CN104991227A - 室内定位装置、方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的室内定位装置、方法和系统，利用电磁信号收发模块检测至少9个参考点的第一功率数据，进而根据存储的选定参考点的位置数据和第一功率数据选取选定参考点，根据选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离和获得的第一功率数据和第二功率数据定位目标对象的位置，定位精确，简单、成本低。

Description

室内定位装置、方法和系统

技术领域

本发明涉及导航定位领域，特别是涉及一种室内定位装置、方法和系统。

背景技术

目前，全球定位系统被各行各业使用，但是其有一个明显的缺陷——卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物，只能在室外进行定位，不能定位室内环境，而且一般民用的精度也仅为10m左右，相对于室内导航1m左右的要求还有一段距离。随着智能手机的普及，以及移动互联网的发展，地图与导航类软件将进入一个新的时代——室内导航。

近几年来，包括谷歌、微软、苹果、博通等在内的一些科技巨头，还有一些世界有名的大学都在研究室内定位技术。室内定位技术已达到将目标对象的位置数据与运动特征融合，得到较精确定位结果的境地。但是，获得目标对象位置数据和运动特征的方式大致有两种：一种是通过目标对象上设置的速度传感器、加速度传感器、三轴陀螺仪等硬件设备获得，该方式需要配备额外的硬件设备，成本高且应用不灵活；另一种是利用图像采集设备采集目标对象的当前图像，通过卡尔曼滤波、图像分析技术等大型运算获得，该方式运算复杂，耗时长，且对计算硬件要求高。如何提供一种简单、低成本的室内定位方式是目前室内定位技术面临的一个问题。

发明内容

基于此，有必要针对如何提供一种简单、低成本的室内定位方式的问题，提供一种室内定位装置、方法和系统。

一种室内定位装置，包括：

电磁信号收发模块，用于向室内的N个参考点发送电磁信号，并获取参考点反馈的电磁信号的第一功率数据，N为不小于9的整数；

参考点选取模块，用于根据第一功率数据，选取M个参考点作为选定参考点，M为不小于9的整数，且M为3的倍数；

第一获取模块，用于获取选定参考点的位置数据和两两选定参考点之间的距离；

参考点分组模块，用于根据选定参考点的位置数据将选定参考点平均分成组；

第二获取模块，用于根据分组结果获取每个选定参考点反馈的同一组的、相邻选定参考点发送的电磁信号的第二功率数据；

定位模块，用于根据选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离、第一功率数据和第二功率数据，定位目标对象的位置。

本发明还提供一种室内定位方法，包括：

向室内的N个参考点发送电磁信号，并获取参考点反馈的电磁信号的第一功率数据，N为不小于9的整数；

根据第一功率数据，选取M个参考点作为选定参考点，M为不小于9的整数，且M为3的倍数；

获取选定参考点的位置数据和两两选定参考点之间的距离；

根据选定参考点的位置数据将选定参考点平均分成组；

根据分组结果获取每个选定参考点反馈的同一组的、相邻选定参考点发送的电磁信号的第二功率数据；

根据选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离、第一功率数据和第二功率数据，定位目标对象的位置。

本发明还提供一种室内定位系统，包括上述室内定位装置和设置在室内的至少N个参考点，每个参考点设置有电磁信号收发装置，N为不小于9的整数。

本发明提出的室内定位装置、方法和系统，利用电磁信号收发模块检测至少9个参考点的第一功率数据，进而根据存储的选定参考点的位置数据和第一功率数据选取选定参考点，根据选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离和获得的第一功率数据和第二功率数据定位目标对象的位置，定位精确，简单、成本低。

附图说明

图1为本发明中室内定位装置的一个实施例的结构图；

图2为本发明中室内定位装置选取的选定参考点的示意图；

图3为本发明中室内定位装置的定位模块的一个实施例的结构图；

图4为本发明中室内定位装置选取的外层选定参考点的示意图；

图5为本发明中室内定位装置的能量采集模块的一个实施例的结构图；

图6为本发明中室内定位装置的能量采集单元一个实施例的结构图；

图7为本发明中室内定位方法的一个实施例的流程图；

图8为本发明中室内定位方法的定位步骤一个实施例的流程图；

图9为本发明中室内定位系统的一个实施例的结构图。

具体实施方式

如图1所示，显示了本发明的一实施例，一种室内定位装置，包括：

电磁信号收发模块100，用于向室内的N个参考点发送电磁信号，并获取参考点反馈的电磁信号的第一功率数据，N为不小于9的整数。

具体的，工作人员预先在场所内的门、窗、中心、四角等位置设定至少9个参考点1、2……N，每个参考点均包括一个电磁信号收发装置。目标对象携带本发明的室内定位装置进入该场所后，电磁信号收发模块100发出电磁信号，被场所内的每个参考点接收，并检测该接收的电磁信号的功率数据，即第一功率数据，反馈给本发明装置的电磁信号收发模块100。

