CN103278798B - 一种舰载人员位置的三维标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰载人员位置的三维标定方法，包括以下步骤：在需要对人员位置进行标定的舱室内部署一定数量的信标节点，所述信标节点内预置了信标节点位置的三维坐标和甲板高度信息；为需要标定位置的人员设置RFID标签，所述RFID标签与人员之间一一对应，所述RFID标签内预置了人员身高信息；RFID标签与邻近的RSSI值最强的三个信标节点交换数据，根据三个信标节点的三维坐标和三个信标节点的接收信号强度，计算需要标定位置的人员位置的相对值；根据需要标定位置的人员所处的甲板位置，对位置相对值进行修正得到位置绝对值。本发明实现人员位置的三维标定只需要同邻近的三个信标节点交换数据，不但减少了通信量，而且降低了对信标节点数目和部署的要求。

Description

一种舰载人员位置的三维标定方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，涉及一种舰载人员位置的三维标定方法。

背景技术

由于舰载人员众多、岗位责任重大、舱室布置情况复杂，并且对各类人员进出区域有着严格的限制，因此在人员管理方面存在一定的难度。通过地理位置的三维标定方法，能够实现舰载人员的自动化和精细化管理。

目前，定位技术主要有GPS、LBS、WiFi、ZigBee和RFID。GPS耗电量巨大、成本高，且室内难以定位；LBS不适用于舰载人员定位；WiFi、ZigBee和RFID相比，在能耗、成本和体积方面不占优势。近些年，由于射频技术发展迅猛，RFID逐步标签化，在室内定位方面有着广泛的应用前景。

无线定位技术，主要通过对无线电波的传输时间、相位、到达角、信号强度等参数进行测量，然后根据特定的算法来判断被测目标的位置。前三个参数的测量需要占用更多资源，不适用于基于RFID标签的定位方法。基于信号强度的定位方法，需要进行衰减系数的匹配，否则严重影响定位精度，且三维定位至少需要4个信标节点才能完成，对信标节点的密度和布置提出了很高的要求。

电子标签是一种通信技术，可通过无线信号读写相关数据，识别特定目标，识别工作无需人工干预，无需识别系统与特定目标之间建立物理接触，由阅读器和标签组成，通过阅读器的信号强度、报文到达时间等数据能够精确确定标签的位置，可工作于各种恶劣环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中对信标节点的密度和布置要求高的缺陷，提供一种舰载人员位置的三维标定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

舰载人员位置的三维标定方法，包括以下步骤：

（1）在需要对人员位置进行标定的舱室内部署一定数量的信标节点，信标节点之间的最大间距小于RFID标签通信距离的两倍，且在RFID通信半径内的信标节点数目不小于三个，所述信标节点内预置了信标节点位置的三维坐标和甲板高度信息                                                ；

（2）为需要标定位置的人员设置RFID标签，所述RFID标签与人员之间一一对应，所述RFID标签内预置了人员身高信息；

（3）RFID标签与邻近的RSSI值最强的三个信标节点交换数据，根据三个信标节点的三维坐标和三个信标节点的接收信号强度，计算需要标定位置人员位置的相对值，即RFID标签的相对坐标；所述信标节点的接收信号强度通过读取芯片寄存器的值获得；

（4）根据需要标定位置的人员所处的甲板位置，对位置相对值进行修正得到位置绝对值。

按上述方案，所述需要标定位置人员位置的相对值的计算方法使用以下公式：

   （I）

式中，为RFID标签的相对坐标；三个信标节点的坐标分别为、、；为无线信号强度衰减系数，r为RFID标签发射信号强度, r₀、r₁、r₂分别为三个信标节点的接收信号强度。

按上述方案，所述RFID标签的坐标的位置绝对值为。

按上述方案，所述信号衰减系数每个定位周期动态更新。

按上述方案，所述RFID标签的相对坐标是多次计算取平均值得到的。

多次计算取平均值可以进一步提高定位精度，在第一次计算之后，由于已知，因此RFID标签可仅与三个信标节点中的任意两个进行通信，从而提高计算速度。

本发明产生的有益效果是：

（1）本发明方法与现有技术相比，实现人员位置的三维标定只需要同邻近的三个信标节点交换数据，不但减少了通信量，而且降低了对信标节点数目和部署的要求；

（2）本发明方法将衰减系数作为参数引入，并参与单个定位周期的计算，不需要提前匹配，增强了该位置标定方法的实用性，而衰减系数的实时更新有效提高了人员位置标定的精度；

