CN106556854B - 一种室内外导航系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种室内外导航系统，包括室外导航定位模块进行卫星导航定位，当接收到等于或多于预设数量卫星的定位信号时，通过间隙式RTPPP实时获取卫星轨道和钟差改正数，进行处理，获得导航定位数据；当接收到少于预设数量的定位信号时，则将定位数据传输至室内导航定位模块；室内导航定位模块采集行人的转动角、加速度、气压和地磁的数据，对进行数据处理，得初步导航定位数据，并将数据传输至服务器；还对初步导航定位数据进行校正得最终导航定位数据；通信模块建立室内导航定位模块与服务器之间的传输通道；服务器将数据与其数据进行比对矫正和存储。相对现有技术，本发明能降低定位成本，提高室内外定位的精度，提升应用范围。

Description

一种室内外导航系统及方法
技术领域
本发明涉及导航定位技术领域，特别涉及一种室内外导航系统及方法。
背景技术
随着社会的不断发展，人们对室内外无缝导航定位的需求越来越高，汽车的导航定位，老人儿童的走失，无人机的发展，军队单兵作战能力的提升都表现出来极大的需求。
现有技术方案通过移动设备检测室外的蜂窝塔，然后采用根据各个蜂窝塔的强度强弱判定位置，但需提前构建大量室内室外地图，还要建立大量的蜂窝塔，耗费大量的财力物力。并且与蜂窝塔的数量多少与强度有关，如果数量较少，强度偏弱，则没有精准的定位导航精度。
现有技术方案还通过在室外进行卫星定位导航，在室内通过建立多个蓝牙基站进行导航，但是这种技术的局限性在于蓝牙的信号距离有限，并且易受遮挡物影响。并且长时间利用移动设备的蓝牙进行匹配耗费电量较大，对于电量较低移动设备手机，平板电脑来说并不适合。
现有技术方案还通过利用位置指纹信息的室内定位方法，建立定位区域的RSSI指纹库，并基于隐马尔科夫定位模型，计算获得连续运动最大可能的轨迹。但这种方法需要提前建立RSSI指纹库，对陌生环境区域的适应性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种室内外导航系统及方法，所要解决的技术问题是：如何降低定位成本，提高室内外定位的精度，提升应用范围。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种室内外导航系统，包括室外导航定位模块、室内导航定位模块、通信模块和服务器；
一种室内外导航系统，包括室外导航定位模块、室内导航定位模块、通信模块和服务器；
所述室外导航定位模块，用于进行卫星导航定位，当接收到等于或多于预设数量卫星的定位信号时，通过间隙式RTPPP(RTPPP指GPS精密单点定位机制)实时获取卫星轨道和钟差改正数，通过历元间差分自校准模型对卫星轨道和钟差改正数进行处理，获得导航定位数据；当接收到少于预设数量的定位信号时，则将室外定位数据传输至室内导航定位模块；
所述室内导航定位模块，用于采集行人的转动角数据、加速度数据、气压数据和地磁数据，对室外定位数据、角速度数据、加速度数据、气压数据和地磁数据进行数据处理，得出初步导航定位数据，并将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据通过通信模块传输至服务器；还用于根据矫正后的数据对初步导航定位数据进行校正，得最终导航定位数据；
所述通信模块，用于建立室内导航定位模块与服务器之间的传输通道；
所述服务器，用于将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据与其预先存储的数据进行比对矫正，将矫正后的数据进行存储，并通过通信模块传输至室内导航定位模块。
本发明的有益效果是：室外导航定位模块和室内导航定位模块协调运作，能对实现室内外导航定位，导航定位成本低，导航定位精度高；同时能通过服务器进行对比矫正，进一步提升导航定位精度，避免设备老化造成导航定位精度下降，应用范围广，环境实用性强。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述室外导航定位模块为GPS卫星导航装置或BD卫星导航装置。
采用上述进一步方案的有益效果是：GPS卫星导航装置或BD卫星导航装置能及时进行导航定位，提升导航定位精度。
进一步，所述通信模块为GSM通信模块，所述GSM通信模块利用GSM网络向所述服务器进行间歇性的上传室外定位数据、角速度数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据。