参考点选取模块200，用于根据第一功率数据，选取M个参考点作为选定参考点，M为不小于9的整数，且M为3的倍数。

具体的，参考点选取模块200比较各参考点反馈的第一功率数据的大小，选取功率数据最大的M个参考点作为选定参考点。

第一获取模块300，用于获取选定参考点的位置数据和两两选定参考点之间的距离。

具体的，第一获取模块300为存储器，每个参考点的位置数据和两两选定参考点之间的距离，可由工作人员预先存储在其内，在确定了选定参考点后，直接调取。优选的，第一获取模块300为非易失性存储器，在装置停止供电时，数据也可以保存，以降低产品的能耗。在另一个实施例中，第一获取模块300为通信接口，每个参考点的位置数据和两两选定参考点之间的距离由参考点提供。

参考点分组模块400，用于根据选定参考点的位置数据将选定参考点平均分成组。

具体的，将选定参考组分成分成组，如图2所示，每组包括环绕目标对象的3个参考点。

第二获取模块500，用于根据分组结果获取每个选定参考点反馈的同一组的、相邻选定参考点发送的电磁信号的第二功率数据。

具体的，如图2所示，根据分组结果，以同一组的参考点S1、S2为例，参考点S1处的电磁信号收发装置接收相邻参考点S2处的电磁信号收发装置发送的电磁信号，并检测该接收的电磁信号的功率为P₁₂，即第二功率数据，发送给室内定位装置的第二获取模块500。

定位模块600，用于根据选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离、第一功率数据和第二功率数据，定位目标对象的位置。

在该实施例中，目标对象自身携带的室内定位装置，经过选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离、第一功率数据和第二功率数据即可定位目标对象的位置，简单方便，成本低。

在另一个实施例中，参考点选取模块200，根据第一功率数据，选取9个参考点作为选定参考点。

具体的，如图2所示，当待确定位置数据的目标对象O进入该场所后，发出功率、频率可调的电磁信号，经参考点反馈第一功率数据，参考点选取模块200，根据第一功率数据，选取最近的9个参考点S1-S9作为选定参考点。

参考点分组模块400，根据选定参考点的位置数据将选定参考点平均分成3组，分别记为外层选定参考点、中层选定参考点和内层选定参考点，并将外层选定参考点、中层选定参考点和内层选定参考点的第一功率数据，分别记为外层第一功率数据、中层第一功率数据和内层第一功率数据。

具体的，第一获取模块300获取9个参考点S1-S9的位置数据为：S1(X₁、Y₁、Z₁)、S2(X₂、Y₂、Z₂)、S3(X₃、Y₃、Z₃)、S4(X₄、Y₄、Z₄)、S5(X₅、Y₅、Z₅)、S6(X₆、Y₆、Z₆)、S7(X₇、Y₇、Z₇)、S8(X₈、Y₈、Z₈)、S9(X₉、Y₉、Z₉)；以及S1与S2之间的距离为d₁₂、S2与S3之间的距离为d₂₃、S3与S1之间的距离为d₃₁、S4与S5之间的距离为d₄₅、S5与S6之间的距离为d₅₆、S6与S4之间的距离为d₆₄、S7与S8之间的距离为d₇₈、S8与S9之间的距离为d₈₉、S9与S7之间的距离为d₉₇。参考点分组模块400根据这9个选定参考点的位置，将选定参考点平均分成如图2所示的第一层选定参考点S1、S2、S3，记为外层选定参考点；第二层选定参考点S4、S5、S6，记为中层选定参考点和第三层选定参考点S7、S8、S9，记为内层选定参考点，并记外层选定参考点S1、S2、S3反馈的第一功率数据P₁、P₂、P₃为外层第一功率数据，中层选定参考点S4、S5、S6反馈的第一功率数据P₄、P₅、P₆为中层第一功率数据，内层选定参考点S7、S8、S9反馈的第一功率数据P₇、P₈、P₉为内层第一功率数据。

第二获取模块500，根据分组结果获取每个选定参考点S1-S9反馈的同一组的、相邻选定参考点发送的电磁信号的第二功率数据，即外层选定参考点S1发出并被外层选定参考点S2接收并反馈的第二功率数据P₁₂，外层选定参考点S2发出，并被外层选定参考点S3接收并反馈的第二功率数据P₂₃，外层选定参考点S3发出，并被外层选定参考点S1接收并反馈的第二功率数据P₃₁，中层选定参考点S4发出，并被中层选定参考点S5接收并反馈的第二功率数据P₄₅，中层选定参考点S5发出，并被中层选定参考点S6接收并反馈的第二功率数据P₅₆，中层选定参考点S6发出，并被中层选定参考点S4接收并反馈的第二功率数据P₆₄，内层选定参考点S7发出，并被内层选定参考点S8接收并反馈的第二功率数据P₇₈，内层选定参考点S8发出，并被内层选定参考点S9接收并反馈的第二功率数据P₈₉，内层选定参考点S9发出，并被内层选定参考点S7接收并反馈的第二功率数据P₉₇。在该实施例中，每个参考点是顺时针接收上一个参考点的电磁信号，在另一实施例中，每个参考点还可逆时针接收上一个参考点的电磁信号。

