CN108344411A - 室内高精度定位系统 - Google Patents

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CN108344411A CN201810133439.XA CN201810133439A CN108344411A CN 108344411 A CN108344411 A CN 108344411A CN 201810133439 A CN201810133439 A CN 201810133439A CN 108344411 A CN108344411 A CN 108344411A
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周桃云
羊四清
谢东
李石林
肖琴琴
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Hunan University of Humanities Science and Technology
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Hunan University of Humanities Science and Technology
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/04—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means
    • G01C21/08—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means involving use of the magnetic field of the earth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
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Abstract

本发明公开了一种室内高精度定位系统，包括UWB定位模块，用于用户所在位置的定位数据的获取；地磁路径定位模块，用于通过地磁定位模型根据所采集到的地磁信号进行用户当前所在区域内的地磁路径数据的获取；自适应得分融合单元，用于通过欧氏距离求出两个定位模块的相似度，即定位结果的得分，然后利用自适应的得分融合算法对得到的定位数据在得分层次进行融合，求出该用户最终的得分；结果输出单元，用于进行最终定位结果的输出。本发明可实现高精确度的连续可靠的定位。

Description

室内高精度定位系统
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，具体涉及一种室内高精度定位系统。
背景技术
在室内环境无法使用卫星定位时，使用室内定位技术作为卫星定位的辅助定位，解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题，实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。现有的室内定位方法主要包括蜂窝定位技术、Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波，但是这些室内定位技术具有以下缺陷：
(1)蓝牙、光通信室内定位技术精度较低、可靠性差，不能与云端进行数据交互，不能满足云端对终端安全监控与预警、应急救援与指挥等需求；
(2)超宽带室内定位技术精度较高，无法直接应用在智能手机上，实用性较差；
(3)Wi-Fi室内定位技术能够与云端进行数据交互，但是Wi-Fi室内定位技术的精度低、可靠性差；
(4)单一的室内定位技术手段不能满足人们在室内复杂环境下高精度、稳定、连续、可靠的定位需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种室内高精度定位系统，可实现高精确度的连续可靠的定位。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
室内高精度定位系统，包括UWB定位模块，用于用户所在位置的定位数据的获取；
地磁路径定位模块，用于通过地磁定位模型根据所采集到的地磁信号进行用户当前所在区域内的地磁路径数据的获取；
自适应得分融合单元，用于通过欧氏距离求出两个定位模块的相似度，即定位结果的得分，然后利用自适应的得分融合算法对得到的定位数据在得分层次进行融合，求出该用户最终的得分；
结果输出单元，用于进行最终定位结果的输出。
优选地，所述UWB定位模块包括固定在定位目标上的标签，至少四个固定在室内坐标已知的基站，以及一个定位终端。
优选地，所述标签内设Zigebee模块，用于与所述基站内的UWB通讯模块进行信息的交互。
优选地，所述UWB定位模块通过双边双向测距算法SDS-TWR完成标签与各基站的相对距离测量。
优选地，所述双边双向测距算法SDS-TWR具体包括如下步骤：
标签向基站发送初次测距数据包，若基站正确接收了这个数据包，则返回硬件应答给用户标签，并请求产生传输延时T1；