采用上述进一步方案的有益效果是：GSM通信模块成本低，无线通信网络好，导航定位成本低，导航定位精度高。
进一步，还包括地磁采集模块，用于实时采集区域地磁数据，将区域地磁数据通过通信模块上传服务器进行地磁匹配，所述服务器根据区域地磁数据构建电子磁图，并将电子磁图通过通信模块传输至室内导航定位模块。
采用上述进一步方案的有益效果是：地磁采集模块能采集区域地磁数据，构建电子磁图，为导航定位提供依据，提升导航定位精度。
进一步，所述室内导航定位模块包括MIMU单元、地磁传感器、气压检测单元和主控单元；
所述MIMU单元(MIMU单元是指陀螺仪和加速度感应器的集合体)，其与所述主控单元连接，用于检测转动角速度和加速度，分别生成角速度数据和加速度数据传输至主控单元；
所述地磁传感器，其与所述主控单元连接，用于获得行人所在位置的地磁数据传输至主控单元；
所述气压检测单元，其与所述主控单元连接，用于获得行人所在位置的气压数据传输至主控单元；
所述主控单元，用于通过PDR算法对室外定位数据、角速度数据和加速度数据进行数据处理，将数据处理结果进行卡尔曼滤波，得行人的所在位置的数据；以行人所在位置为中心，以大于等于2倍PDR步长为搜索区域获得电子磁图上的多个基准点，根据多个基准点对地磁数据进行处理，获得分米级解算位置数据；对气压数据和分米级解算位置数据进行处理，得出初步导航定位数据；还用于根据矫正后的数据对初步导航定位数据进行校正，得最终导航定位数据。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过MIMU单元、地磁传感器、气压检测单元和主控单元协调运作，能实现对角速度数据、加速度数据、地磁数据和气压数据进行采集，通过对室外定位数据、角速度数据、加速度数据、地磁数据和气压数据进行数据处理，得出初步导航定位数据，提升了导航定位精度，且成本低，不受环境影响，应用范围广。
进一步，所述MIMU单元包括陀螺仪和加速度计，所述陀螺仪用于检测转动角速度，生成角速度数据；所述加速度计检测加速度，生成加速度数据。
采用上述进一步方案的有益效果是：陀螺仪和加速度计检测的角速度数据和加速度数据，提升导航定位精度。
进一步，还包括显示模块，所述显示模块与所述室内导航定位模块连接，用于对最终导航定位数据进行显示。
采用上述进一步方案的有益效果是：显示模块便于行人及时了解导航定位信息。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种室内外导航方法，包括以下步骤：
步骤S1.室外导航定位模块进行卫星导航定位，当接收到等于或多于预设数量卫星的定位信号时，通过间隙式RTPPP实时获取卫星轨道和钟差改正数，通过历元间差分自校准模型对卫星轨道和钟差改正数进行处理，获得导航定位数据；当接收到少于预设数量的定位信号时，则将室外定位数据传输至室内导航定位模块；
步骤S2.通信模块建立室内导航定位模块与服务器之间的传输通道；室内导航定位模块采集行人的转动角数据、加速度数据、气压数据和地磁数据，对室外定位数据、角速度数据、加速度数据、气压数据和地磁数据进行数据处理，得出初步导航定位数据，并将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据通过通信模块传输至服务器；
步骤S3.服务器将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据与其预先存储的数据进行比对矫正，将矫正后的数据进行存储，并通过通信模块传输至室内导航定位模块；
步骤S4.室内导航定位模块(2)根据矫正后的数据对初步导航定位数据进行校正，得最终导航定位数据。
本发明的有益效果是：室外导航定位模块和室内导航定位模块协调运作，能对实现室内外导航定位，导航定位成本低，导航定位精度高；同时能通过服务器进行对比矫正，进一步提升导航定位精度，避免设备老化造成导航定位精度下降，应用范围广，环境实用性强。
进一步，所述步骤2还包括：地磁采集模块实时采集区域地磁数据，将区域地磁数据通过通信模块上传服务器进行地磁匹配，所述服务器根据区域地磁数据构建电子磁图，并将电子磁图通过通信模块传输至室内导航定位模块。
采用上述进一步方案的有益效果是：地磁采集模块能采集区域地磁数据，构建电子磁图，为导航定位提供依据，提升导航定位精度。
