一種室內(nèi)定位裝置和定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種室內(nèi)定位裝置和定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)室內(nèi)定位服務(wù)的需求與日俱增，在一 些公共場(chǎng)所，如商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、展廳、寫(xiě)字樓、倉(cāng)庫(kù)、地下停車場(chǎng)等，精確的室內(nèi)定位信息，能夠 方便用戶購(gòu)物、出行、查找室內(nèi)目標(biāo)等；能夠?qū)捎每臻g和庫(kù)存物資實(shí)現(xiàn)高效管理；能夠?qū)?航警察、消防員、士兵、醫(yī)務(wù)工作人員完成特定的室內(nèi)任務(wù)。智能空間、普適計(jì)算等都離不開(kāi) 位置服務(wù)，因此室內(nèi)定位具有廣闊的應(yīng)用前景。GPS雖然在室外定位方面能滿足很多應(yīng)用的 需求，但是由于建筑物墻壁、室內(nèi)物體等對(duì)信號(hào)的阻擋等，在室內(nèi)環(huán)境中其信號(hào)很弱或者沒(méi) 有，因此在室內(nèi)環(huán)境中很難使用GPS來(lái)進(jìn)行定位。
[0003] 國(guó)內(nèi)外關(guān)于室內(nèi)定位技術(shù)的研宄比較豐富，根據(jù)定位原理有鄰近檢測(cè)、指紋匹配 和多邊/角度方法等。鄰近檢測(cè)方法將檢測(cè)到的信號(hào)源位置作為定位位置，精度較低。指紋 匹配方法利用室內(nèi)環(huán)境中的信號(hào)特征匹配能夠得到較好的定位精度，但定位結(jié)果易受室內(nèi) 多徑效應(yīng)和環(huán)境變化等影響，定位結(jié)果不穩(wěn)定，精度不高，且需建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，工作繁瑣。 而多邊/角度方法需要先通過(guò)TOA、TDOA、AOA等算法精確測(cè)量定位點(diǎn)到參考點(diǎn)的距離/角 度等信息，再利用三邊測(cè)量法等對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。如果參考節(jié)點(diǎn)位置信息準(zhǔn)確、測(cè)量距離準(zhǔn) 確，就可以精確地測(cè)得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置，但在實(shí)際測(cè)量中這些數(shù)據(jù)值會(huì)存在誤差，影響定位 結(jié)果。如需室內(nèi)全覆蓋，還需布置大量的參考點(diǎn)，成本較高。
[0004] 申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110054768. 3的專利提出了基于RSSI的加權(quán)三邊定位方法，局限 之處在于該方法不能精確測(cè)得節(jié)點(diǎn)間的距離，從而使定位誤差較大。
[0005] 申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210290193.X的專利提出基于矩陣相關(guān)的WLAN室內(nèi)定位方法，局 限之處在于采集室內(nèi)環(huán)境特征指紋需要大量的人力物力，且由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，多徑效應(yīng) 明顯，無(wú)線信號(hào)易受影響，定位精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種室內(nèi)定位裝置，旨在簡(jiǎn)化定位裝置的結(jié)構(gòu)，且定位精 度高，穩(wěn)定性好，成本低。
[0007] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種室內(nèi)定位裝置，其特征在于，包括底座、設(shè)于所述底座 上的光源、旋轉(zhuǎn)件、設(shè)置于所述旋轉(zhuǎn)件上的旋轉(zhuǎn)外殼，以及控制器；
[0008] 所述旋轉(zhuǎn)外殼為半球面狀的殼體或者是由多個(gè)小平面或環(huán)形面拼接形成的外切 于一個(gè)半球面的殼體；所述光源的發(fā)光點(diǎn)位于所述半球面的球心處；
