CN102736062A

CN102736062A - 室内定位方法和系统、以及终端、室内合路器、室内天线

Info

Publication number: CN102736062A
Application number: CN2012102207816A
Authority: CN
Inventors: 邓中亮; 李序; 袁协; 余彦培; 张宇; 田向伟; 刘晓燕
Original assignee: BEIJING SHOUKE SOFTWARE AND SYSTEM INTEGRATION Co Ltd; Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: BEIJING SHOUKE SOFTWARE AND SYSTEM INTEGRATION Co Ltd; Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明提供一种室内定位方法和系统、以及终端、室内合路器、室内天线，涉及无线通信领域，包括：终端接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个所述导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；根据所述导航电文确定所述至少三个室内天线中任意两个室内天线到所述终端的至少三个到达时间差TDOA；根据所述到达时间差和所述至少三个室内天线的天线坐标，确定所述终端当前的位置坐标。本发明通过上述方案，提高了定位的稳定性和精度，并且只需要布置少量天线，工程量减小。

Description

室内定位方法和系统、以及终端、室内合路器、室内天线

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种室内定位方法和系统、以及终端、室内合路器、室内天线。

背景技术

近年来，随着人们物质生活水平的不断提高，人们对位置服务的需求也与日俱增，如在人员调度、资产管理、紧急救援、安全监控、安全调度、智能交通、地图导航、出行指南等诸多方面对定位的广泛需求；特别是在应对紧急情况是，如紧急救援、救灾应急指挥调度等特殊应用场景下，定位信息更显得尤为重要。

随着普适计算机和分布式通信技术的深入研究，室内无线通信和网络技术飞速发展，衍生出了基于WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网)、Bluetooth(蓝牙)、WSN(wireless sensor network，无线传感器网络)等室内定位技术。同时，随着室内特征信息提取和匹配技术的发展，提出了基于Fingerprint(指纹)的室内定位技术。

基于WLAN、Bluetooth、WSN等的定位技术，通过在室内进行网格划分，并在室内部署大量的信号节点，终端检测在每个网格内接收到的多个信号节点的RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)，由于不同位置接收到的各个信号节点所发出的信号强度不同，将在各个网格中接收到的各个节点的RSSI作为该网络的特征量以完成定位。

基于指纹的室内定位，通过采集室内区域内不同AP(Access Point，访问接入点)的RSS(Received Signal Strength，接收信号强度)，并将对应的无线接入点的地址和坐标存储在数据库中，终端用户测量周围无线信号强度，将它与预先存储在数据库中的RSS适量进行匹配定位，从而得到被定位终端用户的坐标信息。

上述两种定位方法都是提供信号强弱来进行匹配定位，但在室内定位时，由于室内环境相对复杂，信号受环境变化、多径、信号衰落、干扰等因素影响较大，导致定位稳定性差，精度低；并且，对于区域较大的室内空间，需要布设大量的信号节点，工程量较大。

发明内容

为了解决现有定位技术存在的定位稳定性差、精度低和工程量大的问题，本发明实施例提供了一种室内定位方法和系统、以及终端、室内合路器、室内天线。所述技术方案如下：

一种室内定位方法，所述方法包括：终端接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个所述导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；根据所述导航电文确定所述至少三个室内天线中任意两个室内天线到所述终端的至少三个到达时间差TDOA；根据所述到达时间差和所述至少三个室内天线的天线坐标，确定所述终端当前的位置坐标。

可选的，为了便于对室内天线进行索引，在所述终端接收至少三个室内天线发送的导航电文之前，所述方法还包括：室内合路器接收室外天线转发的室外基站信号，在所述室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息，其中，不同楼层的相同垂直区域的室内天线的天线标注信息相同，相同楼层区域的室内天线的楼层标注信息相同。

可选的，在所述室内合路器在所述室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息之后，所述方法还包括：室内天线接收所述室内合路器转发的室外基站信号，对所述室外基站信号进行解调得到秒脉冲、天线标注信息和楼层标注信息；室内天线生成导航电文，其中，所述导航电文中的同步头根据所述秒脉冲确定，所述导航电文中的天线标识信息包括所述天线标注信息和所述楼层标注信息。

