本實(shí)用新型涉及無(wú)線定位領(lǐng)域，特別是一種基于智能手機(jī)的混合定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和智能終端的普及，基于位置的服務(wù)受到越來(lái)越多的關(guān)注，并在交通引導(dǎo)、興趣點(diǎn)查詢、車輛跟蹤、緊急救援、網(wǎng)絡(luò)社交等領(lǐng)域顯示出巨大的活力。其中，定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)基于位置的服務(wù)的必要前提和關(guān)鍵。GPS系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣的定位技術(shù)，具有精度高、覆蓋范圍廣等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但由于衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法穿透障礙物，不能適用于封閉的室內(nèi)環(huán)境中。為了解決室內(nèi)的定位問(wèn)題，人們提出了許多基于各種室內(nèi)定位技術(shù)，包括無(wú)線定位和慣性定位。

無(wú)線定位是依據(jù)無(wú)線信標(biāo)傳播的某些物理屬性來(lái)確定節(jié)點(diǎn)間的空間關(guān)系。基于RSSI的指紋定位是目前最常見(jiàn)的室內(nèi)無(wú)線定位方法。RSSI指紋定位方法是基于場(chǎng)景分析原理，它利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度變化的分布情況，收集定位場(chǎng)景的RSSI信號(hào)特征（位置指紋）構(gòu)建指紋庫(kù)，然后通過(guò)匹配在線測(cè)量與指紋庫(kù)來(lái)估算目標(biāo)的位置。基于RSSI的指紋定位方法無(wú)需測(cè)距，能適應(yīng)室內(nèi)復(fù)雜的多徑傳輸特性，具有成本低、易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但存在兩方面缺陷：（1）指紋地圖的建立和更新需要消耗大量的人工成本；（2）誤差較大（一般大于2米）；并且定位結(jié)果很不穩(wěn)定。超寬帶定位（UWB）是一種新興的無(wú)線定位技術(shù)。UWB極寬的帶寬使得測(cè)量數(shù)據(jù)包到達(dá)的時(shí)間可以精確到納秒，因此具有很高的測(cè)距精度，能提供亞米級(jí)的定位精度。此外，UWB定位系統(tǒng)還具有穿透力強(qiáng)、抗多徑效果好、系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)。但UWB設(shè)備價(jià)格比較昂貴，這也大大限制其應(yīng)用普及。

慣性定位/導(dǎo)航是利用加速度計(jì)、陀螺儀、羅盤等慣性元件來(lái)測(cè)量運(yùn)載體本身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算得到運(yùn)載體的速度和位置，從而達(dá)到定位的目的。它能夠不依賴任何外界信息，實(shí)時(shí)、連續(xù)、自主地測(cè)量并提供載體的全部運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息（位置、速度、加速度、姿態(tài)等）用于導(dǎo)航和控制，同時(shí)對(duì)外界不產(chǎn)生任何暴露性的信息。但是它的缺點(diǎn)是，所提供的運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息的誤差會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而有逐漸增大的趨勢(shì)。

綜上所述，現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)在精度、穩(wěn)定性、成本和便攜性等方面還不能很好地滿足應(yīng)用的需要，這也限制了基于位置的服務(wù)在室內(nèi)環(huán)境中的普及。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種基于智能手機(jī)的混合定位系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將基于TDOA的無(wú)線定位技術(shù)與慣性定位技術(shù)相結(jié)合，有效解決室內(nèi)定位系統(tǒng)在精度和成本間的矛盾問(wèn)題。

本實(shí)用新型采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種基于智能手機(jī)的混合定位系統(tǒng)，包括信標(biāo)設(shè)備與手機(jī)端；所述信標(biāo)設(shè)備包括聲波模塊與WIFI發(fā)射模塊；所述手機(jī)端包括信標(biāo)檢測(cè)模塊和基于慣性的定位模塊；所述信標(biāo)檢測(cè)模塊包括WIFI接收模塊以及用以接收聲波信號(hào)的麥克風(fēng)，該模塊通過(guò)測(cè)量聲波信號(hào)與射頻信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差計(jì)算手機(jī)到信標(biāo)設(shè)備的距離。所述基于慣性的定位模塊與所述信標(biāo)檢測(cè)模塊相連，所述基于慣性的定位模塊包括方向計(jì)算模塊、距離計(jì)算模塊；所述方向計(jì)算模塊包括羅盤和陀螺儀，用以判斷用戶的移動(dòng)方向；所述距離計(jì)算模塊包括加速度傳感器與陀螺儀。