如图3所示，定位模块600，包括：

第一定位单元610，用于根据外层选定参考点的位置数据S1(X₁、Y₁、Z₁)、S2(X₂、Y₂、Z₂)、S3(X₃、Y₃、Z₃)、两两外层选定参考点之间的距离d₁₂、d₂₃、d₃₁、外层第一功率数据P₁、P₂、P₃和第二功率数据P₁₂、P₂₃、P₃₁，计算目标对象的第一位置数据(X_a、Y_a、Z_a)，并记录获得第一位置数据的第一时间t₁。

第二定位单元620，用于根据中层选定参考点的位置数据S4(X₄、Y₄、Z₄)、S5(X₅、Y₅、Z₅)、S6(X₆、Y₆、Z₆)、两两中层选定参考点之间的距离d₄₅、d₅₆、d₆₄、中层第一功率数据P₄、P₅、P₆和第二功率数据P₄₅、P₅₆、P₆₄，计算目标对象的第二位置数据(X_b、Y_b、Z_b)，并记录获得第二位置数据的第二时间t₂。

第三定位单元630，用于根据内层选定参考点的位置数据S7(X₇、Y₇、Z₇)、S8(X₈、Y₈、Z₈)、S9(X₉、Y₉、Z₉)、两两内层选定参考点之间的距离d₇₈、d₈₉、d₉₇、内层第一功率数据P₇、P₈、P₉和第二功率数据P₇₈、P₈₉、P₉₇，计算目标对象的第三位置数据(X_c、Y_c、Z_c)，并记录获得第三位置数据的第三时间t₃。

第一速度数据计算单元640，用于根据第一位置数据(X_a、Y_a、Z_a)、第二位置数据(X_b、Y_b、Z_b)、第一时间t₁和第二时间t₂，计算目标对象的第一速度数据V₁。

第二速度数据计算单元650，用于根据第二位置数据(X_b、Y_b、Z_b)、第三位置数据(X_c、Y_c、Z_c)、第二时间t₂和第三时间t₃，计算目标对象的第二速度数据V₂。

加速度数据计算单元660，用于根据第一速度数据V₁、第二速度数据V₂、第二时间t₂和第三时间t₃，计算目标对象的加速度数据A。

目标定位单元670，用于根据第三位置数据(X_c、Y_c、Z_c)、第二速度数据V₂和加速度数据A，计算目标对象的位置数据。

在该实施例中，选取9个参考点进行定位，并提供了一种定位模块600的具体结构，其根据三层选定参考点，得到三个位置数据，且近似认为目标对象O在一次位置计算的微小时间片段t₁、t₂、t₃内均做速度和加速度不变的连续运动，通过已有目标的三个位置数据和时间信息，根据目标运动规律，计算目标对象的运动速度和加速度。再根据计算的运动速度和加速度对根据功率数据获得的位置数据进行修正，预测目标位置。该定位模块600通过全局融合位置数据和运动数据，降低了误差，进一步提高了定位精度，得到目标对象O的最终位置，且无需其它监测速度或加速度的硬件设备，成本低。

具体的，以第一定位单元610获得第一位置数据(X_a、Y_a、Z_a)的工作过程为例，参见图4所示，为选定的外层选定参考点S1-S3，则第一定位单元610，计算目标对象的第一位置数据的公式为：

$d_1=\sqrt{{(X_1-X_a)}^2+{(Y_1-Y_a)}^2+{(Z_1-Z_a)}^2}...\left(4\right)$

$d_2=\sqrt{{(X_2-X_a)}^2+{(Y_2-Y_a)}^2+{(Z_2-Z_a)}^2}...\left(5\right)$

$d_3=\sqrt{{(X_3-X_a)}^2+{(Y_3-Y_a)}^2+{(Z_3-Z_a)}^2}...\left(6\right)$

其中，d₃₁、d₁₂、d₂₃为两两外层选定参考点之间的距离，P₁、P₂、P₃为外层第一功率数据，P₃₁、P₁₂、P₂₃为第二功率数据，(X₁、Y₁、Z₁)、(X₂、Y₂、Z₂)、(X₃、Y₃、Z₃)为外层选定参考点的位置数据，d₁、d₂、d₃为目标对象与外层选定参考点之间的距离，(X_a、Y_a、Z_a)为目标对象的第一位置数据，为随机变量，n为路径损耗系数，与环境相关。

