超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統及定位方法
【專利摘要】本發明公開了一種超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統及定位方法，包括三類基本節點：錨節點、移動節點和顯控節點。錨節點是空間位置已知的固定節點，移動節點是空間中需要被確定位置坐標的活動節點，顯控節點實時顯示系統拓撲結構和節點定位結果并對整個系統進行協調控制。錨節點和移動節點采用射頻和超聲信號進行聯系，在錨節點或者移動節點上對接收聲信號進行數據處理，解算出移動節點的空間三維坐標，并最終在顯控節點上對系統的定位結果進行顯示。本發明設計的超聲定位系統相比于超寬帶射頻、WIFI射頻、視頻影像等技術具有性能突出、成本低廉、私密性強、無電磁污染等優點，是室內位置服務的首選技術。
【專利說明】超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統及定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于超聲射頻聯合處理實現室內移動目標定位的系統及其實現方法，屬于超聲探測定位【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著數據業務和多媒體業務的快速增加，人們對定位與導航的需求日益增大，尤其在復雜的室內環境，如機場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環境中，常常需要確定移動終端或其持有者、設施與物品在室內的位置信息。但是受定位時間、定位精度以及復雜室內環境等條件的限制，比較完善的定位技術目前還無法很好地利用。因此，專家學者提出了許多室內定位技術解決方案，如A-GPS定位技術、超聲波定位技術、藍牙技術、紅外線技術、射頻識別技術、超寬帶技術、無線局域網絡、光跟蹤定位技術，以及圖像分析、信標定位、計算機視覺定位技術等等。這些室內定位技術從總體上可歸納為幾類，即GNSS技術(如偽衛星等)，無線定位技術(無線通信信號、射頻無線標簽、超聲波、光跟蹤、無線傳感器定位技術等)，其它定位技術(計算機視覺、航位推算等)，以及GNSS和無線定位組合的定位技術(A-GPS或A-GNSS)。
[0003]考慮到室內定位的特點，如何提聞定位精度是研究的重點，超聲波定位技術由于整體定位精度較高，結構簡單，成本相對低廉，是實現室內高精度定位的首選方案。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種基于射頻超聲信號聯合處理的室內定位系統及其定位實現方法。錨節點和移動節點采用射頻和超聲信號進行聯系，在錨節點或者移動節點上對接收聲信號進行數據處理，并運行高精度定位算法，解算出移動節點的空間三維坐標，并最終在顯控節點上對系統的定位結果進行顯示。
[0005]為了達到上述目的，本發明所采取的技術方案為:
[0006]一種超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統，其特征是，包括三類基本節點:錨節點、移動節點和顯控節點；
[0007]錨節點固定在室內屋頂，是空間位置已知的固定節點，與移動節點間采用射頻超聲信號進行聯系；
[0008]移動節點是空間中需要被確定位置坐標的活動節點；
[0009]錨節點和移動節點間通過收發超聲信號實現對移動節點的定位；
[0010]在移動節點或者顯控節點上對接收的超聲信號進行數據處理，運算定位，解算出移動節點的空間三維坐標。
[0011]顯控節點實時顯示系統拓撲結構和移動節點定位結果并對整個系統進行協調控制。
[0012]顯控節點包括控制器、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行工作。[0013]錨節點包括控制器、信號發生器、超聲發射探頭、射頻通信模塊，控制器控制信號發生器、超聲發射探頭和射頻通信模塊進行工作。
[0014]移動節點包括控制器、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行工作。
[0015]各錨節點間通過射頻通信模塊發射和接受同步信號，同步信號是射頻信號。
[0016]錨節點和移動節點間工作于同步模式或異步模式。
[0017]同步模式，目標的精確定位依賴于錨節點和移動節點間的時鐘準確同步。
[0018]異步模式，在滿足一定拓撲結構的前提下，目標的精確定位不依賴于錨節點和移動節點間的時鐘準確同步。
[0019]超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統的定位方法，其特征是，包含以下步驟:
[0020](I)在室內屋頂按照特定拓撲結構安裝不少于4個以上的錨節點，并準確標定每個錨節點的地理坐標；
[0021](2)錨節點間使用射頻信號進行同步并與移動節點間進行超聲信號的收發；
[0022](3)在移動節點或者顯控節點上進行數據處理、運行定位算法，得出定位結果；
[0023](4)在顯控節點上進行定位結果顯示。
[0024]步驟(3)中的定位算法采用球面交匯法確定移動節點坐標，在使用m個錨節點的情況下，已知屋頂m個錨節點的位置分別為坐標(xn, yn, zn),其中,η = I, 2，3，4…m,求解移動節點位置P坐標(X，y, z)；
[0025]由收發位置和斜距得如下球面方程組:
【權利要求】
1.一種超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統，其特征是，包括三類基本節點:錨節點、移動節點和顯控節點； 錨節點固定在室內屋頂，是空間位置已知的固定節點，與移動節點間采用射頻超聲信號進行聯系； 移動節點是空間中需要被確定位置坐標的活動節點； 錨節點和移動節點間通過收發超聲信號實現對移動節點的定位； 在移動節點或者顯控節點上對接收的超聲信號進行數據處理，運算定位，解算出移動節點的空間三維坐標。 顯控節點實時顯示系統拓撲結構和移動節點定位結果并對整個系統進行協調控制。
2.根據權利要求1所述的超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統，其特征在于:顯控節點包括控制器、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行工作。
3.根據權利要求1所述的超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統，其特征在于:錨節點包括控制器、信號發生器、超聲發射探頭、射頻通信模塊，控制器控制信號發生器、超聲發射探頭和射頻通信模塊進行工作。
4.根據權利要求1所述的超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統，其特征在于:移動節點包括控制器、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行工作。
5.根據權利要求3所述的超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統，其特征在于:各錨節點間通過射頻通信模塊發射和接受同步信號，同步信號是射頻信號。
6.根據權利要求1所述的超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統，其特征在于:錨節點和移動節點間工作于同步模式或異步模式。
7.根據權利要求6所述的超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統，其特征在于:同步模式，目標的精確定位依賴于錨節點和移動節點間的時鐘準確同步。
8.根據權利要求6所述的超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統，其特征在于:異步模式，在滿足一定拓撲結構的前提下，目標的精確定位不依賴于錨節點和移動節點間的時鐘準確同步。
9.根據權利要求1所述的超聲射頻信號聯合處理的室內定位系統的定位方法，其特征是，包含以下步驟: (1)在室內屋頂按照特定拓撲結構安裝不少于4個以上的錨節點，并準確標定每個錨節點的地理坐標； (2)錨節點間使用射頻信號進行同步并與移動節點間進行超聲信號的收發； (3)在移動節點或者顯控節點上進行數據處理、運行定位算法，得出定位結果； (4)在顯控節點上進行定位結果顯示。
10.根據權利要求9所述的超聲射頻信號聯合處理的室內定位方法，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點坐標，在使用m個錨節點的情況下，已知屋頂m個錨節點的位置分別為坐標(xn，yn, zn)，其中，η = I, 2，3，4…m，求解移動節點位置P坐標(X，y, z)； 由收發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 優先權日:2014年5月13日
【發明者】李建 申請人:李建
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