進(jìn)一步地，所述聲波模塊包括用以發(fā)射聲波的外接揚(yáng)聲器。

進(jìn)一步地，所述WIFI發(fā)射模塊包括射頻發(fā)射器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將慣性定位技術(shù)與基于TDOA的無(wú)線技術(shù)相結(jié)合，能適應(yīng)復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境。不僅可以有效地提高室內(nèi)定位的精度和穩(wěn)定性，而且大大降低部署成本，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于各種大型室內(nèi)定位場(chǎng)景中。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種基于智能手機(jī)的混合定位系統(tǒng)，包括信標(biāo)設(shè)備與手機(jī)端；所述信標(biāo)設(shè)備包括聲波模塊與WIFI發(fā)射模塊；所述手機(jī)端包括信標(biāo)檢測(cè)模塊和基于慣性的定位模塊；所述信標(biāo)檢測(cè)模塊包括WIFI接收模塊以及用以接收聲波信號(hào)的麥克風(fēng)，該模塊通過(guò)測(cè)量聲波信號(hào)與射頻信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差計(jì)算手機(jī)到信標(biāo)設(shè)備的距離。所述基于慣性的定位模塊與所述信標(biāo)檢測(cè)模塊相連，所述基于慣性的定位模塊包括方向計(jì)算模塊、距離計(jì)算模塊；所述方向計(jì)算模塊包括羅盤和陀螺儀，用以判斷用戶的移動(dòng)方向；所述距離計(jì)算模塊包括加速度傳感器與陀螺儀。

在本實(shí)施例中，所述聲波模塊包括用以發(fā)射聲波的外接揚(yáng)聲器。

在本實(shí)施例中，所述WIFI發(fā)射模塊包括射頻發(fā)射器。

較佳的，在本實(shí)施例中， 初始時(shí)，將信標(biāo)設(shè)備預(yù)先部署在定位場(chǎng)景中的開(kāi)闊地方，以便每個(gè)定位區(qū)域均能被無(wú)線信標(biāo)的信號(hào)所覆蓋。所述信標(biāo)設(shè)備通過(guò)聲波模塊和wifi模塊周期性發(fā)送聲波信號(hào)和無(wú)線信標(biāo)。其發(fā)送頻率應(yīng)盡量與人的行走頻率相一致，即根據(jù)人的行走速度制定相應(yīng)的掃描頻率。所述聲波模塊通過(guò)一個(gè)外接揚(yáng)聲器來(lái)產(chǎn)生聲波，聲波頻率可設(shè)置為18kHz-21kHz，即高于人的聽(tīng)力范圍。

在定位階段，用戶通過(guò)手持手機(jī)端實(shí)現(xiàn)自身定位。所述手機(jī)端通過(guò)麥克風(fēng)接收聲波信號(hào)，并通過(guò)wifi接收模塊搜索無(wú)線信標(biāo)信號(hào)，然后判斷該無(wú)線信標(biāo)是否為視距傳播。如果是視距傳播，則啟用采用基于測(cè)距的定位方法實(shí)現(xiàn)定位，否則通過(guò)基于慣性的定位模塊實(shí)現(xiàn)定位。所述信標(biāo)檢測(cè)模塊通過(guò)測(cè)量射頻和聲波信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差計(jì)算手機(jī)到信標(biāo)設(shè)備的距離，然后采用多邊測(cè)量法實(shí)現(xiàn)定位。所述慣性的定位模塊是通過(guò)方向計(jì)算模塊和距離計(jì)算模塊，分別計(jì)算用戶的運(yùn)動(dòng)方向和距離，進(jìn)而計(jì)算出用戶的相對(duì)位移，從而實(shí)現(xiàn)定位。所述方向計(jì)算模塊是通過(guò)羅盤和陀螺儀來(lái)推斷用戶的移動(dòng)方向。所述距離計(jì)算模塊通過(guò)計(jì)步模塊和步長(zhǎng)計(jì)算模塊，分別計(jì)算用戶的移動(dòng)步數(shù)和步長(zhǎng)，并依此計(jì)算移動(dòng)距離。所述計(jì)步模塊依據(jù)加速度傳感器來(lái)統(tǒng)計(jì)用戶的移動(dòng)步數(shù)。計(jì)步模塊僅當(dāng)陀螺儀傳感器的閾值超過(guò)0.3才開(kāi)始測(cè)量加速度傳感器數(shù)據(jù)，以便降低定位功耗。

值得一提的是，本實(shí)用新型保護(hù)的是硬件結(jié)構(gòu)，至于控制方法與計(jì)算方法不要求保護(hù)。以上僅為本實(shí)用新型實(shí)施例中一個(gè)較佳的實(shí)施方案。但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方案，凡按本實(shí)用新型方案所做的任何均等變化和修飾，所產(chǎn)生的功能作用未超出本方案的范圍時(shí)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。