超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)及定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)及定位方法，包括三類基本節(jié)點(diǎn)：錨節(jié)點(diǎn)、移動節(jié)點(diǎn)和顯控節(jié)點(diǎn)。錨節(jié)點(diǎn)是空間位置已知的固定節(jié)點(diǎn)，移動節(jié)點(diǎn)是空間中需要被確定位置坐標(biāo)的活動節(jié)點(diǎn)，顯控節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)定位結(jié)果并對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)采用射頻和超聲信號進(jìn)行聯(lián)系，在錨節(jié)點(diǎn)或者移動節(jié)點(diǎn)上對接收聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，解算出移動節(jié)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，并最終在顯控節(jié)點(diǎn)上對系統(tǒng)的定位結(jié)果進(jìn)行顯示。本發(fā)明設(shè)計(jì)的超聲定位系統(tǒng)相比于超寬帶射頻、WIFI射頻、視頻影像等技術(shù)具有性能突出、成本低廉、私密性強(qiáng)、無電磁污染等優(yōu)點(diǎn)，是室內(nèi)位置服務(wù)的首選技術(shù)。
【專利說明】超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)及定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于超聲射頻聯(lián)合處理實(shí)現(xiàn)室內(nèi)移動目標(biāo)定位的系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，屬于超聲探測定位【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速增加，人們對定位與導(dǎo)航的需求日益增大，尤其在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，如機(jī)場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中，常常需要確定移動終端或其持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信息。但是受定位時(shí)間、定位精度以及復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制，比較完善的定位技術(shù)目前還無法很好地利用。因此，專家學(xué)者提出了許多室內(nèi)定位技術(shù)解決方案，如A-GPS定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、紅外線技術(shù)、射頻識別技術(shù)、超寬帶技術(shù)、無線局域網(wǎng)絡(luò)、光跟蹤定位技術(shù)，以及圖像分析、信標(biāo)定位、計(jì)算機(jī)視覺定位技術(shù)等等。這些室內(nèi)定位技術(shù)從總體上可歸納為幾類，即GNSS技術(shù)(如偽衛(wèi)星等)，無線定位技術(shù)(無線通信信號、射頻無線標(biāo)簽、超聲波、光跟蹤、無線傳感器定位技術(shù)等)，其它定位技術(shù)(計(jì)算機(jī)視覺、航位推算等)，以及GNSS和無線定位組合的定位技術(shù)(A-GPS或A-GNSS)。
[0003]考慮到室內(nèi)定位的特點(diǎn)，如何提聞定位精度是研究的重點(diǎn)，超聲波定位技術(shù)由于整體定位精度較高，結(jié)構(gòu)簡單，成本相對低廉，是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)高精度定位的首選方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于射頻超聲信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)及其定位實(shí)現(xiàn)方法。錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)采用射頻和超聲信號進(jìn)行聯(lián)系，在錨節(jié)點(diǎn)或者移動節(jié)點(diǎn)上對接收聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并運(yùn)行高精度定位算法，解算出移動節(jié)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，并最終在顯控節(jié)點(diǎn)上對系統(tǒng)的定位結(jié)果進(jìn)行顯示。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征是，包括三類基本節(jié)點(diǎn):錨節(jié)點(diǎn)、移動節(jié)點(diǎn)和顯控節(jié)點(diǎn)；
[0007]錨節(jié)點(diǎn)固定在室內(nèi)屋頂，是空間位置已知的固定節(jié)點(diǎn)，與移動節(jié)點(diǎn)間采用射頻超聲信號進(jìn)行聯(lián)系；
[0008]移動節(jié)點(diǎn)是空間中需要被確定位置坐標(biāo)的活動節(jié)點(diǎn)；
[0009]錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)間通過收發(fā)超聲信號實(shí)現(xiàn)對移動節(jié)點(diǎn)的定位；
[0010]在移動節(jié)點(diǎn)或者顯控節(jié)點(diǎn)上對接收的超聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)算定位，解算出移動節(jié)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。
[0011]顯控節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和移動節(jié)點(diǎn)定位結(jié)果并對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
[0012]顯控節(jié)點(diǎn)包括控制器、處理器、顯示器、射頻通信模塊，控制器控制處理器、顯示器和射頻通信模塊進(jìn)行工作。[0013]錨節(jié)點(diǎn)包括控制器、信號發(fā)生器、超聲發(fā)射探頭、射頻通信模塊，控制器控制信號發(fā)生器、超聲發(fā)射探頭和射頻通信模塊進(jìn)行工作。
[0014]移動節(jié)點(diǎn)包括控制器、處理器、超聲接收探頭、射頻通信模塊，控制器控制處理器、超聲接收探頭和射頻通信模塊進(jìn)行工作。
[0015]各錨節(jié)點(diǎn)間通過射頻通信模塊發(fā)射和接受同步信號，同步信號是射頻信號。
[0016]錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)間工作于同步模式或異步模式。
[0017]同步模式，目標(biāo)的精確定位依賴于錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘準(zhǔn)確同步。
