一种基于5G通信网络的协同定位系统的制作方法

本发明涉及移动通信，特别是一种基于5g通信网络的协同定位系统。

背景技术：

1、随着第五代移动通信技术(5g)的全面商用，无线通信领域的定位技术迎来了前所未有的革新机遇。5g网络的高速数据传输能力，为高精度、实时定位服务的实现奠定了坚实的基础。传统定位技术主要依赖于全球导航卫星系统，但在室内环境、城市峡谷或复杂电磁环境下，信号易受干扰，导致定位精度和稳定性受限。

2、尽管5g网络为定位技术带来了显著的性能提升，但现有技术仍存在一定的挑战。由于5g网络的覆盖范围和信号质量在不同地理区域间存在差异，如何实现在各种环境条件下均能保持高精度的定位，是现有技术难以克服的障碍。此外，传统的定位系统往往缺乏对用户行为模式的深度理解，难以提供个性化和预测性的定位服务。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种基于5g通信网络的协同定位系统解决现有定位技术在多变环境条件下，因信号衰减、多径效应及时间同步误差导致的定位精度与响应速度不足的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种基于5g通信网络的协同定位系统，其包括，多模态数据采集与预处理模块：从5g基站、gps卫星、wi-fi热点和蓝牙信标接收多源数据，并进行初步清理；

5、高精度时间同步模块：利用5g网络的低延迟特性，与基站进行高精度的时间同步并进行时间标记；

6、边缘计算节点上的实时分析模块：将带有精确的时间戳的数据传递至边缘计算节点，实时分析用户的移动模式，预测用户可能的下一位置；

7、智能切换与定位预测模块：基于当前环境条件、信号质量、以及预测的用户行为，系统自动选择最合适的定位技术进行定位预测；

8、定位结果生成与反馈模块：基于自动选择的定位预测技术，生成最终定位结果，并通过5g网络反馈给用户设备；

9、持续监控与系统优化模块：持续监控定位效果和环境变化，收集用户反馈，进行系统优化。

10、作为本发明所述基于5g通信网络的协同定位系统的一种优选方案，其中：所述接收多源数据包括从5g基站收集信号强度和信号到达时间；

11、从gps卫星收集伪距和载波相位数据；

12、从wi-fi热点和蓝牙信标收集接收信号强度指示；

13、系统内置的加速度计和陀螺仪传感器持续监测设备的运动状态。

14、作为本发明所述基于5g通信网络的协同定位系统的一种优选方案，其中：所述初步清理包括使用统计方法识别并移除明显偏离正常范围的数据点；

15、基于信号强度和信号稳定性评估信号质量，剔除质量低下的数据；

16、使用插值方法填充缺失数据。

17、作为本发明所述基于5g通信网络的协同定位系统的一种优选方案，其中：利用5g网络的低延迟特性，与基站进行高精度的时间同步并进行时间标记包括以下步骤：

18、选择ptp作为时间同步的协议，并进行初始化；

19、系统与基站开始ptp消息交换，包括：

20、基站作为主时钟发送包含发送时的时间戳的sync消息；

21、基站发送sync消息后，继续发送包含精确发送时间的follow up消息；

22、系统作为从时钟，向基站发送delay request消息，请求延迟信息；

23、基站收到delay request后，立即发送包含接收和发送的时间戳的delayresponse消息；

24、根据ptp消息的时间戳，计算系统与基站之间的时间偏移；

25、完成时间同步后，对所有收集到的数据进行时间标记；

26、系统建立一个时间标记数据库，将每个附带精确的时间标记的数据点存储在时间标记数据库中。

27、作为本发明所述基于5g通信网络的协同定位系统的一种优选方案，其中：将带有精确的时间戳的数据传递至边缘计算节点，实时分析用户的移动模式，预测用户可能的下一位置包括以下步骤：

28、提取时间数据库中的带有精确时间戳的数据点，上传至边缘计算节点；

29、对边缘计算节点上的数据点进行质量评估，根据信号强度、噪声水平和时间一致性动态，动态调整不同数据源的权重，反映不同数据源的质量，表达式为：

30、

31、其中，wp表示第p个数据源的权重，σp表示噪声水平，σavg表示所有数据源的平均噪声水平，δtp表示时间一致性误差，δtavg表示所有数据源的平均时间一致性误差，σq表示第q个数据源的噪声标准差，n表示数据源总数。