由于，外层第一功率数据P₁、P₂、P₃已由外层选定参考点S1-S3反馈至电磁信号收发模块100，第二功率数据P₃₁、P₁₂、P₂₃已由第二获取模块500获取，参考点S3与S1之间的距离为d₃₁、S1与S2之间的距离为d₁₂、S2与S3之间的距离d₂₃已由第一获取模块300获取，为高斯白噪声，n为功率系数，均可由经验或实验获得。所以根据公式(1)-(3)可求解目标对象O距离外层选定参考点S1-S3的距离d₁、d₂、d₃这三个未知量。进而，由于外层选定参考点S1-S3的位置数据S1(X₁、Y₁、Z₁)、S2(X₂、Y₂、Z₂)、S3(X₃、Y₃、Z₃)已由第一获取模块300获取，目标对象O距离外层选定参考点S1-S3的距离d₁、d₂、d₃已由方程(1)-(3)求解，所以根据公式(4)-(6)可求解目标对象O的第一位置数据(X_a、Y_a、Z_a)。第一定位单元610，还记录获得第一位置数据的第一时间t₁。

与第一定位单元610工作过程类似地，第二定位单元620，根据第一获取模块300获取的中层选定参考点的位置数据S4(X₄、Y₄、Z₄)、S5(X₅、Y₅、Z₅)、S6(X₆、Y₆、Z₆)、S4与S5之间的距离d₄₅、S5与S6之间的距离d₅₆、S6与S4之间的距离d₆₄、参考点反馈的中层第一功率数据P₄、P₅、P₆和第二获取模块500获取的第二功率数据P₄₅、P₅₆、P₆₄，可得到目标对象O的第二位置数据(X_b、Y_b、Z_b)；第二定位单元620，还记录获得第二位置数据的第二时间t₂。

与第一定位单元610工作过程类似地，第三定位单元630，根据第一获取模块300获取的内层选定参考点的位置数据S7(X₇、Y₇、Z₇)、S8(X₈、Y₈、Z₈)、S9(X₉、Y₉、Z₉)、S7与S8之间的距离为d₇₈、S8与S9之间的距离为d₈₉、S9与S7之间的距离为d₉₇、参考点反馈的内层第一功率数据P₇、P₈、P₉和第二获取模块500获取的第二功率数据P₇₈、P₈₉、P₉₇，可计算目标对象O的第三位置数据(X_c、Y_c、Z_c)；第三定位单元630，还记录获得第三位置数据的第三时间t₃。

由于目标对象O处于运动状态，所以第一速度数据计算单元640，根据第一位置数据(X_a、Y_a、Z_a)、第二位置数据(X_b、Y_b、Z_b)、第一时间t₁和第二时间t₂，计算目标对象的第一速度数据V₁(V_x1、V_y1、V_z1)的公式为：

$V_{x1}=\frac{X_b-X_a}{t_2-t_1}...\left(7\right)$

$V_{y1}=\frac{Y_b-Y_a}{t_2-t_1}...\left(8\right)$

$V_{z1}=\frac{Z_b-Z_a}{t_2-t_1}...\left(9\right)$

与第一速度数据计算单元640类似的，第二速度数据计算单元650，根据第二位置数据(X_b、Y_b、Z_b)、第三位置数据(X_c、Y_c、Z_c)、第二时间t₂和第三时间t₃，计算目标对象的第二速度数据V₂(V_x2、V_y2、V_z2)的公式为：

$V_{x2}=\frac{X_c-X_b}{t_3-t2}...\left(10\right)$

$V_{y2}=\frac{Y_c-Y_b}{t_3-t_2}...\left(11\right)$

$V_{z2}=\frac{Z_c-Z_b}{t_3-t_2}...\left(12\right)$

加速度数据计算单元660，根据第一速度数据V₁(V_x1、V_y1、V_z1)、第二速度数据V₂(V_x2、V_y2、V_z2)、第二时间t₂和第三时间t₃，计算目标对象的加速度数据A(A_x、A_y、A_z)的公式为：

$A_x=\frac{V_{x2}-V_{x1}}{t_3-t_2}...\left(13\right)$

$A_y=\frac{V_{y2}-V_{y1}}{t_3-t_2}...\left(14\right)$

$A_z=\frac{V_{z2}-V_{z1}}{t_3-t_2}...\left(15\right)$

目标定位单元670，根据第三位置数据(X_c、Y_c、Z_c)、第二速度数据V₂(V_x2、V_y2、V_z2)和加速度数据A(A_x、A_y、A_z)，计算目标对象的位置数据的公式为：

