CN104994580A - 一种室内定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种室内定位方法，包括步骤：一、在室内布设k个卫星信号发射器，并在室内待定位目标点位置处布设卫星信号接收机；二、在室内建立空间直角坐标系，并测量得到k个卫星信号发射器在空间直角坐标系中的坐标；三、获得k个卫星信号发射器与室内待定位目标点之间的伪距观测值；四、卫星信号接收机将k个卫星信号发射器与室内待定位目标点之间的伪距观测值发送至数据处理设备；五、数据处理设备根据k个卫星信号发射器在空间直角坐标系中的坐标，k个卫星信号发射器与室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，得到室内待定位目标点在空间直角坐标系中的坐标。本发明实现方便，定位精度高。

Description

一种室内定位方法
技术领域
本发明属于室内定位技术领域，具体涉及一种室内定位方法。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展，北斗作为一种室外定位技术已经在很多领域内被进行初步的应用，但是由于北斗信号并不能完全的在室内进行传播，所以并不能很合适的直接应用于室内定位技术领域。但是现如今，室内定位在一些特定场合的实用性和必要性已经日趋显著，例如在空旷的室内仓库中快速定位货物位置，又如在地下停车场等比较开阔的室内空间中进行障碍物定位等，若能实现快速又精准的定位，则非常具有实际意义，所以室内定位的广阔前景逐渐的被人们所发现。近些年来，也有人从事室内定位方面的研究，而目前为止主要采用以下两种常用的室内定位技术。
AGPS(Assisted Global Positioning System，辅助全球卫星定位系统)定位技术，它可以利用手机基地站的资讯，配合传统北斗卫星，让定位速度更快。但缺点是室内定位的问题仍然无法圆满完成，实现必须通过多次网络传输，对运营商来说占用了大量的空中资源。
基站定位，它是通过电信移动运营商的网络获取移动终端用户的位置信息(经纬坐标)，在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。但缺点是定位精度很大程度上依赖于基站的分布及覆盖范围的大小，有时定位误差会超过一公里，无法满足实际使用的精度要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种室内定位方法，其方法步骤简单，实现方便，定位精度高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种室内定位方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、在室内布设k个卫星信号发射器，并在室内待定位目标点位置处布设卫星信号接收机；其中，k的取值为不小于4的自然数；
步骤二、在室内建立空间直角坐标系，并测量得到k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标；其中，第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标为(wi0,wi1,wi2)，i为1～k的自然数，wi0为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的x坐标，wi1为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的y坐标，wi2为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的z坐标；
步骤三、所述卫星信号接收机接收设置在室内的k个卫星信号发射器发射的卫星信号，并根据其接收到的卫星信号获得k个卫星信号发射器与所述卫星信号接收机之间的伪距观测值，即获得了k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值；
步骤四、所述卫星信号接收机将k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值发送至数据处理设备；
步骤五、所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X。
上述的一种室内定位方法，其特征在于：步骤五中所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X的具体过程为：
步骤501、所述数据处理设备确定所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标其中，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的x坐标当前估计值，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的y坐标当前估计值，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的z坐标当前估计值；
步骤502、所述数据处理设备根据公式计算所述卫星信号接收机与第i个卫星信号发射器之间的距离di，取i为1～k的自然数，计算得到所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离；
步骤503、所述数据处理设备根据所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，以及k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，获得系数矩阵其中，Di为第i个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，i为1～k的自然数；
步骤504、所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，获得常量矩阵其中，li＝di-Di，i为1～k的自然数；
步骤505、所述数据处理设备确定权值矩阵P，并根据所述系数矩阵A、所述常量矩阵L和所述权值矩阵P，通过公式X＝(ATPA)-1ATPL计算得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X。
上述的一种室内定位方法，其特征在于：步骤505中所述权值矩阵P为k阶的全1矩阵。
上述的一种室内定位方法，其特征在于：在步骤五之后，所述数据处理设备还将步骤五中得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X作为步骤501中确定的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标然后循环执行步骤502～步骤505，直至循环次数达到了预设的循环次数阈值，或者当前计算得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标中的x坐标、y坐标和z坐标与上一次循环计算得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标中的x坐标、y坐标和z坐标的差值均小于预设的差值阈值。
上述的一种室内定位方法，其特征在于：所述预设的循环次数阈值为5～30。
上述的一种室内定位方法，其特征在于：所述预设的差值阈值为0.001～0.01。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的方法步骤简单，实现方便。
2、本发明的方法，设置在室内待定位目标点的卫星信号接收机通过设置在室内的至少四个卫星信号发射器发射的卫星信号实现对室内待定位目标点的定位，这样，由于卫星信号接收机能够在室内接收到精确的卫星信号，因此通过该卫星信号能够实现对室内待定位目标点的精确定位，且不需要进行多次的网络传输，定位方便且速度快。
3、本发明能够用于各种需要室内定位的场合，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1中室内定位方法的方法流程框图。
图2为本发明实施例2中室内定位方法的方法流程框图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明的一种室内定位方法，包括以下步骤：
