過SCS引腳訪問A7139，在SCK的上升沿時SPI的數據被鎖存在寄存器中，發送數據處在SCK的下降沿時，還包括A7139的外圍電路，主要包括濾波電容、旁路電路和RF匹配、濾波、電源藕合、SPI接口。
進一步地，每個基站發射的射頻信號包括該參考節點的唯一空間ID、坐標和測量的溫度。
進一步地，所述步驟b-d具體為，系統上電啟動時，移動目標周期性發射超聲波信號和射頻信號，基站接收并計算距離信息，然后匯集信息到主控制模塊上進行目標位置計算；定位啟動后，基站周期性地將位置信息及超聲波脈沖信號發送出去，移動目標接收到來自每一個基站的信息，在移動目標自身上計算出其目標位置，當定位狀態不佳時，移動目標開始周期性的發射超聲波和射頻信號，基站接收并計算距離信息，然后匯集信息到主控制模塊上進行目標位置計算。
進一步地，所述步驟e包括，
預測過程:
其中，和分別是觀測前k時刻的狀態預測平均值和均方差，Pk-1是k-1時刻的均方差，Qk-1是k-1時刻的過程噪聲，
更新過程:
其中，vk是k時刻的殘余誤差，Sk是k時刻的測量預測協方差，Rk是k時刻的測量噪聲，Kk是濾波增益，mk和Pk分別是觀測后k時刻的狀態估計平均值和均方差；
假設在室內環境中，移動目標處于勻速直線運動方式，它的狀態可以用離散勻速模型來表述，運動狀態會受到一定程度的隨機噪聲干擾。對于移動目標來說，定位的狀態模型函數應為Xk＝[xk,yk,zk]T，測量模型函數是：
假設該移動目標的運動軌跡是x軸在0-6m，y軸在0-2.5m，Z軸在0-1.5m范圍內的非線性運動曲線，選取x軸作為參照軸，x軸每間隔1cm則有一測量點(x,y,z)，共600個測量點，可以建立x、y、z軸之間的函數關系，得到原始信號的實際值和測量值的數據曲線；同時在系統中添加獨立存在的高斯過程噪聲和測量噪聲，得到原始信號的濾波數據曲線。
進一步地，所述射頻模塊發射射頻信號和接收射頻信號的工作過程具體為：
A1、對射頻模塊的控制芯片和收發芯片初始化，并設置相應寄存器為SPI通信；
A2、單片機產生發送信號給射頻模塊；
A3、射頻模塊通過寄存器設置發送位，再經過調制解調器、壓控振蕩器和功率放大管放大信號將數據發送出去；
A4、移動目標的接收端產生接收信號，經過低噪聲放大器和自動增益控制放大器反饋后通過調制解調器解碼，通過SPI通信反饋一個數字信號，在信號放大階段，該信號與信號強度指示的信號進行比較傳遞給調制解調器；
A5、接收的數據存儲在緩存器中，并與發送的數據進行比較，是否完整通過LED燈來判斷。
本發明各實施例的，由于主要包括：基站的超聲波發射器和射頻發射模塊向移動目標節點周期性的發射超聲波和射頻信號；移動目標的射頻接收模塊接收射頻信號后，開始計時等待接收超聲波信號，并對接收的無線數據進行判斷，以區分是哪一個參考節點發送的數據；基于三邊測量法的原理，采用最小二乘法對移動目標的坐標值進行計算，得出移動目標的坐標；使用卡爾曼濾波方法進行位置動態估計；從而可以克服現有技術中對移動目標定位不準確，定位系統設計成本高的缺陷，具有定位精確，成本低，定位方法簡單易實現的優點。
本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。
下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
具體實施方式
以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