$X=V_{x2}T+\frac{1}{2}{A}_x{T}^2...\left(16\right)$

$Y=V_{y2}T+\frac{1}{2}{A}_y{T}^2...\left(17\right)$

$Z=V_{Z2}T+\frac{1}{2}{A}_Z{T}^2...\left(18\right)$

具体的，工作人员可根据目标定位单元670的计算能力，估计其计算一次位置数据所需时间为T，利用位移公式(16)-(18)估计目标对象的位置数据O(X、Y、Z)。

优选的，电磁信号收发模块100包括扩频调制工作模式和频移键控工作模式，在电磁信号收发模块与最远选定参考点的距离大于设定阈值时，选用扩频调制工作模式，在电磁信号收发模块与最远选定参考点的距离小于设定阈值时，切换至频移键控工作模式。

具体的，频移键控工作模式FSK(Frequency-Shift Keying)是利用载波的频率变化来传递数字信息，利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术，是低功率近距离发射；扩频调制工作模式LORA可以获得比传统频移键控工作模式FSK调制方式高8-10dB的灵敏度的最新调制方式，是大功率远距离发射。本实施例的电磁信号收发模块100能够自动切换扩频调制工作模式和频移键控工作模式，在电磁信号收发模块与最远选定参考点的距离大于设定阈值或室内障碍物数量多于设定阈值时，选用扩频调制工作模式，在电磁信号收发模块与最远选定参考点的距离小于设定阈值或室内障碍物数量少于设定阈值时，切换至频移键控工作模式。更为具体的，目标对象O进入室内后，先利用扩频调制工作模式探测场所内部的参考点，初步估算参考点距离和环境噪声，然后根据环境噪声和探测到的参考点选取选定参考点，逐次降低功率，缩小范围，待缩小到一定范围之内后自动切换到频移键控工作模式，在此模式下功率也是从大到小变化，主动适应环境变化，达到最佳定位效果。

本实施例室内定位装置的电磁信号收发模块100能自动切换工作模式，一方面可在距离远或障碍物多时，切换至扩频调制工作模式LORA，以提高定位精度，另一方面可在距离近或障碍物少时，切换至频移键控工作模式，在确保预期定位精度的前提下，降低功耗节约能源。

在另一个实施例中，如图5所示，该室内定位装置，还包括能量收集模块700，该能量收集模块700包括能量采集单元710、选择单元720、充电管理单元730、储能单元740、放电管理单元750和转换输出单元760。

能量采集单元710，包括针对多个不同环境而对应设定的多个能量采集子单元。选择单元720，与能量采集单元710连接，用于针对特定环境选择对应的能量采集子单元。充电管理单元730，与选择单元720和储能单元740连接，用于管理储能单元740的充电过程。储能单元740，用于存储能量采集单元710采集的能量。放电管理单元750，与储能单元740连接，用于管理储能单元740的放电过程。转换输出单元760，与储能单元740连接，用于转换储能单元740的电能，输出预设电压的电源，为室内定位装置供电。

具体的，本实施例中能量收集模块700的能量采集单元710包括针对多个不同环境而对应设定的多个能量采集子单元。选择单元720在硬件设计上，具体可为匹配电路或译码电路等，根据室内定位装置当前所处的环境条件，选择与该特定环境对应的能量采集子单元采集环境内的能量转换成电能，经充电管理单元730，存储在储能单元740中。该充电管理单元730，用于管理储能单元740的充电过程，例如可包括本领域熟知的过充管理电路，当储能单元740内存储的电能超过设定阈值时，停止充电过程，避免出现过充现象，降低储能单元740的使用寿命。当启动该室内定位装置时，放电管理单元750接收启动信号，控制储能单元740放电，此时转换输出单元760根据室内定位装置各模块所需的工作电压，转换该储能单元740的放电电压至各模块的工作电压，为室内定位装置的各模块提供稳定的供电电压。

该实施例提出的室内定位装置，具备独立的能量收集模块700，采集自然环境中的能量，自给自足的为装置提供稳定的供电电压，保证装置工作所需的能量来源，无需其它交流电源或电池等外设供电模块，供电方式稳定灵活，避免了需要更换电池或装置布置位置受限的问题。该能量收集模块700，还可单独应用于装置中，为其提供电能。

在另一个实施例中，如图6所示，能量采集单元710包括光传感器711、温差传感器712、机械能量收集传感器713中的一种或多种。

其中，光传感器711，用于利用环境中的自然光或灯光转换成电能；温差传感器712，用于利用环境中的温度差转换成电能；机械能量收集传感器713，用于利用环境中物体微运动产生的能量转换成电能。

该实施例提出的能量采集单元710包括光传感器711、温差传感器712和机械能量收集传感器713，能够针对自获能室内定位装置所处的环境条件，选配不同的设备采集能源，充分利用优势环境条件，提高能源利用率。

优选的，储能单元740具体为低泄露的电容。在该实施例中，采用低泄露的电容作为储能单元，与电池相比，使用寿命长，成本低。

优选的，室内定位装置还包括滤波模块，对第一功率数据和第二功率数据进行滤波。优选的，该滤波模块可集成在电磁信号收发模块100或其它模块内。

由于接收的功率数据是受环境条件影响较大的参数，因此在该实施例中，增设滤波模块，能够对功率数据进行滤波，尽量减少背景噪声和测量噪声的影响。此外，本领域技术人员知晓此两种噪声是白噪声，与接收的信号基本没有关系，所以可采用但不仅限于采用联邦滤波器进行滤波，消除干扰，进一步提高定位精度。