步骤一、在室内布设k个卫星信号发射器，并在室内待定位目标点位置处布设卫星信号接收机；其中，k的取值为不小于4的自然数；
本实施例中，取k＝4；
步骤二、在室内建立空间直角坐标系，并测量得到k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标；其中，第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标为(wi0,wi1,wi2)，i为1～k的自然数，wi0为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的x坐标，wi1为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的y坐标，wi2为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的z坐标；
具体实施时，可以采用全站仪测量卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标。
本实施例中，第1个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标为(5.222,0.088,5.062)，第2个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标为(9.232,4.754,5.038)，第3个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标为(4.108,8.790,5.022)，第4个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标为(0.774,3.630,5.046)；
步骤三、所述卫星信号接收机接收设置在室内的k个卫星信号发射器发射的卫星信号，并根据其接收到的卫星信号获得k个卫星信号发射器与所述卫星信号接收机之间的伪距观测值，即获得了k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值；
本实施例中，D1＝4.4277，D2＝4.7573，D3＝5.2752，D4＝4.7098；
步骤四、所述卫星信号接收机将k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值发送至数据处理设备；
步骤五、所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X。
本实施例中，步骤五中所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X的具体过程为：
步骤501、所述数据处理设备确定所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标其中，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的x坐标当前估计值，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的y坐标当前估计值，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的z坐标当前估计值；
本实施例中，即所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标为(5,4,3)；
步骤502、所述数据处理设备根据公式计算所述卫星信号接收机与第i个卫星信号发射器之间的距离di，取i为1～k的自然数，计算得到所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离；
本实施例中，计算得到d1＝4.7429，d2＝5.0704，d3＝5.4019，d4＝4.8547；
步骤503、所述数据处理设备根据所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，以及k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，获得系数矩阵其中，Di为第i个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，i为1～k的自然数；
本实施例中，
步骤504、所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，获得常量矩阵其中，li＝di-Di，i为1～k的自然数；
本实施例中，
步骤505、所述数据处理设备确定权值矩阵P，并根据所述系数矩阵A、所述常量矩阵L和所述权值矩阵P，通过公式X＝(ATPA)-1ATPL计算得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X。
本实施例中，步骤505中所述权值矩阵P为4阶的全1矩阵，即计算得到的坐标X＝[4.88999 4.07203 2.51003]。
为了验证本发明室内定位方法的精度，采用全站仪测量得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标为[4.890 4.072 2.510]，将步骤505中计算得到的坐标X＝[4.88999 4.07203 2.51003]与测量坐标[4.890 4.072 2.510]相比可见，本发明的精度达到了0.001。
采用上述室内定位方法，设置在室内待定位目标点的卫星信号接收机通过设置在室内的至少四个卫星信号发射器发射的卫星信号实现对室内待定位目标点的定位，这样，由于卫星信号接收机能够在室内接收到精确的卫星信号，因此通过该卫星信号能够实现对室内待定位目标点的精确定位，且不需要进行多次的网络传输，操作简便。
实施例2
如图2所示，本发明的一种室内定位方法，包括以下步骤：
步骤一、在室内布设k个卫星信号发射器，并在室内待定位目标点位置处布设卫星信号接收机；其中，k的取值为不小于4的自然数；
步骤二、在室内建立空间直角坐标系，并测量得到k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标；其中，第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标为(wi0,wi1,wi2)，i为1～k的自然数，wi0为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的x坐标，wi1为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的y坐标，wi2为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的z坐标；
步骤三、所述卫星信号接收机接收设置在室内的k个卫星信号发射器发射的卫星信号，并根据其接收到的卫星信号获得k个卫星信号发射器与所述卫星信号接收机之间的伪距观测值，即获得了k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值；
步骤四、所述卫星信号接收机将k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值发送至数据处理设备；
步骤五、所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X。
本实施例中，步骤五中所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X的具体过程为：
步骤501、所述数据处理设备确定所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标其中，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的x坐标当前估计值，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的y坐标当前估计值，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的z坐标当前估计值；