进一步，所述步骤S2.的具体实现为：所述室内导航定位模块采集转动角数据、加速度数据、气压数据和地磁数据，通过PDR算法对室外定位数据、角速度数据和加速度数据进行数据处理，将数据处理结果进行卡尔曼滤波，得行人的所在位置的数据；以行人所在位置为中心，以大于等于2倍PDR步长为搜索区域获得电子磁图上的多个基准点，根据多个基准点对地磁数据进行处理，获得分米级解算位置数据；对气压数据和分米级解算位置数据进行处理，得出初步导航定位数据。
采用上述进一步方案的有益效果是：能实现对角速度数据、加速度数据、地磁数据和气压数据进行采集，通过对室外定位数据、角速度数据、加速度数据、地磁数据和气压数据进行数据处理，得出初步导航定位数据，提升了导航定位精度，且成本低，不受环境影响，应用范围广。
附图说明
图1为本发明一种室内外导航系统的模块框图；
图2为室内导航定位模块的模块框图；
图3为本发明一种室内外导航方法的流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、室外导航定位模块，2、室内导航定位模块，3、通信模块，4、服务器，5、地磁采集模块，6、MIMU单元，7、地磁传感器，8、气压检测单元，9、主控单元，10、陀螺仪，11、加速度计，12、显示模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
如图1和图2所示，一种室内外导航系统，包括室外导航定位模块1、室内导航定位模块2、通信模块3和服务器4；
所述室外导航定位模块1，用于进行卫星导航定位，当接收到等于或多于预设数量卫星的定位信号时，通过间隙式RTPPP实时获取卫星轨道和钟差改正数，通过历元间差分自校准模型对卫星轨道和钟差改正数进行处理，获得导航定位数据；当接收到少于预设数量的定位信号时，则将室外定位数据传输至室内导航定位模块2；
所述室内导航定位模块2，用于采集行人的转动角数据、加速度数据、气压数据和地磁数据，对室外定位数据、角速度数据、加速度数据、气压数据和地磁数据进行数据处理，得出初步导航定位数据，并将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据通过通信模块3传输至服务器4；还用于根据矫正后的数据对初步导航定位数据进行校正，得最终导航定位数据；
所述通信模块3，用于建立室内导航定位模块2与服务器4之间的传输通道；
所述服务器4，用于将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据与其预先存储的数据进行比对矫正，将矫正后的数据进行存储，并通过通信模块3传输至室内导航定位模块2。
还包括显示模块12，所述显示模块12与所述室内导航定位模块2连接，用于对最终导航定位数据进行显示；
室外导航定位模块1和室内导航定位模块2协调运作，能对实现室内外导航定位，导航定位成本低，导航定位精度高；同时能通过服务器4进行对比矫正，进一步提升导航定位精度，避免设备老化造成导航定位精度下降，应用范围广，环境实用性强。
上述实施例中，所述室外导航定位模块1为GPS卫星导航装置或BD卫星导航装置；GPS卫星导航装置或BD卫星导航装置能及时进行导航定位，提升导航定位精度。
上述实施例中，所述通信模块3为GSM通信模块3，所述GSM通信模块3利用GSM网络向所述服务器4进行间歇性的上传室外定位数据、角速度数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据；GSM通信模块成本低，无线通信网络好，导航定位成本低，导航定位精度高。
上述实施例中，所述室内导航定位模块2包括MIMU单元6、地磁传感器7、气压检测单元8和主控单元9；
所述MIMU单元6，其与所述主控单元9连接，用于检测转动角速度和加速度，分别生成角速度数据和加速度数据传输至主控单元9；
所述地磁传感器7，其与所述主控单元9连接，用于获得行人所在位置的地磁数据传输至主控单元9；
所述气压检测单元8，其与所述主控单元9连接，用于获得行人所在位置的气压数据传输至主控单元9，根据气压数据可得出所处高度；
所述主控单元9，用于通过PDR算法对室外定位数据、角速度数据和加速度数据进行数据处理，将数据处理结果进行卡尔曼滤波，得行人的所在位置的数据；以行人所在位置为中心，以大于等于2倍PDR步长为搜索区域获得电子磁图上的多个基准点，根据多个基准点对地磁数据进行处理，获得分米级解算位置数据；对气压数据和分米级解算位置数据进行处理，得出初步导航定位数据；还用于根据矫正后的数据对初步导航定位数据进行校正，得最终导航定位数据；