优选的，室内定位装置安装在目标对象上，由目标对象主动发射定位信号，信息融合和定位的计算过程由目标对象自己完成，然后将自己的位置状态发送给参考点，自动将目标对象的状态转发给网关。参考点在承担定位功能的同时，也具有路由器的功能，以降低成本，无需另外设置路由器。

本发明的室内定位装置，一方面由目标对象主动发射定位信号，利用三层参考点的功率数据求解三个位置数据，并信息融合运动数据得到目标对象的最终位置数据，定位更精确；一方面具有独立的能量收集模块，适应环境条件提供能量，无需其它外设电源。

如图7所示，本发明还提供了一种室内定位方法，包括步骤：

S100：向室内的N个参考点发送电磁信号，并获取参考点反馈的电磁信号的第一功率数据，N为不小于9的整数。

S200：根据第一功率数据，选取M个参考点作为选定参考点，M为不小于9的整数，且M为3的倍数。

S300：获取选定参考点的位置数据和两两选定参考点之间的距离。

S400：根据选定参考点的位置数据将选定参考点平均分成组。

S500：根据分组结果获取每个选定参考点反馈的同一组的、相邻选定参考点发送的电磁信号的第二功率数据。

S600：根据选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离、第一功率数据和第二功率数据，定位目标对象的位置。

在另一个实施例中，步骤S200，具体为根据第一功率数据，选取9个参考点作为选定参考点。

步骤S400，具体为根据选定参考点的位置数据将选定参考点平均分成3组，记为外层选定参考点、中层选定参考点和内层选定参考点，并将外层选定参考点、中层选定参考点和内层选定参考点的第一功率数据，记为外层第一功率数据、中层第一功率数据和内层第一功率数据。

如图8所示，步骤S600，包括：

S610：根据外层选定参考点的位置数据、两两外层选定参考点之间的距离、外层第一功率数据和第二功率数据，计算目标对象的第一位置数据，并记录获得第一位置数据的第一时间。

S620：根据中层选定参考点的位置数据、两两中层选定参考点之间的距离、中层第一功率数据和第二功率数据，计算目标对象的第二位置数据，并记录获得第二位置数据的第二时间。

S630：根据内层选定参考点的位置数据、两两内层选定参考点之间的距离、内层第一功率数据和第二功率数据，计算目标对象的第三位置数据，并记录获得第三位置数据的第三时间。

S640：根据第一位置数据、第二位置数据、第一时间和第二时间，计算目标对象的第一速度数据。

S650：根据第二位置数据、第三位置数据、第二时间和第三时间，计算目标对象的第二速度数据。

S660：根据第一速度数据、第二速度数据、第二时间和第三时间，计算目标对象的加速度数据。

S670：根据第三位置数据、第二速度数据和加速度数据，计算目标对象的位置数据。

在另一个实施例中，步骤S610计算目标对象的第一位置数据的公式为：

$d_1=\sqrt{{(X_1-X_a)}^2+{(Y_1-Y_a)}^2+{(Z_1-Z_a)}^2}$

$d_2=\sqrt{{(X_2-X_a)}^2+{(Y_2-Y_a)}^2+{(Z_2-Z_a)}^2}$

$d_3=\sqrt{{(X_3-X_a)}^2+{(Y_3-Y_a)}^2+{(Z_3-Z_a)}^2}$

其中，d₃₁、d₁₂、d₂₃为两两外层选定参考点之间的距离，P₁、P₂、P₃为外层第一功率数据，P₃₁、P₁₂、P₂₃为第二功率数据，(X₁、Y₁、Z₁)、(X₂、Y₂、Z₂)、(X₃、Y₃、Z₃)为外层选定参考点的位置数据，d₁、d₂、d₃为目标对象与外层选定参考点之间的距离，(X_a、Y_a、Z_a)为目标对象的第一位置数据，为随机变量，n为路径损耗系数，与环境相关。

步骤S620、S630与步骤S610类似，在此不再赘述。

步骤S640，根据第一位置数据(X_a、Y_a、Z_a)、第二位置数据(X_b、Y_b、Z_b)、第一时间t₁和第二时间t₂，计算目标对象的第一速度数据V₁(V_x1、V_y1、V_z1)的公式为：