（3）人员的位置通过计算得到的RFID标签的二维坐标，与预置的人员身高、标签和甲板位置等参数修正得到三维坐标，不但减少了计算量，而且提高了标定方法的鲁棒性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，该人员位置的三维标定系统由两种节点组成：RFID标签和信标节点。信标节点的位置坐标已知，RFID标签的位置坐标未知。RFID标签预置了人员身高，信标节点预置了信标节点位置的三维坐标和甲板位置高度。RFID标签与邻近的RSSI值最强的三个信标节点交换数据，降低了对信标节点数目和部署的要求。计算得到的RFID标签的二维坐标，通过与预置的人员身高和甲板位置等参数进行修正得到三维坐标，提高了标定方法的鲁棒性和精度。

本发明的人员位置标定方法如下：

A、在需要对人员位置进行标定的舱室内部署一定数量的信标节点，信标节点内预置了所处的位置（包括坐标和所在甲板）；

B、为需要进行位置标定的人员配备RFID标签，标签内预置了人员身高和标签位置；

C、当需要对人员进行位置标定时，其RFID标签与邻近的三个RSSI值最强的信标节点交换数据；

D、通过RFID标签与三个信标节点的通信距离、衰减系数、信号强度等参数之间建立方程并求解，从而获得人员位置（即RFID坐标）的相对值，与所处甲板位置进行修正得到绝对值；

方程组如下：

   （I）

式中，为RFID标签的相对坐标；三个信标节点的坐标分别为、、；为无线信号强度衰减系数，r为RFID标签发射信号强度, r₀、r₁、r₂分别为三个信标节点的接收信号强度。

RFID标签的坐标的位置绝对值为。

E、为进一步提高人员位置标定的精度，多次计算取平均值，由于部分参数已知，因此RFID标签仅与三个信标节点中的任意两个进行通信，从而提高计算速度。

如上所述，便可较好地实现本发明。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种舰载人员位置的三维标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在需要对人员位置进行标定的舱室内部署一定数量的信标节点，信标节点之间的最大间距小于RFID标签通信距离的两倍，且在RFID通信半径内的信标节点数目不少于三个，所述信标节点内预置了信标节点位置的三维坐标和甲板高度信息；

(2)为需要标定位置的人员设置RFID标签，所述RFID标签与人员之间一一对应，所述RFID标签内预置了人员身高信息；

(3)RFID标签与邻近的RSSI值最强的三个信标节点交换数据，根据三个信标节点的三维坐标和三个信标节点的接收信号强度，计算需要标定位置的人员位置的相对值，即RFID标签的相对坐标；所述信标节点的接收信号强度通过读取芯片寄存器的值获得；所述RFID标签的相对坐标是多次计算取平均值得到的；

(4)根据需要标定位置的人员所处的甲板位置，对位置相对值进行修正得到位置绝对值；

其中，所述步骤(3)中需要标定位置人员的位置相对值的计算方法使用以下公式：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\λ}[{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2+{(z_0-h_r)}^2]=r-r_0\\ \mathrm{\λ}[{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2+{(z_1-h_r)}^2]=r-r_1\\ \mathrm{\λ}[{(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2+{(z_2-h_r)}^2]=r-r_2\end{array}\right.---\left(I\right)$

式中，(x，y，h_r)为RFID标签的相对坐标；三个信标节点的坐标分别为(x₀，y₀，z₀)、(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)；λ为无线信号强度衰减系数，r为RFID标签发射信号强度,r₀、r₁、r₂分别为三个信标节点的接收信号强度。

2.根据权利要求1所述的舰载人员位置的三维标定方法，其特征在于，所述RFID标签坐标位置的绝对值为(x，y，h_r+h_j)。

3.根据权利要求1或2所述的舰载人员位置的三维标定方法，其特征在于，所述信号衰减系数每个定位周期动态更新。