[0018]異步模式，在滿足一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提下，目標(biāo)的精確定位不依賴于錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘準(zhǔn)確同步。
[0019]超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征是，包含以下步驟:
[0020](I)在室內(nèi)屋頂按照特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)安裝不少于4個(gè)以上的錨節(jié)點(diǎn)，并準(zhǔn)確標(biāo)定每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的地理坐標(biāo)；
[0021](2)錨節(jié)點(diǎn)間使用射頻信號進(jìn)行同步并與移動節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行超聲信號的收發(fā)；
[0022](3)在移動節(jié)點(diǎn)或者顯控節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、運(yùn)行定位算法，得出定位結(jié)果；
[0023](4)在顯控節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行定位結(jié)果顯示。
[0024]步驟(3)中的定位算法采用球面交匯法確定移動節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，在使用m個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的情況下，已知屋頂m個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置分別為坐標(biāo)(xn, yn, zn),其中,η = I, 2，3，4…m,求解移動節(jié)點(diǎn)位置P坐標(biāo)(X，y, z)；
[0025]由收發(fā)位置和斜距得如下球面方程組:
【權(quán)利要求】
1.一種超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征是，包括三類基本節(jié)點(diǎn):錨節(jié)點(diǎn)、移動節(jié)點(diǎn)和顯控節(jié)點(diǎn)； 錨節(jié)點(diǎn)固定在室內(nèi)屋頂，是空間位置已知的固定節(jié)點(diǎn)，與移動節(jié)點(diǎn)間采用射頻超聲信號進(jìn)行聯(lián)系； 移動節(jié)點(diǎn)是空間中需要被確定位置坐標(biāo)的活動節(jié)點(diǎn)； 錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)間通過收發(fā)超聲信號實(shí)現(xiàn)對移動節(jié)點(diǎn)的定位； 在移動節(jié)點(diǎn)或者顯控節(jié)點(diǎn)上對接收的超聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)算定位，解算出移動節(jié)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。 顯控節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和移動節(jié)點(diǎn)定位結(jié)果并對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:顯控節(jié)點(diǎn)包括控制器、處理器、顯示器、射頻通信模塊，控制器控制處理器、顯示器和射頻通信模塊進(jìn)行工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:錨節(jié)點(diǎn)包括控制器、信號發(fā)生器、超聲發(fā)射探頭、射頻通信模塊，控制器控制信號發(fā)生器、超聲發(fā)射探頭和射頻通信模塊進(jìn)行工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:移動節(jié)點(diǎn)包括控制器、處理器、超聲接收探頭、射頻通信模塊，控制器控制處理器、超聲接收探頭和射頻通信模塊進(jìn)行工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:各錨節(jié)點(diǎn)間通過射頻通信模塊發(fā)射和接受同步信號，同步信號是射頻信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)間工作于同步模式或異步模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:同步模式，目標(biāo)的精確定位依賴于錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘準(zhǔn)確同步。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:異步模式，在滿足一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提下，目標(biāo)的精確定位不依賴于錨節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘準(zhǔn)確同步。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征是，包含以下步驟: (1)在室內(nèi)屋頂按照特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)安裝不少于4個(gè)以上的錨節(jié)點(diǎn)，并準(zhǔn)確標(biāo)定每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的地理坐標(biāo)； (2)錨節(jié)點(diǎn)間使用射頻信號進(jìn)行同步并與移動節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行超聲信號的收發(fā)； (3)在移動節(jié)點(diǎn)或者顯控節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、運(yùn)行定位算法，得出定位結(jié)果； (4)在顯控節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行定位結(jié)果顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲射頻信號聯(lián)合處理的室內(nèi)定位方法，其特征是，步驟(3)中的定位算法采用球面交匯法確定移動節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，在使用m個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的情況下，已知屋頂m個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置分別為坐標(biāo)(xn，yn, zn)，其中，η = I, 2，3，4…m，求解移動節(jié)點(diǎn)位置P坐標(biāo)(X，y, z)； 由收發(fā)位置和斜距得如下球面方程組:
【文檔編號】G01S5/18GK103941231SQ201410201966
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】李建 申請人:李建