一种室内定位系统，所述系统包括：至少三个室内天线、以及终端，所述室内天线，用于发送导航电文，每一个所述导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；所述终端，用于接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个所述导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；根据所述导航电文确定所述至少三个室内天线中任意两个室内天线到所述终端的至少三个到达时间差；根据所述到达时间差和所述至少三个室内天线的天线坐标，确定所述终端当前的位置坐标。

可选的，所述系统还包括：室内合路器，用于接收室外天线转发的室外基站信号，在所述室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息，其中，不同楼层的相同垂直区域的室内天线的天线标注信息相同，相同楼层区域的室内天线的楼层标注信息相同。

可选的，所述室内天线，还用于接收所述室内合路器转发的室外基站信号，对所述室外基站信号进行解调得到秒脉冲、天线标注信息和楼层标注信息；生成导航电文，其中，所述导航电文中的同步头根据所述秒脉冲确定，所述导航电文中的天线标识信息包括所述天线标注信息和所述楼层标注信息。

一种终端，所述终端包括：接收模块，用于接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个所述导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；

时间差确定模块，用于根据所述导航电文确定所述至少三个室内天线中任意两个室内天线到所述终端的至少三个到达时间差；定位模块，用于根据所述到达时间差和所述至少三个室内天线的天线坐标，确定所述终端当前的位置坐标。

一种室内合路器，所述室内合路器包括：接收模块，用于接收室外天线转发的室外基站信号；标注模块，用于在所述室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息，其中，不同楼层的相同垂直区域的室内天线的天线标注信息相同，相同楼层区域的室内天线的楼层标注信息相同。

一种室内天线，所述室内天线包括：接收模块，用于接收室内合路器转发的室外基站信号，对所述室外基站信号进行解调得到秒脉冲、天线标注信息和楼层标注信息；生成模块，用于生成导航电文，其中，所述导航电文中的同步头根据所述秒脉冲确定，所述导航电文中的天线标识信息包括所述天线标注信息和所述楼层标注信息。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过接收至少三个室内天线发送的导航电文，确定出室内天线到终端的至少三个到达时间差，根据到达时间差和室内天线的天线坐标，确定终端当前的位置坐标，不容易收到室内复杂环境的影响，提高了定位的稳定性和精度，并且只需要布置少量天线，工程量减小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明室内定位方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明室内定位方法的另一个实施例的流程图；

图3是本发明室内定位系统的一个实施例的结构示意图；

图4是本发明室内定位系统的另一个实施例的结构示意图；

图5是本发明室内定位系统布设的架构示意图；

图6是本发明终端的一个实施例的结构示意图；

图7是本发明室内合路器的一个实施例的结构示意图；

图8是本发明室内合路器的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明室内定位方法的一个实施例的流程图。如图1所示，该室内定位方法包括：

步骤105，终端接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；

步骤106，根据导航电文确定至少三个室内天线中任意两个室内天线到终端的至少三个TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)；

具体的，将上述任意两个室内天线发送的导航电文到达终端的时间差，作为任意两个室内天线到终端的TDOA。

步骤107，根据到达时间差和至少三个室内天线的天线坐标，确定终端当前的位置坐标。具体可以参考以下公式确定终端当前的位置坐标：

\{\begin{matrix} T_{1} = (\sqrt{{(x_{1,1} - x)}^{2} + {(y_{1,1} - y)}^{2} + {(z_{1,1} - z)}^{2}} - \sqrt{{(x_{1,2} - x)}^{2} + {(y_{1,2} - y)}^{2} + {(z_{1,2} - z)}^{2}} - N_{1}) / c \\ T_{2} = \sqrt{{(x_{2,1} - x)}^{2} + {(y_{2,1} - y)}^{2} + {(z_{2,1} - z)}^{2}} - \sqrt{{(x_{2,2} - x)}^{2} + {(y_{2,2} - y)}^{2} + {(z_{2,2} - z)}^{2}} - N_{2}) / c \\ . . . . . . \\ T_{n} = \sqrt{{(x_{n, 1} - x)}^{2} + {(y_{n, 1} - y)}^{2} + {(z_{n, 1} - z)}^{2}} - \sqrt{{(x_{n, 2} - x)}^{2} + {(y_{n, 2} - y)}^{2} + {(z_{n, 2} - z)}^{2}} - N_{n}) / c \\ N_{n} = f_{n} (x, y) \end{matrix}