通过MIMU单元6、地磁传感器7、气压检测单元8和主控单元9协调运作，能实现对角速度数据、加速度数据、地磁数据和气压数据进行采集，通过对室外定位数据、角速度数据、加速度数据、地磁数据和气压数据进行数据处理，得出初步导航定位数据，提升了导航定位精度，且成本低，不受环境影响，应用范围广。
上述实施例中，所述MIMU单元6包括陀螺仪10和加速度计11，所述陀螺仪10用于检测转动角速度，生成角速度数据；所述加速度计11检测加速度，生成加速度数据。
实施例2：
如图3所示，一种室内外导航方法，包括以下步骤：
步骤S1.室外导航定位模块1进行卫星导航定位，当接收到等于或多于预设数量卫星的定位信号时，通过间隙式RTPPP实时获取卫星轨道和钟差改正数，通过历元间差分自校准模型对卫星轨道和钟差改正数进行处理，获得导航定位数据；当接收到少于预设数量的定位信号时，则将室外定位数据传输至室内导航定位模块2；
步骤S2.通信模块3建立室内导航定位模块2与服务器4之间的传输通道；室内导航定位模块2采集行人的转动角数据、加速度数据、气压数据和地磁数据，对室外定位数据、角速度数据、加速度数据、气压数据和地磁数据进行数据处理，得出初步导航定位数据，并将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据通过通信模块3传输至服务器4；
步骤S3.服务器4将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据与其预先存储的数据进行比对矫正，将矫正后的数据进行存储，并通过通信模块3传输至室内导航定位模块2；
步骤S4.室内导航定位模块2根据矫正后的数据对初步导航定位数据进行校正，得最终导航定位数据。
室外导航定位模块1和室内导航定位模块2协调运作，能对实现室内外导航定位，导航定位成本低，导航定位精度高；同时能通过服务器4进行对比矫正，进一步提升导航定位精度，避免设备老化造成导航定位精度下降，应用范围广，环境实用性强。
上述实施例中，所述步骤2还包括：地磁采集模块5实时采集区域地磁数据，将区域地磁数据通过通信模块3上传服务器4进行地磁匹配，所述服务器4根据区域地磁数据构建电子磁图，并将电子磁图通过通信模块3传输至室内导航定位模块2；地磁采集模块5能采集区域地磁数据，构建电子磁图，为导航定位提供依据，提升导航定位精度。
上述实施例中，所述步骤S2.的具体实现为：所述室内导航定位模块2采集转动角数据、加速度数据、气压数据和地磁数据，通过PDR算法对室外定位数据、角速度数据和加速度数据进行数据处理，将数据处理结果进行卡尔曼滤波，得行人的所在位置的数据；以行人所在位置为中心，以大于等于2倍PDR步长为搜索区域获得电子磁图上的多个基准点，根据多个基准点对地磁数据进行处理，获得分米级解算位置数据；对气压数据和分米级解算位置数据进行处理，得出初步导航定位数据。
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 (6)

1.一种室内外导航系统，其特征在于：包括室外导航定位模块(1)、室内导航定位模块(2)、通信模块(3)和服务器(4)；
所述室外导航定位模块(1)，用于进行卫星导航定位，当接收到等于或多于预设数量卫星的定位信号时，通过间隙式RTPPP实时获取卫星轨道和钟差改正数，通过历元间差分自校准模型对卫星轨道和钟差改正数进行处理，获得导航定位数据；当接收到少于预设数量的定位信号时，则将室外定位数据传输至室内导航定位模块(2)；
所述室内导航定位模块(2)，用于采集行人的转动角数据、加速度数据、气压数据和地磁数据，对室外定位数据、角速度数据、加速度数据、气压数据和地磁数据进行数据处理，得出初步导航定位数据，并将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据通过通信模块(3)传输至服务器(4)；还用于根据矫正后的数据对初步导航定位数据进行校正，得最终导航定位数据；
所述通信模块(3)，用于建立室内导航定位模块(2)与服务器(4)之间的传输通道；
所述服务器(4)，用于将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据与其预先存储的数据进行比对矫正，将矫正后的数据进行存储，并通过通信模块(3)传输至室内导航定位模块(2)；