具體地，方案的主要研究目的是給室內環境的移動人員或物體提供精度在厘米量級范圍的實時動態定位，并給使用者提供可靠性、可測量性、保密性等功能，同時要求具有合理的性價比，確保較低的設計成本。
室內定位的定位參數是待定位物的三維坐標。該定位系統的主要原理是，根據三邊測量法，首先通過超聲測距的方法分別測量出某個或多個待定位節點到已知參考節點之間的實際距離，另外，已知節點的三維坐標，將這些數據進行集中處理后，計算得到移動目標的定位坐標結果。
參考節點分別被固定在天花板上的不同位置，但我們實際測試的時候，是將參考節點以等邊三角形的布局方式固定在房間地面。待定位節點則是被安裝在移動目標上，并且是可以四周隨機移動的。已知參考節點的布局必須遵循一定的幾何要求，不能同時分布在一條直線上，也不能分布在一個同心圓上，否則，形成的方程組未知量個數就會大于已知量數目，導致無法利用三邊測量的最小二乘法進行計算。
超聲波測距的原理是由于超聲波在空氣中的傳播速度是已知的，在超聲發射器發送超聲波后，經過一段傳播時間，接收器接收到信號，這段傳播時間即為發送和接收的時間差，然后根據距離與時間和速度之間的關系，可以計算出發送和接收點之間的實際距離。
測距的基本公式如下:
d＝vust
其中，d表示發送和接收點之間的實際距離，vus表示超聲波在空氣中的傳播速度，一般當室內溫度在20℃時傳播速度為344m/s，t表示發射和接收vus的測距時間。
由此可見，造成測距誤差的基本影響因素主要包括超聲波的傳播速度及發送和接收的測距時間。一方面，超聲波的傳播速度受空氣密度的影響，空氣的密度越高，超聲波的傳播速度就越快，然而空氣的密度又與溫度、濕度有著密切的關系，因此，溫度、濕度等對超聲波的傳播速度有影響，即對超聲測距產生影響。所以，可以通過對溫度和濕度進行補償的方式來修正傳播速度，進而提高測距的精度。另一方面，在軟件實現的過程中，通過計數器來完成對發送和接收測距時間的計時。超聲發射和接收器的分離布局會造成測距時間的計時延遲，要提高計數時間的精度，則需要對超聲波發射器和接收器之間進行同步處理，即要求保證發射器信號發出的瞬間，接收器能夠立刻計數。本文采用射頻信號作為內部同步信號，主要是因為射頻信號的速度接近光速，其傳播時間足夠短可以忽略不計，并且可以在硬件上得以實現。
使用的無線測距芯片是恩智浦(NXP)的JN5168。該IC測距有兩種模式：無線信號強度測距和TOF無線信號飛行時間測距。
經過實驗測試發現，無線信號強度測距的誤差很大，很難滿足課題需求，而TOF無線信號飛行時間測距則精度要高許多，所以本作品采用的是TOF(Time of Flight)飛行時差測距的方法。在設備工作過程中，始終保持發送設備和接收設備必須始終同步，為了實現時鐘同步，TOF飛行時差測距方法采用了時鐘偏移量來解決時鐘同步上的問題。但由于TOF測距方法的時間依賴于本地和遠程節點，測距精度容易受兩端節點中時鐘偏移量的影響。為了減少這類錯誤的影響，很多時候采用反向測量方法，即遠程節點發送數據包，本地節點接收數據包，并自動響應，通過平均在正向和反向所得的平均值，減少對任何時鐘偏移量的影響，從而減少測距。
根據該系統中移動目標上的待定位節點獲得各個測距值以及各個已知參考節點的三維坐標值所構成的數學關系，可以計算出待定位節點的坐標，然而這些測距值和已知參考節點的三維坐標值是分散在各個節點上的，需要集中到同一節點上才能通過數學方法進行計算。考慮到室內的布局復雜，如果采用有線布局，勢必會更加復雜，增加系統定位的困難程度，而且不利于待定位節點的移動、線路布置等。隨著無線電射頻技術的發展，無線數據傳輸的優勢比較明顯，因此，文中采用無線傳輸方式替代有線傳輸方式，使得定位系統利于控制和簡便化。