$V_{x1}=\frac{X_b-X_a}{t_2-t_1}$

$V_{y1}=\frac{Y_b-Y_a}{t_2-t_1}$

$V_{z1}=\frac{Z_b-Z_a}{t_2-t_1}$

步骤S650与步骤S640类似，在此不再赘述。

步骤S660：根据第一速度数据V₁(V_x1、V_y1、V_z1)、第二速度数据V₂(V_x2、V_y2、V_z2)、第二时间t₂和第三时间t₃，计算目标对象的加速度数据A(A_x、A_y、A_z)的公式为：

$A_x=\frac{V_{x2}-V_{x1}}{t_3-t_2}$

$A_y=\frac{V_{y2}-V_{y1}}{t_3-t_2}$

$A_z=\frac{V_{z2}-V_{z1}}{t_3-t_2}$

步骤S670：根据第三位置数据(X_c、Y_c、Z_c)、第二速度数据V₂(V_x2、V_y2、V_z2)和加速度数据A(A_x、A_y、A_z)，计算目标对象的位置数据的公式为：

$X=V_{x2}T+\frac{1}{2}{A}_x{T}^2$

$Y=V_{y2}T+\frac{1}{2}{A}_y{T}^2$

$Z=V_{Z2}T+\frac{1}{2}{A}_Z{T}^2$

在另一个实施例中，如图9所示，本发明还包括一种室内定位系统，包括以上所述室内定位装置10和设置在室内的至少N个参考点，每个参考点设置有电磁信号收发装置21、22、23……2N，N为不小于9的整数。

以上室内定位方法和室内定位系统均与室内定位装置对应，其详尽步骤和技术效果不再赘述。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种室内定位装置，其特征在于，包括：

电磁信号收发模块，用于向室内的N个参考点发送电磁信号，并获取所述参考点反馈的所述电磁信号的第一功率数据，N为不小于9的整数；

参考点选取模块，用于根据所述第一功率数据，选取M个参考点作为选定参考点，所述M为不小于9的整数，且M为3的倍数；

第一获取模块，用于获取所述选定参考点的位置数据和两两选定参考点之间的距离；

参考点分组模块，用于根据所述选定参考点的位置数据将所述选定参考点平均分成组；

第二获取模块，用于根据分组结果获取每个所述选定参考点反馈的同一组的、相邻选定参考点发送的电磁信号的第二功率数据；

定位模块，用于根据所述选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离、所述第一功率数据和所述第二功率数据，定位目标对象的位置。

2.根据权利要求1所述的室内定位装置，其特征在于，

所述参考点选取模块，根据所述第一功率数据，选取9个参考点作为所述选定参考点；

所述参考点分组模块，根据所述选定参考点的位置数据将所述选定参考点平均分成3组，分别记为外层选定参考点、中层选定参考点和内层选定参考点，并将所述外层选定参考点、中层选定参考点和内层选定参考点的第一功率数据，分别记为外层第一功率数据、中层第一功率数据和内层第一功率数据；

所述定位模块，包括：

第一定位单元，用于根据所述外层选定参考点的位置数据、两两外层选定参考点之间的距离、所述外层第一功率数据和所述第二功率数据，计算所述目标对象的第一位置数据，并记录获得所述第一位置数据的第一时间；

第二定位单元，用于根据所述中层选定参考点的位置数据、两两中层选定参考点之间的距离、所述中层第一功率数据和所述第二功率数据，计算所述目标对象的第二位置数据，并记录获得所述第二位置数据的第二时间；

第三定位单元，用于根据所述内层选定参考点的位置数据、两两内层选定参考点之间的距离、所述内层第一功率数据和所述第二功率数据，计算所述目标对象的第三位置数据，并记录获得所述第三位置数据的第三时间；