32、采用卷积神经网络处理不同信号源信号强度的空间分布，长短时记忆网络捕捉信号随时间变化的规律；

33、边缘节点实时分析用户的移动模式，使用长短时记忆网络模型捕捉用户的移动轨迹特征，预测用户的下一位置，表达式为：

34、

35、其中，pnext表示预测的下一位置，t0表示时间点的积分下限，ta表示时间点的积分上限，i表示历史位置点的索引，m表示历史位置点的数量，ai(t)表示第i个历史位置点处的随时间t变化的加速度，ti表示第i个历史位置点的时间戳，τ表示时间窗口宽度。

36、作为本发明所述基于5g通信网络的协同定位系统的一种优选方案，其中：基于当前环境条件、信号质量，以及预测用户行为，系统自动选择最合适的定位技术进行定位预测包括以下步骤：

37、综合当前环境条件、信号质量，以及预测用户行为，设计一个综合评价函数，评估每种定位技术的适用性，选择最合适的定位技术进行定位预测，表达式为：

38、

39、其中，f(t)表示针对不同定位技术的综合评价函数，t表示定位技术类型，sk表示第k种信号的强度，ek表示第k种信号受到的环境影响程度，η表示环境因素调整系数，β表示一个常数，p表示用户行为参数向量的模。

40、作为本发明所述基于5g通信网络的协同定位系统的一种优选方案，其中：基于自动选择的定位预测技术，生成最终定位结果，并通过5g网络反馈给用户设备包括以下步骤：

41、使用选定的定位技术，选择最优定位技术进行预测；

42、根据最优定位技术预测的结果和当前环境条件，计算最终的定位结果，表达式为：

43、

44、其中，xfinal表示最终的最优定位估计结果，η表示环境因素调整系数，e表示环境向量；

45、从智能定位系统接收实时定位结果，将定位结果信息转换为统一的数据格式并封装成数据包；

46、利用数据压缩算法对数据包进行压缩，并采用高级加密标准对压缩后的数据包进行加密；

47、在加密后的数据包中嵌入md5哈希校验码并建立重传机制，如果接收端检测到数据损坏，将通过5g网络的反向信道请求重新发送损坏的数据包，直到接收到完整无损的数据为止；

48、在5g网络中，为定位数据包预留专用的低延迟信道；

49、通过5g网络的高速数据链路层协议发送加密且压缩的数据包；

50、用户设备上的定位应用程序接收数据包，使用共享密钥或私钥解密数据包；

51、使用md5校验码验证数据包的完整性，如果数据包损坏，则触发重传请求；

52、对解密后的数据包进行解压缩，恢复原始数据结构；

53、定位应用程序解析json格式的数据，提取定位结果和预测位置，更新用户界面显示当前和预测的位置信息。

54、作为本发明所述基于5g通信网络的协同定位系统的一种优选方案，其中：持续监控定位效果和环境变化，收集用户反馈，进行系统优化包括以下步骤：

55、系统持续收集实时数据流，通过移动应用界面、电子邮件调查和社交媒体监听渠道收集用户反馈；

56、应用自然语言处理技术，对用户反馈进行情感分析，识别正面和负面评价的关键因素；

57、使用聚类分析识别用户群体的行为模式，了解不同用户群体对系统性能的需求差异；

58、开发自适应滤波器修正定位错误；

59、根据实时数据分析的结果，调整定位算法的参数；

60、采用动态功率控制策略，根据设备活动水平智能调节传感器和处理器的工作状态，延长电池寿命；

61、基于用户反馈和行为模式分析，优化用户界面设计，简化操作流程，提高用户满意度。

62、本发明有益效果为：通过集成多源信号，进行数据预处理，提升了信号质量和数据完整性。利用5g低延迟特性实现高精度时间同步，增强了定位精度。边缘计算实时分析用户移动模式，结合信号强度和时间一致性动态调整数据源权重，提高了预测准确性。智能切换机制基于环境条件和信号质量自动选择最佳定位技术，保证了定位的灵活性和可靠性。最终，系统通过5g网络高效反馈定位结果，并持续优化，采用自然语言处理和聚类分析提升用户体验，实现了定位精度、响应速度和用户满意度的全面提升，特别适用于复杂多变的环境。