無線數據傳輸，一般也就是無線通信，是指從一個地方向另一個地方進行傳遞和交換信息。實現信息傳遞的一切技術設備和傳輸介質，統稱為通信系統。該系統的基本組成部分，包括發送端、接收端，以及收發兩端之間的信道。
基帶信號一般是指沒有經過調制等處理方式的初始信號，該信號的頻率較低，為了使基帶信號能夠在信道中傳輸，使之與信道的傳輸特性要求相匹配，可以通過發送裝置對基帶信號進行各種變換和處理，其中，發送裝置可以是由特定的放大、濾波、調制等電路組成的系統。信道是信號傳輸的物理通道，信道中會存在許多不可忽略的隨機噪聲干擾，同時，整個通信系統中同樣也存在大量噪聲。在接收端，接收裝置的功能與發送裝置的相反，它能夠從接收到的信號中恢復出對應的初始信號。信宿是指將還原的初始信號轉換成相應的具有實際意義的數據信息。
由于射頻信號頻率足夠高可以在空間快速傳播，本文選用射頻信號作為無線數據傳輸的載體，在系統的設計中射頻信號可以攜帶坐標信息、測距值、電路板及環境周圍的溫度值等。
根據移動目標和已知參考節點的布局情況，系統的定位方案可以設計為：移動目標主動發送信號和移動目標被動接收信號兩種方式。
主動方式是指移動目標上的待定位節點主動地周期性發射超聲波和射頻信息，參考節點接收并計算距離信息，然后再匯集信息到主控制模塊上進行目標位置的計算；主動方式可以避免錯誤信息的干擾，對移動目標的定位較容易，而且精度較高，但是計算量較大，需要多次進行信息的無線傳輸，增加了設備的使用量和設計成本。
被動方式是指固定在特定位置的參考節點周期性地將它們的位置信息以及超聲波脈沖信號發送出去，然后待定位節點接收到來自每一個參考節點的信息，在移動目標自身上計算出其目標位置。被動方式中移動目標一次只能接收來自一個已知參考節點的信號，不能同時計算與各個參考節點之間的距離，而且各個參考節點發送信號的間隔很小，勢必會導致不同參考節點間信息的相互干擾，增大了計算誤差，導致精度降低。但該定位方式只需要參考節點向移動目標發送信息，移動目標就能夠計算得到自身的目標位置，節約了定位時間和設備的使用頻率，移動目標的位置私密性較好。
本系統結合兩者的優缺點，采用一種組合方式，使兩者起到互補作用；
該組合方式的原理是：當系統開始上電工作時，使用主動方式，通知參考節點開始發送信號，定位啟動后，將一直采用被動方式進行連續的動態定位，定位過程中可能會遇到定位誤差增大或者濾波誤差效果不好的問題，一旦檢測到系統狀態不佳，將再次切換到主動方式對定位進行位置糾正。該方式可以得到和主動方式相當的測量精度，并且能夠實現移動目標位置的保密性要求。不足的是，在被動定位時不同參考節點間的信息會相互干擾。針對這個問題系統將采取一定的抗干擾措施，減小系統的定位誤差。
由系統的設計原理以及定位方式可知，該室內定位系統的結構主要包括若干已知參考節點、移動目標裝置上的待定位節點等。該室內定位系統對單目標進行定位時待定位節點只有一個，如果對多目標定位時可以有若干個待定位節點。系統中各個已知節點和待定位節點分別包含硬件電路和軟件通信協議等內容，已知信號在天花板上的節點硬件和移動目標硬件之間的信號傳送，共同實現整體的定位功能。