还包括地磁采集模块(5)，用于实时采集区域地磁数据，将区域地磁数据通过通信模块(3)上传服务器(4)进行地磁匹配，所述服务器(4)根据区域地磁数据构建电子磁图，并将电子磁图通过通信模块(3)传输至室内导航定位模块(2)；
所述室内导航定位模块(2)包括MIMU单元(6)、地磁传感器(7)、气压检测单元(8)和主控单元(9)；
所述MIMU单元(6)，其与所述主控单元(9)连接，用于检测转动角速度和加速度，分别生成角速度数据和加速度数据传输至主控单元(9)；
所述地磁传感器(7)，其与所述主控单元(9)连接，用于获得行人所在位置的地磁数据传输至主控单元(9)；
所述气压检测单元(8)，其与所述主控单元(9)连接，用于获得行人所在位置的气压数据传输至主控单元(9)；
所述主控单元(9)，用于通过PDR算法对室外定位数据、角速度数据和加速度数据进行数据处理，将数据处理结果进行卡尔曼滤波，得行人的所在位置的数据；以行人所在位置为中心，以大于等于2倍PDR步长为搜索区域获得电子磁图上的多个基准点，根据多个基准点对地磁数据进行处理，获得分米级解算位置数据；对气压数据和分米级解算位置数据进行处理，得出初步导航定位数据；还用于根据矫正后的数据对初步导航定位数据进行校正，得最终导航定位数据。
2.根据权利要求1所述一种室内外导航系统，其特征在于：所述室外导航定位模块(1)为GPS卫星导航装置或BD卫星导航装置。
3.根据权利要求1所述一种室内外导航系统，其特征在于：所述通信模块(3)为GSM通信模块(3)，所述GSM通信模块(3)利用GSM网络向所述服务器(4)进行间歇性的上传室外定位数据、角速度数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据。
4.根据权利要求1所述一种室内外导航系统，其特征在于：所述MIMU单元(6)包括陀螺仪(10)和加速度计(11)，所述陀螺仪(10)用于检测转动角速度，生成角速度数据；所述加速度计(11)检测加速度，生成加速度数据。
5.根据权利要求1至4任一项所述一种室内外导航系统，其特征在于：还包括显示模块(12)，所述显示模块(12)与所述室内导航定位模块(2)连接，用于对最终导航定位数据进行显示。
6.一种室内外导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1.室外导航定位模块(1)进行卫星导航定位，当接收到等于或多于预设数量卫星的定位信号时，通过间隙式RTPPP实时获取卫星轨道和钟差改正数，通过历元间差分自校准模型对卫星轨道和钟差改正数进行处理，获得导航定位数据；当接收到少于预设数量的定位信号时，则将室外定位数据传输至室内导航定位模块(2)；
步骤S2.通信模块(3)建立室内导航定位模块(2)与服务器(4)之间的传输通道；室内导航定位模块(2)采集行人的转动角数据、加速度数据、气压数据和地磁数据，对室外定位数据、角速度数据、加速度数据、气压数据和地磁数据进行数据处理，得出初步导航定位数据，并将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据通过通信模块(3)传输至服务器(4)；
步骤S3.服务器(4)将室外定位数据、转动角数据、加速度数据、气压数据、地磁数据和初步导航定位数据与其预先存储的数据进行比对矫正，将矫正后的数据进行存储，并通过通信模块(3)传输至室内导航定位模块(2)；
步骤S4.室内导航定位模块(2)根据矫正后的数据对初步导航定位数据进行校正，得最终导航定位数据；
地磁采集模块(5)实时采集区域地磁数据，将区域地磁数据通过通信模块(3)上传服务器(4)进行地磁匹配，所述服务器(4)根据区域地磁数据构建电子磁图，并将电子磁图通过通信模块(3)传输至室内导航定位模块(2)；
所述步骤S2.的具体实现为：所述室内导航定位模块(2)采集转动角数据、加速度数据、气压数据和地磁数据，通过PDR算法对室外定位数据、角速度数据和加速度数据进行数据处理，将数据处理结果进行卡尔曼滤波，得行人的所在位置的数据；以行人所在位置为中心，以大于等于2倍PDR步长为搜索区域获得电子磁图上的多个基准点，根据多个基准点对地磁数据进行处理，获得分米级解算位置数据；对气压数据和分米级解算位置数据进行处理，得出初步导航定位数据。
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