其中，T_n表示在终端所在坐标(x，y，z)处测得的TDOA，(x_n,1，y_n,1，z_n,1)、(x_n,2，y_n,2，z_n,2)表示室内天线的坐标，N_n为非视距差分修正系数，f_n(x,y)为插值函数非视距修正模型，可选用线性或二阶模型，c表示信号的传输速度。

上述室内定位方法，通过接收至少三个室内天线发送的导航电文，确定出室内天线到终端的至少三个到达时间差，根据到达时间差和室内天线的天线坐标，确定终端当前的位置坐标，不容易收到室内复杂环境的影响，提高了定位的稳定性和精度，并且只需要布置少量天线，工程量减小。

图2是本发明室内定位方法的另一个实施例的流程图。如图2所示，为了便于对室内天线进行索引，本发明还提供了一种新型的室内天线标注方法。在终端接收至少三个室内天线发送的导航电文之前，该方法还包括：

步骤101，室内合路器接收室外天线转发的室外基站信号，在室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息，其中，不同楼层的相同垂直区域的室内天线的天线标注信息相同，相同楼层区域的室内天线的楼层标注信息相同。天线标注信息也成为天线标识，楼层标注信息也成为楼层标识。另外，天线合路器可以加入天线标注信息，楼层合路器可以加入楼层标注信息。

室内合路器在室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息之后，可选的，步骤102，耦合器可以将室外基站信号进行耦合放大。室内合路器将室外基站信号直接发送或者通过耦合器发送给室内天线之后，该方法还包括：

步骤103，室内天线接收室内合路器转发的室外基站信号，对室外基站信号进行解调得到秒脉冲、天线标注信息和楼层标注信息；步骤104，室内天线生成导航电文，其中，导航电文中的同步头根据秒脉冲确定，导航电文中的天线标识信息包括天线标注信息和楼层标注信息。

其中，导航电文还可以包括城市标识、楼宇标识，二者与天线标识、楼层标识联合起来可以唯一表示一个天线，该天线表示方法特别适用于室内天线的标识。导航电文还可以包括用于差错校验的CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验码)等信息。

图3是本发明室内定位系统的一个实施例的结构示意图。如图3所示，该室内定位系统包括：至少三个室内天线201、以及终端202，

室内天线201，用于发送导航电文，每一个导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；

终端202，用于接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；根据导航电文确定至少三个室内天线中任意两个室内天线到终端的至少三个到达时间差TDOA；根据到达时间差和至少三个室内天线的天线坐标，确定终端当前的位置坐标。

图4是本发明室内定位系统的另一个实施例的结构示意图。如图4所示，为了便于对室内天线进行索引，该室内定位系统还包括：室内合路器203，用于接收室外天线转发的室外基站信号，在室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息，其中，不同楼层的相同垂直区域的室内天线的天线标注信息相同，相同楼层区域的室内天线的楼层标注信息相同。

室内天线，还用于接收室内合路器转发的室外基站信号，对室外基站信号进行解调得到秒脉冲、天线标注信息和楼层标注信息；生成导航电文，其中，导航电文中的同步头根据秒脉冲确定，导航电文中的天线标识信息包括天线标注信息和楼层标注信息。

图5是本发明室内定位系统布设的架构示意图。如图5所示，室内定位系统分为室内信息合路系统和室内微基站系统。室内信息合路系统中的合路器包括天线合路器和楼层合路器，天线合路器可以加入天线标注信息，楼层合路器可以加入楼层标注信息。耦合器可以将室外基站信号进行耦合放大。室内微基站系统中的各个节点为室内天线，如图5所示，每一层的室内天线分别用1、2、3加以标识，各层相同位置的室内天线分别用A、B、C加以标识。

上述室内定位系统，通过终端接收至少三个室内天线发送的导航电文，确定出室内天线到终端的至少三个到达时间差，根据到达时间差和室内天线的天线坐标，确定终端当前的位置坐标，不容易收到室内复杂环境的影响，提高了定位的稳定性和精度，并且只需要布置少量天线，工程量减小。

图6是本发明终端的一个实施例的结构示意图。如图6所示，该终端202包括：

接收模块2021，用于接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；时间差确定模块2022，用于根据导航电文确定至少三个室内天线中任意两个室内天线到终端的至少三个到达时间差；定位模块2023，用于根据到达时间差和至少三个室内天线的天线坐标，确定终端当前的位置坐标。