硬件部分的作用是給定位系統提供控制、發送與接收的驅動電路，主要依據功能要求對硬件部分進行設計；其中，已知參考節點和移動目標的待定位節點中每個節點的硬件電路部分，分別包括射頻收發模塊、超聲波發射和接收器、單片機系統、電源模塊、上位機通訊部分等。單片機控制器通過接口程序控制各個模塊部分，實現正常的超聲波和射頻信號的收發、顯示、控制以及所需的各種參數的測試與監視
定位算法主要是結合三邊測量法的最小二乘法進行計算，同時使用濾波算法進行數據誤差的濾波處理，減少室內環境的隨機噪聲給系統帶來的影響；另外，多個節點同時通信必然存在信號之間的干擾，必須具備抗干擾措施，防止系統無法正常工作。
對于射頻模塊，選用JN5168無線控制器。JN5168是一款超低功耗、高性能的無線SOC模塊。它使用戶能在最短的時間內，以最經濟的設計實現基于IEEE802.15.4或ZigBeePRO的無線網絡系統，減少了用戶進行RF射頻設計和封裝的時間，具有簡單易用的特點。同時，該無線控制器還具有高性能的CPU、超低功耗、大容量存儲、優異RF性能等特點。而且其包含了豐富的外圍器件接口，可以滿足不同方面的需求，降低開發成本。
JN5168兼容多種網絡協議棧，支持點對點、星形網絡、樹形網絡、網狀網絡等組網方式，能夠滿足各種標準以及非標準的網絡拓撲需求，具有一個平臺，多種方案的優勢與特點。
該無線控制器配置了高性能的32位RISC處理器，內嵌Flash和E2PROM，通過可變寬度指令、多級指令流水線、低功耗與可編程時鐘速度來提高代碼效率。同時片上還具有一個符合IEEE802.15.4 2.4GHz標準的無線收發器以及一系列豐富的模擬、數字外設。配合超低的工作電流和低功耗睡眠特性，可以使設備利用紐扣電池供電并延長電池的壽命。
與芯片同時推出的還有一系列滿足各種物聯網應用的無線組網協議棧，例如JenNet-IP、ZigBee Pro Home Automation、ZigBee Pro Light Link、ZigBee Pro Smart Energy和ZigBee RF4CE等協議棧；極大地簡化了使用JN516x系列無線微控制器開發家庭自動化、智能能源、智能照明、智能醫療和遠程控制等應用的難度，加快了開發進度。
A7139芯片是中國臺灣笙科電子(AMICCOM)公司最近研制出的一款低成本、高效率工作在1GHz以內的收發模塊，且在1GHz以內所有常規ISM頻段均可應用。此模塊目前已經超大量應用于國標智能無線抄表及物聯網自組網等雙向數據傳輸系統方案，該模塊具有低功耗、高接收靈敏度、高發射功率等諸多優點，是應用于長短距離無線數據傳輸方案中的首選模塊。A7139可以通過射頻電路和天線實現發送和接收射頻信號的功能。
A7139主要利用RF0和RF1端口來發送和接收信號，經過芯片內部一些寄存器位來檢測是否發送和接收，當然也包括通過設置相關SPI接口的寄存器來連接信號。單片機輸出或者輸入的數字信號都需要對A7139中SPI寄存器相應的功能位進行設置從而產生相應促發接收或者發射的信號，然后進行調制解調器的分析，經過壓控振蕩器(VCO)和功放管(PA)來放大信號進行發射。接收方式時，接收的射頻輸入信號經低噪聲放大器(LNA)和自動增益控制放大器(AGC)反饋調節放大后翻轉進入混頻器，通過混頻器混頻產生中頻信號(IF)。在中頻處理階段，該信號同時發送信號給ADC寄存器，設置相應寄存器位和接收的信號強度(RSSI)指示的控制寄存器。這種特殊的結構確定了室內定位系統可以使用控制器單片機芯片對A7139進行收發狀態的選擇和控制，它們之間可通過SPI口進行數據傳輸。