标签计算传输延时T1，同时将这个数据发送给基站，并且等待基站的硬件应答；
基站读取标签发来的相关参数，并为标签和基站第二次测距准备；
基站通过计算得到处理延时T2，并将T2发送给标签；
标签接收基站的测距数据包，自动发送硬件应答给基站，基站将依据所述硬件应答计算出传播延时T3；
基站计算传播延时T3，并将T3发送给标签，并等待标签的硬件应答；
标签读取基站发送的T3，并计算出处理延时T4；
标签根据T1，T2，T3，T4计算出标签和基站的相对距离。
优选地，自适应的得分融合算法公式如下：
Fi＝αVi+βNi (1)
其中，Vi表示UWB定位的得分，Ni表示地磁路径定位的得分，其中，α+β＝1。
优选地，所述α和β采用自适应的取值方案，公式如(2)和(3)所示：
本发明具有以下有益效果：
具有稳定性好、定位精度高、运算速度快和可扩展性强等优点。
附图说明
图1为本发明实施例一种室内高精度定位系统的系统框图。
图2本发明实施例双边双向测距算法SDS-TWR的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种室内高精度定位系统，包括UWB定位模块，用于用户所在位置的定位数据的获取；
地磁路径定位模块，用于通过地磁定位模型根据所采集到的地磁信号进行用户当前所在区域内的地磁路径数据的获取；
自适应得分融合单元，用于通过欧氏距离求出两个定位模块的相似度，即定位结果的得分，然后利用自适应的得分融合算法对得到的定位数据在得分层次进行融合，求出该用户最终的得分；
结果输出单元，用于进行最终定位结果的输出。
所述UWB定位模块包括固定在定位目标上的标签，至少四个固定在室内坐标已知的基站，以及一个定位终端。
所述标签内设Zigebee模块，用于与所述基站内的UWB通讯模块进行信息的交互。
所述UWB定位模块通过双边双向测距算法SDS-TWR完成标签与各基站的相对距离测量。
如图2所示，所述双边双向测距算法SDS-TWR具体包括如下步骤：
标签向基站发送初次测距数据包，若基站正确接收了这个数据包，则返回硬件应答给用户标签，并请求产生传输延时T1；
标签计算传输延时T1，同时将这个数据发送给基站，并且等待基站的硬件应答；
基站读取标签发来的相关参数，并为标签和基站第二次测距准备；
基站通过计算得到处理延时T2，并将T2发送给标签；
标签接收基站的测距数据包，自动发送硬件应答给基站，基站将依据所述硬件应答计算出传播延时T3；
基站计算传播延时T3，并将T3发送给标签，并等待标签的硬件应答；
标签读取基站发送的T3，并计算出处理延时T4；
标签根据T1，T2，T3，T4计算出标签和基站的相对距离。
所述自适应的得分融合算法公式如下：
Fi＝αVi+βNi (1)
其中，Vi表示UWB定位的得分，Ni表示地磁路径定位的得分，其中，α+β＝1。
所述α和β采用自适应的取值方案，公式如(2)和(3)所示：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.室内高精度定位系统，其特征在于，包括
UWB定位模块，用于用户所在位置的定位数据的获取；
地磁路径定位模块，用于通过地磁定位模型根据所采集到的地磁信号进行用户当前所在区域内的地磁路径数据的获取；
自适应得分融合单元，用于通过欧氏距离求出两个定位模块的相似度，即定位结果的得分，然后利用自适应的得分融合算法对得到的定位数据在得分层次进行融合，求出该用户最终的得分；
结果输出单元，用于进行最终定位结果的输出。
2.如权利要求1所述的室内高精度定位系统，其特征在于，所述UWB定位模块包括固定在定位目标上的标签，至少四个固定在室内坐标已知的基站，以及一个定位终端。
3.如权利要求2所述的室内高精度定位系统，其特征在于，所述标签内设Zigebee模块，用于与所述基站内的UWB通讯模块进行信息的交互。
4.如权利要求2所述的室内高精度定位系统，其特征在于，所述UWB定位模块通过双边双向测距算法SDS-TWR完成标签与各基站的相对距离测量。
5.如权利要求4所述的室内高精度定位系统，其特征在于，所述双边双向测距算法SDS-TWR具体包括如下步骤：
标签向基站发送初次测距数据包，若基站正确接收了这个数据包，则返回硬件应答给用户标签，并请求产生传输延时T1；
标签计算传输延时T1，同时将这个数据发送给基站，并且等待基站的硬件应答；
基站读取标签发来的相关参数，并为标签和基站第二次测距准备；
基站通过计算得到处理延时T2，并将T2发送给标签；
标签接收基站的测距数据包，自动发送硬件应答给基站，基站将依据所述硬件应答计算出传播延时T3；
基站计算传播延时T3，并将T3发送给标签，并等待标签的硬件应答；
标签读取基站发送的T3，并计算出处理延时T4；
标签根据T1，T2，T3，T4计算出标签和基站的相对距离。
6.如权利要求1所述的室内高精度定位系统，其特征在于，自适应的得分融合算法公式如下：
Fi＝αVi+βNi (1)
其中，Vi表示UWB定位的得分，Ni表示地磁路径定位的得分，其中，α+β＝1。
7.如权利要求6所述的室内高精度定位系统，其特征在于，所述α和β采用自适应的取值方案，公式如(2)和(3)所示：
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