步骤502、所述数据处理设备根据公式计算所述卫星信号接收机与第i个卫星信号发射器之间的距离di，取i为1～k的自然数，计算得到所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离；
步骤503、所述数据处理设备根据所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，以及k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，获得系数矩阵其中，Di为第i个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，i为1～k的自然数；
步骤504、所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，获得常量矩阵其中，li＝di-Di，i为1～k的自然数；
步骤505、所述数据处理设备确定权值矩阵P，并根据所述系数矩阵A、所述常量矩阵L和所述权值矩阵P，通过公式X＝(ATPA)-1ATPL计算得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X。
本实施例中，步骤505中所述权值矩阵P为k阶的全1矩阵。
本实施例中，在步骤五之后，所述数据处理设备还将步骤五中得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X作为步骤501中确定的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标然后循环执行步骤502～步骤505，直至循环次数达到了预设的循环次数阈值，或者当前计算得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标中的x坐标、y坐标和z坐标与上一次循环计算得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标中的x坐标、y坐标和z坐标的差值均小于预设的差值阈值。
本实施例中，所述预设的循环次数阈值为5～30。所述预设的差值阈值为0.001～0.01。
这样，可以提高定位结果的精度，达到高精度的室内定位。
采用上述室内定位方法，设置在室内待定位目标点的卫星信号接收机通过设置在室内的至少四个卫星信号发射器发射的卫星信号实现对室内待定位目标点的定位，这样，由于卫星信号接收机能够在室内接收到精确的卫星信号，因此通过该卫星信号能够实现对室内待定位目标点的精确定位，且不需要进行多次的网络传输，操作简便。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种室内定位方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、在室内布设k个卫星信号发射器，并在室内待定位目标点位置处布设卫星信号接收机；其中，k的取值为不小于4的自然数；
步骤二、在室内建立空间直角坐标系，并测量得到k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标；其中，第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标为（wi0,wi1,wi2），i为1～k的自然数，wi0为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的x坐标，wi1为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的y坐标，wi2为第i个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的z坐标；
步骤三、所述卫星信号接收机接收设置在室内的k个卫星信号发射器发射的卫星信号，并根据其接收到的卫星信号获得k个卫星信号发射器与所述卫星信号接收机之间的伪距观测值，即获得了k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值；
步骤四、所述卫星信号接收机将k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值发送至数据处理设备；
步骤五、所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X。
2.按照权利要求1所述的一种室内定位方法，其特征在于：步骤五中所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X的具体过程为：
步骤501、所述数据处理设备确定所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标其中，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的x坐标当前估计值，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的y坐标当前估计值，为所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的z坐标当前估计值；
步骤502、所述数据处理设备根据公式计算所述卫星信号接收机与第i个卫星信号发射器之间的距离di，取i为1～k的自然数，计算得到所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离；
步骤503、所述数据处理设备根据所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标k个卫星信号发射器在所述空间直角坐标系中的坐标，以及k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，获得系数矩阵 A = A 10 A 11 A 12 . . . . . . . . . A k 0 A k 1 A k 2 ; 其中， A i 0 = w i 0 - x ~ D i , A i 1 = w i 1 - y ~ D i , A i 2 = w i 2 - z ~ D i , Di为第i个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，i为1～k的自然数；
步骤504、所述数据处理设备根据k个卫星信号发射器与所述室内待定位目标点之间的伪距观测值，以及所述卫星信号接收机与k个卫星信号发射器之间的距离，获得常量矩阵 L = l 1 l 2 . . . l k , 其中，li=di-Di，i为1～k的自然数；
步骤505、所述数据处理设备确定权值矩阵P，并根据所述系数矩阵A、所述常量矩阵L和所述权值矩阵P，通过公式X=(ATPA)-1ATPL计算得到所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X。
3.按照权利要求2所述的一种室内定位方法，其特征在于：步骤505中所述权值矩阵P为k阶的全1矩阵。
4.按照权利要求2或3所述的一种室内定位方法，其特征在于：在步骤五之后，所述数据处理设备还将步骤五中得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标X作为步骤501中确定的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的当前估计坐标然后循环执行步骤502～步骤505，直至循环次数达到了预设的循环次数阈值，或者当前计算得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标中的x坐标、y坐标和z坐标与上一次循环计算得到的所述室内待定位目标点在所述空间直角坐标系中的坐标中的x坐标、y坐标和z坐标的差值均小于预设的差值阈值。
5.按照权利要求4所述的一种室内定位方法，其特征在于：所述预设的循环次数阈值为5～30。
6.按照权利要求4所述的一种室内定位方法，其特征在于：所述预设的差值阈值为0.001～0.01。
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