射頻模塊主要是無線通信，STM8與A7139通過SPI口通信。硬件上將A7139的CKO、GPIO1和GPIO2與STM8的PB0、SPI_MISO和PD0引腳相連，還有SDIO、SCK和SCS引腳與STM8的SPI_MOSI、SPI_SCK和SPI_NSS引腳連接，單片機通過將SCS引腳置低電平來訪問A7139相關寄存器，在SCK的上升沿時SPI的數據將會被鎖存在寄存器中，因此想要發送數據應處在SCK的下降沿時。還存在一下A7139的外圍電路，主要的設計依據是根據它的頻率進行設置，本文采用的是433MHz，基本的外圍電路該硬件電路主要包括濾波電容、旁路電路和RF匹配、濾波、電源藕合、SPI接口設計等。
室內定位系統主要是對室內攜帶有移動射頻標簽的移動目標進行位置定位，需要完成信息的采集、傳輸、處理和顯示。為了實現系統功能，需要包含RFID信息采集系統、無線傳輸系統、定位數據中心和定位顯示系統，其中，RFID信息采集系統主要通過RFID讀寫器對多個移動目標上攜帶的RFID標簽進行信息的采集和數據的傳輸；無線傳輸系統是將RFID讀寫器傳輸過來的數據通過無線傳輸的形式傳遞給定位數據中心；定位數據中心根據實時數據和存儲數據進行移動目標的位置估計定位和歷史數據的查詢；定位系統通過定位顯示界面進行實時定位和監控室內移動物體。
定位過程中，當各個節點和模塊正常上電后，就可以開始定位，參考節點將在定位過程中周期性地發射超聲波和射頻信號，移動目標所在的待定位節點等待接收信號。移動目標接收到射頻信號后，即實現了射頻同步，待定位節點開始計時等待超聲波信號的到達，同時分別對無線傳輸的數據進行判斷，以便區分數據來自哪個節點，最后按照定位原理進行坐標計算。在室內定位系統中，每個參考節點的射頻模塊周期性地發射射頻信號，包括的信息內容主要由唯一的空間ID、坐標和測量的環境溫度等組成。
結合射頻信號的內容、發送和接收方式的要求，設計步驟主要如下：
1.對控制芯片和射頻芯片進行初始化，設置相應寄存器為SPI通信。
2.主芯片產生發送信號給射頻模塊。
3.射頻模塊通過寄存器設置發送位，再經過調制解調器、壓控振蕩器和功放管放大信號把緩存區中的數據發送出去。
4.接收端產生接收信號，經過低噪聲放大器和自動增益控制放大器反饋后通過調制解調器解碼，通過SPI通信反饋一個數字信號。在信號放大階段，該信號與信號強度指示(RSSI)的信號進行比較傳遞給調制解調器。
5.接收的數據存儲在緩存器中，并與發送的數據進行比較，是否完整通過LED燈來判斷。
射頻信號的發送主要是由單片機輸出的數字信號進行數據編碼，然后通過信道編碼的方式轉變成數字基帶信號，再通過數字調制的方式將數字基帶信號變成數字頻帶信號，該數字頻帶信號可以通過天線發送到信道中。
射頻信號的接收過程，則與發送過程相反，先進行數字解調將數字頻帶信號變成數字基帶信號，再進行信道解碼，最后數據解碼，得到所需的數字信號。
在系統的定位過程中，由于信道中不可避免的存在加性噪聲，導致信道對無線通信具有十分重要的影響因素。加性噪聲與有用信號之間是獨立的相加關系，并且是始終存在的。信道中加性噪聲的來源比較廣泛，主要存在過程噪聲和測量噪聲兩種隨機的獨立噪聲，它們均是由熱噪聲、散彈噪聲等高斯白噪聲組成。
由于信號和噪聲均可能具有連續的功率譜，即使濾波器具有非常理想的頻率響應，也不可能完全濾除掉噪聲，并且不能保證信號波形的不失真。因此，針對該室內定位系統需要選擇一種能夠使誤差最小的濾波方法。目前，最好的濾波方法就是通過設計出最優的濾波理論來實現信號的干擾噪聲處理。本文采用了卡爾曼濾波算法進行去噪處理。