[0009] 所述旋轉(zhuǎn)外殼劃分為多個(gè)平行于煒線的編碼圈，每個(gè)編碼圈在經(jīng)度方向相對(duì)光源 的角度α已知；每個(gè)編碼圈劃分為多個(gè)編碼位，所述編碼位在煒度方向相對(duì)該編碼圈的中 心點(diǎn)的角度β為360/Ν度，其中N為一個(gè)編碼圈中的編碼位的數(shù)量，不同編碼圈的編碼位 排布方式不同；
[0010] 在每個(gè)編碼圈中，若干個(gè)編碼位為透光狀態(tài)，且不存在連續(xù)兩個(gè)或多個(gè)非透光的 編碼位，若干個(gè)特定方式排布的編碼位構(gòu)成該編碼圈的起始位及結(jié)束位；
[0011] 每個(gè)編碼圈中包括一個(gè)與其他編碼位形狀不同的特殊編碼位，所述特殊編碼位的 寬度在經(jīng)度方向具有預(yù)設(shè)的變化規(guī)律；
[0012] 所述底座還設(shè)有具有卡槽的光耦合器，所述旋轉(zhuǎn)件面對(duì)所述底座的一側(cè)設(shè)有擋光 片，所述旋轉(zhuǎn)件帶動(dòng)所述擋光片每穿過(guò)卡槽一次，所述控制器控制所述光源發(fā)生一次頻率 跳變；
[0013] 所述室內(nèi)定位裝置還包括接收端，用于放置在待定位點(diǎn)感應(yīng)光信號(hào)并檢測(cè)頻率跳 變點(diǎn)，并根據(jù)所述光信號(hào)和頻率跳變點(diǎn)進(jìn)行定位。
[0014] 本發(fā)明的另一目的在于提供基于上述室內(nèi)定位裝置的室內(nèi)定位方法，包括下述步 驟：
[0015] 驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)外殼進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使所述旋轉(zhuǎn)外殼由光源投影至待定位點(diǎn)所在水平面的投 影光圈也隨之旋轉(zhuǎn)；
[0016] 由位于待定位點(diǎn)的接收端感應(yīng)光信號(hào)，根據(jù)所述光信號(hào)確定其所在的投影光圈， 進(jìn)而確定該投影光圈的內(nèi)沿與光源之間的連線和所述旋轉(zhuǎn)外殼的轉(zhuǎn)軸之間的角度M= r*a，其中，r為待定位點(diǎn)所在投影光圈的內(nèi)側(cè)的投影光圈數(shù)目；
[0017] 根據(jù)接收端感應(yīng)到的特殊編碼位的寬度確定待定位點(diǎn)與其所在投影光圈的內(nèi)沿 相對(duì)光源的夾角△ Θ%進(jìn)而確定待定位點(diǎn)和光源之間的連線與所述轉(zhuǎn)軸之間的角度Θ = θ Γ+Δ Θ r；
[0018] 定義擋光片穿過(guò)卡槽時(shí)，所述起始位及結(jié)束位的末端在水平面上的投影所指的方 向?yàn)槌跏挤较?，由所述接收端檢測(cè)光源的頻率跳變點(diǎn)及所述起始位及結(jié)束位的末端，確定 所述待定位點(diǎn)所在的編碼位投影的前沿與所述初始方向的夾角ω、
[0019] 根據(jù)接收端檢測(cè)到頻率跳變點(diǎn)之后連續(xù)采集的透光編碼位數(shù)據(jù)確定發(fā)生頻率跳 變時(shí)待定位點(diǎn)與其所在編碼位投影的前沿相對(duì)投影光圈中心的夾角△ ω%進(jìn)而確定待定 位點(diǎn)與所述初始方向之間的角度ω = ω%Λ ω%
[0020] 根據(jù)所述角度θ和角度ω確定待定位點(diǎn)的位置。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例提供的定位裝置，通過(guò)設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)外殼，并設(shè)計(jì)光源頻率 的跳變規(guī)律，通過(guò)一個(gè)信號(hào)接收端感應(yīng)光信號(hào)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)外殼的編碼圈、編碼位及特殊編碼 位的設(shè)置，結(jié)合采集的光信號(hào)，通過(guò)上述方法可計(jì)算出室內(nèi)空間某點(diǎn)的坐標(biāo)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔 而定位方法新穎、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好，不需耗費(fèi)大量人力物力采集指紋等數(shù)據(jù)，不需設(shè)置大量 參考點(diǎn)，不易受外界環(huán)境影響，精度高且穩(wěn)定性好，成本低，適用于室內(nèi)高精度定位。