第一速度数据计算单元，用于根据所述第一位置数据、所述第二位置数据、所述第一时间和所述第二时间，计算所述目标对象的第一速度数据；

第二速度数据计算单元，用于根据所述第二位置数据、所述第三位置数据、所述第二时间和所述第三时间，计算所述目标对象的第二速度数据；

加速度数据计算单元，用于根据所述第一速度数据、所述第二速度数据、所述第二时间和所述第三时间，计算所述目标对象的加速度数据；

目标定位单元，用于根据所述第三位置数据、所述第二速度数据和所述加速度数据，计算所述目标对象的位置数据。

3.根据权利要求2所述的室内定位装置，其特征在于，

所述第一定位单元，计算所述目标对象的第一位置数据的公式为：

$d_1=\sqrt{{(X_1-X_a)}^2+{(Y_1-Y_a)}^2+{(Z_1-Z_a)}^2}$

$d_2=\sqrt{{(X_2-X_a)}^2+{(Y_2-Y_a)}^2+{(Z_2-Z_a)}^2}$

$d_3=\sqrt{{(X_3-X_a)}^2+{(Y_3-Y_a)}^2+{(Z_3-Z_a)}^2}$

其中，d₃₁、d₁₂、d₂₃为两两外层选定参考点之间的距离，P₁、P₂、P₃为所述外层第一功率数据，P₃₁、P₁₂、P₂₃为所述第二功率数据，(X₁、Y₁、Z₁)、(X₂、Y₂、Z₂)、(X₃、Y₃、Z₃)为所述外层选定参考点的位置数据，d₁、d₂、d₃为所述目标对象与所述外层选定参考点之间的距离，(X_a、Y_a、Z_a)为所述目标对象的第一位置数据，为随机变量，n为路径损耗系数，与环境相关。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的室内定位装置，其特征在于，所述电磁信号收发模块包括扩频调制工作模式和频移键控工作模式，在所述电磁信号收发模块与最远选定参考点的距离大于设定阈值时，选用扩频调制工作模式，在所述电磁信号收发模块与最远选定参考点的距离小于设定阈值时，切换至频移键控工作模式。

5.根据权利要求4所述的室内定位装置，其特征在于，所述室内定位装置还包括能量收集模块，所述能量收集模块包括能量采集单元、选择单元、充电管理单元、储能单元、放电管理单元和转换输出单元；

所述能量采集单元，包括针对多个不同环境而对应设定的多个能量采集子单元；

所述选择单元，与所述能量采集单元连接，用于针对特定环境选择对应的能量采集子单元；

所述充电管理单元，与所述选择单元和所述储能单元连接，用于管理所述储能单元的充电过程；

所述储能单元，用于存储所述能量采集单元采集的能量；

所述放电管理单元，与所述储能单元连接，用于管理所述储能单元的放电过程；

所述转换输出单元，与所述储能单元连接，用于转换所述储能单元的电能，输出预设电压的电源，为所述室内定位装置供电。

6.根据权利要求5所述的室内定位装置，其特征在于，所述能量采集单元包括光传感器、温度传感器、机械能量收集传感器中的一种或多种；

所述光传感器，用于利用环境中的自然光或灯光转换成电能；

所述温差传感器，用于利用环境中的温度差转换成电能；

所述机械能量收集传感器，用于利用环境中物体微运动产生的能量转换成电能。

7.根据权利要求5-6任意一项的室内定位装置，其特征在于，所述储能单元为低泄露的电容。

8.一种室内定位方法，其特征在于，包括：

向室内的N个参考点发送电磁信号，并获取所述参考点反馈的所述电磁信号的第一功率数据，N为不小于9的整数；

根据所述第一功率数据，选取M个参考点作为选定参考点，所述M为不小于9的整数，且M为3的倍数；

获取所述选定参考点的位置数据和两两选定参考点之间的距离；

根据所述选定参考点的位置数据将所述选定参考点平均分成组；

根据分组结果获取每个所述选定参考点反馈的同一组的、相邻选定参考点发送的电磁信号的第二功率数据；

根据所述选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离、所述第一功率数据和所述第二功率数据，定位目标对象的位置。

9.根据权利要求8所述的室内定位方法，其特征在于，

所述根据所述第一功率数据，选取M个参考点作为选定参考点的步骤，具体为，根据所述第一功率数据，选取9个参考点作为选定参考点；

M

所述根据所述选定参考点的位置数据将所述选定参考点平均分成3组的步骤，具体为，根据所述选定参考点的位置数据将所述选定参考点平均分成3组，记为外层选定参考点、中层选定参考点和内层选定参考点，并将所述外层选定参考点、中层选定参考点和内层选定参考点的第一功率数据，记为外层第一功率数据、中层第一功率数据和内层第一功率数据；

所述根据所述选定参考点的位置数据、两两选定参考点之间的距离、所述第一功率数据和所述第二功率数据，定位所述目标对象的位置的步骤，包括：

根据所述外层选定参考点的位置数据、两两外层选定参考点之间的距离、所述外层第一功率数据和所述第二功率数据，计算所述目标对象的第一位置数据，并记录获得所述第一位置数据的第一时间；

根据所述中层选定参考点的位置数据、两两中层选定参考点之间的距离、所述中层第一功率数据和所述第二功率数据，计算所述目标对象的第二位置数据，并记录获得所述第二位置数据的第二时间；

根据所述内层选定参考点的位置数据、两两内层选定参考点之间的距离、所述内层第一功率数据和所述第二功率数据，计算所述目标对象的第三位置数据，并记录获得所述第三位置数据的第三时间；

根据所述第一位置数据、所述第二位置数据、所述第一时间和所述第二时间，计算所述目标对象的第一速度数据；

根据所述第二位置数据、所述第三位置数据、所述第二时间和所述第三时间，计算所述目标对象的第二速度数据；

根据所述第一速度数据、所述第二速度数据、所述第二时间和所述第三时间，计算所述目标对象的加速度数据；

根据所述第三位置数据、所述第二速度数据和所述加速度数据，计算所述目标对象的位置数据。

10.一种室内定位系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的室内定位装置和设置在室内的至少N个参考点，每个参考点设置有电磁信号收发装置，N为不小于9的整数。