卡爾曼濾波是以最小均方誤差為估計的最佳準則的一套遞推估計的算法,其基本思想是采用信號與噪聲的狀態空間模型,利用前一時刻的估計值和現時刻的觀測值來更新對狀態變量的估計,求出現時刻的估計值。
濾波算法中采用的是離散濾波模型:
xk＝Ak-1xk-1+qk-1
yk＝Hkxk+rk (2)
其中，xk是k時刻的狀態值，yk是k時刻的測量值，Ak-1是k-1時刻的狀態模型轉移矩陣，qk-1是k-1時刻的過程噪聲，Hk是k時刻的測量模型測量矩陣，rk是k時刻的測量噪聲。
卡爾曼濾波過程主要分為兩個步驟:
預測過程:
其中，和分別是觀測前k時刻的狀態預測平均值和均方差，Pk-1是k-1時刻的均方差，Qk-1是k-1時刻的過程噪聲，
更新過程:
其中，vk是k時刻的殘余誤差，Sk是k時刻的測量預測協方差，Rk是k時刻的測量噪聲，Kk是濾波增益，mk和Pk分別是觀測后k時刻的狀態估計平均值和均方差。
假設在室內環境中，移動目標處于勻速直線運動方式，它的狀態可以用離散勻速模型來表述，運動狀態會受到一定程度的隨機噪聲干擾。對于移動目標來說，定位的狀態模型函數應為Xk＝[xk,yk,zk]T，測量模型函數是：
在MATLAB中，模擬實驗室環境，實驗室尺寸是10mx5mx3m，假設該移動目標的運動軌跡是x軸在0-6m，y軸在0-2.5m，Z軸在0-1.5m范圍內的非線性運動曲線。選取x軸作為參照軸，x軸每間隔1cm則有一測量點(x,y,z)，共600個測量點，可以建立x、y、z軸之間的函數關系，得到原始信號的實際值和測量值的數據曲線；同時在系統中添加獨立存在的高斯過程噪聲和測量噪聲，得到原始信號的濾波數據曲線。
結合上述的定位方法，首先，基于三邊測量法的原理，采用最小二乘法對移動目標的坐標值進行計算，已經可以避免較大的誤差和無解情況；然后，再使用卡爾曼濾波算法進行位置動態估計，減少誤差，最終可以實現精確的室內移動目標定位。
在室內定位系統中，射頻技術是一種關鍵技術，是實現無線定位的必然手段，而且，射頻技術與其他技術相結合的方式不同，定位效果不同，精度也不盡相同。本文采用的基于射頻技術與超聲波技術的室內定位系統方案，以及所采用的定位方式和濾波算法，是在所有定位方法中，定位精度相對最佳的。
分析定位三邊測量法的基本原理，采用節點冗余法以及最小二乘法來提高定位坐標的精度；通過分析超聲波測距的原理，采用在發送端與接收端之間的射頻信號同步設置來提高測距的精度；射頻模塊同時充當無線數據的傳輸媒介；定位方式采用的主動定位與被動定位方式相結合的方法，該方式靈活可靠，有利于動態定位。
在射頻模塊的設計中，主要采用低成本、低功耗、可編程A7139芯片，它的數據傳輸速率大，提供數據包處理、數據緩沖等功能。利用STM8L051F3單片機對射頻模塊進行發送和接收控制，實驗驗證了系統穩定性和工作可靠性。
由于在室內環境中存在大量隨機噪聲的干擾，為進一步提高定位的精度，濾除定位中包含的過程隨機噪聲和測量隨機噪聲對信號的干擾，本文采用卡爾曼濾波算法對信號進行濾波處理，該方法相對于之前的測量結果來說，精度得到了提高。
至少可以達到以下有益效果：降低定位系統的設計成本，提高系統的穩定性和可靠性，同時提高了定位精度
最后應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。