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的室內(nèi)定位裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的室內(nèi)定位裝置的旋轉(zhuǎn)外殼的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的室內(nèi)定位裝置的旋轉(zhuǎn)外殼的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的室內(nèi)定位裝置的工作狀態(tài)示意圖；
[0026] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的室內(nèi)定位裝置的旋轉(zhuǎn)外殼的投影示意圖；
[0027] 圖6是在預(yù)設(shè)坐標(biāo)系中進(jìn)行定位的示意圖；
[0028] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的室內(nèi)定位裝置的接收端結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0030] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述：
[0031] 請(qǐng)參考圖1~3,本發(fā)明實(shí)施例提供一種室內(nèi)定位裝置，包括底座1、設(shè)于底座1上 的光源2、旋轉(zhuǎn)件3、設(shè)置于旋轉(zhuǎn)件3上的旋轉(zhuǎn)外殼4,還包括可以控制光源2發(fā)生頻率跳變 的控制器5。其中，旋轉(zhuǎn)件3可以由驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)6也可以內(nèi)置于底座1 中。該旋轉(zhuǎn)件3具體可以包括一圓環(huán)，旋轉(zhuǎn)外殼4固定在圓環(huán)上，可跟隨圓環(huán)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。該 旋轉(zhuǎn)外殼4為半球面狀的殼體或者是由多個(gè)小平面或環(huán)形面拼接形成的外切于一個(gè)半球 面的殼體，總之，該旋轉(zhuǎn)外殼4為半球面形或者具有一半球面形的基面，其橫截面（垂直于 轉(zhuǎn)軸的截面）為圓形或者為正多邊形，光源2的發(fā)光點(diǎn)位于半球面的球心處。該旋轉(zhuǎn)外殼 4劃分為多個(gè)平行于煒線的編碼圈41，每個(gè)編碼圈41在經(jīng)度方向相對(duì)光源2的角度α已 知，且優(yōu)選為每個(gè)編碼圈41的角度α都相等。另外，每個(gè)編碼圈41還劃分為多個(gè)編碼位 411，編碼位411沿著煒線方向依次排列，每個(gè)編碼位411在煒度方向相對(duì)該編碼圈41的中 心點(diǎn)的角度β都相等，為360/Ν度，其中N為一個(gè)編碼圈41中的編碼位411的數(shù)量。為了 在定位時(shí)區(qū)分不同的編碼圈41，需要使不同編碼圈41的編碼位411排布方式不同，即每個(gè) 編碼圈41都有其特殊性。進(jìn)一步地，在每個(gè)編碼圈41中，若干個(gè)編碼位411為透光狀態(tài)，其 他編碼位411為非透光狀態(tài)，且不存在連續(xù)兩個(gè)或多個(gè)非透光的編碼位411，若干個(gè)特定方 式排布的編碼位411構(gòu)成該編碼圈41的起始位及結(jié)束位，因?yàn)樾D(zhuǎn)外殼4進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動(dòng)， 因此起始位和結(jié)束位相同。為了便于說(shuō)明，以下均簡(jiǎn)稱為結(jié)束位。在本實(shí)施例中，可以在每 個(gè)編碼圈41中設(shè)置連續(xù)多個(gè)（3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)等）透光編碼位作為結(jié)束位S，如圖5,并且不 同編碼圈41的結(jié)束位所含的編碼位411數(shù)量相同且位置相同，上下對(duì)齊。在本實(shí)施例中， 可以將透光編碼位記為" 1"，非透光編碼位記為"0"。每個(gè)編碼圈41都可表示為由" 1"和 "〇"按照一定規(guī)律排列的序列，例如上述結(jié)束位是連續(xù)5個(gè)透光編碼位，則為"11111"。當(dāng) 然，