上述终端，通过接收至少三个室内天线发送的导航电文，确定出室内天线到终端的至少三个到达时间差，根据到达时间差和室内天线的天线坐标，确定终端当前的位置坐标，不容易收到室内复杂环境的影响，提高了定位的稳定性和精度，并且只需要布置少量天线，工程量减小。

图7是本发明室内合路器的一个实施例的结构示意图。如图7所示，该室内合路器203包括：

接收模块2031，用于接收室外天线转发的室外基站信号；标注模块2032，用于在室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息，其中，不同楼层的相同垂直区域的室内天线的天线标注信息相同，相同楼层区域的室内天线的楼层标注信息相同。

上述室内合路器的天线标注方法，方便对室内天线进行索引。

图8是本发明室内合路器的一个实施例的结构示意图。如图8所示，该室内天线201包括：

接收模块2011，用于接收室内合路器转发的室外基站信号，对室外基站信号进行解调得到秒脉冲、天线标注信息和楼层标注信息；生成模块2012，用于生成导航电文，其中，导航电文中的同步头根据秒脉冲确定，导航电文中的天线标识信息包括天线标注信息和楼层标注信息。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种室内定位方法，其特征在于，所述方法包括：

终端接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个所述导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；

根据所述导航电文确定所述至少三个室内天线中任意两个室内天线到所述终端的至少三个到达时间差TDOA；

根据所述到达时间差和所述至少三个室内天线的天线坐标，确定所述终端当前的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端接收至少三个室内天线发送的导航电文之前，所述方法还包括：

室内合路器接收室外天线转发的室外基站信号，在所述室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息，其中，不同楼层的相同垂直区域的室内天线的天线标注信息相同，相同楼层区域的室内天线的楼层标注信息相同。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述室内合路器在所述室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息之后，所述方法还包括：

室内天线接收所述室内合路器转发的室外基站信号，对所述室外基站信号进行解调得到秒脉冲、天线标注信息和楼层标注信息；

室内天线生成导航电文，其中，所述导航电文中的同步头根据所述秒脉冲确定，所述导航电文中的天线标识信息包括所述天线标注信息和所述楼层标注信息。

4.一种室内定位系统，其特征在于，所述系统包括：至少三个室内天线、以及终端，

所述室内天线，用于发送导航电文，每一个所述导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；

所述终端，用于接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个所述导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；根据所述导航电文确定所述至少三个室内天线中任意两个室内天线到所述终端的至少三个到达时间差TDOA；根据所述到达时间差和所述至少三个室内天线的天线坐标，确定所述终端当前的位置坐标。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

室内合路器，用于接收室外天线转发的室外基站信号，在所述室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息，其中，不同楼层的相同垂直区域的室内天线的天线标注信息相同，相同楼层区域的室内天线的楼层标注信息相同。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述室内天线，还用于

接收所述室内合路器转发的室外基站信号，对所述室外基站信号进行解调得到秒脉冲、天线标注信息和楼层标注信息；

生成导航电文，其中，所述导航电文中的同步头根据所述秒脉冲确定，所述导航电文中的天线标识信息包括所述天线标注信息和所述楼层标注信息。

7.一种终端，其特征在于，所述终端包括：

接收模块，用于接收至少三个室内天线发送的导航电文，每一个所述导航电文至少包括同步头、天线标识信息、天线坐标；

时间差确定模块，用于根据所述导航电文确定所述至少三个室内天线中任意两个室内天线到所述终端的至少三个到达时间差TDOA；

定位模块，用于根据所述到达时间差和所述至少三个室内天线的天线坐标，确定所述终端当前的位置坐标。

8.一种室内合路器，其特征在于，所述室内合路器包括：

接收模块，用于接收室外天线转发的室外基站信号；

标注模块，用于在所述室外基站信号加入天线标注信息和楼层标注信息，其中，不同楼层的相同垂直区域的室内天线的天线标注信息相同，相同楼层区域的室内天线的楼层标注信息相同。

9.一种室内天线，其特征在于，所述室内天线包括：

接收模块，用于接收室内合路器转发的室外基站信号，对所述室外基站信号进行解调得到秒脉冲、天线标注信息和楼层标注信息；

生成模块，用于生成导航电文，其中，所述导航电文中的同步头根据所述秒脉冲确定，所述导航电文中的天线标识信息包括所述天线标注信息和所述楼层标注信息。