室內定位系統、手機及定位方法
【專利摘要】本發明提供一種室內定位系統，包括光發射端與光接收端。光發射端發送光信號；光接收端包括光傳感器、電子羅盤、處理器。光接收端繞空間一點旋轉至少三個姿態。光傳感器接收光信號數據；電子羅盤采集磁力數據和加速度數據；處理器從光信號數據中計算得到至少三個光強值，從磁力數據和加速度數據中計算得到磁力校正參數以及至少三個航向角，并計算光傳感器每個姿態時的單位法向量；處理器利用光強模型，根據所述至少三個光強值及對應的單位法向量建立方程組，求解所述光接收端的坐標值。本發明還提供了一種室內定位手機及其室內定位方法，通過集成光、磁、加速度傳感器，滿足室內定位的應用要求，定位精度高，穩定性好，成本較低。
【專利說明】室內定位系統、手機及定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及定位，尤其涉及一種室內定位系統、手機及定位方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息和通信技術的普及，人們對室內定位信息的需求與日俱增，一些公共場所，如商場、機場、展廳、寫字樓、倉庫、地下停車場等都需要使用準確的定位信息。例如在商場導購、公共場所尋人、大型倉庫管理等場景中，都需要用到位置信息。精確的室內定位信息，能夠對可用空間和庫存物資實現高效管理；能夠導航警察、消防員、士兵、醫務工作人員完成特定的室內任務；智能空間、普適計算等都離不開位置服務，因此室內定位具有廣闊的應用前景。
[0003]國內外關于室內定位技術的研究比較豐富，根據定位原理有鄰近檢測[I]、指紋匹配[2]和多邊/角度方法[3]等。鄰近檢測方法將檢測到的信號源位置作為定位位置，精度較低。指紋匹配方法利用室內環境中的信號特征匹配能夠得到較好的定位精度，但定位結果易受室內多徑效應和環境變化等影響，且建立指紋數據庫工作繁瑣。而多邊/角度方法需要先通過T0A、TD0A、A0A等算法精確測量定位點到參考點的距離/角度等信息，再利用三邊測量法等對目標進行定位。如果參考節點位置信息準確、測量距離準確，就可以精確地測得目標節點的位置，但這個結論是理論上的最好結果，在實際測量中會存在誤差，以至結果不準確。
[0004][1]L.Ni, Y.Liu, C.Yiu, and A.Pati1.LANDMARC:1ndoor Location Sensing UsingActive RFID.1n WINET, 2004.[0005][2]M.Youssef and A.Agrawala.The Horus WLAN Location DeterminationSystem.1n MobiSys, 2005.[0006][3] N.B.Priyantha, A.Chakraborty, and H.Balakri shnan.The CricketLocation-Support System.1n MobiCom, 2000.
【發明內容】
[0007]有鑒于此，我們提供一種室內定位系統、室內定位手機、以及室內定位方法，用以實現準確而簡單的室內定位。
[0008]本發明中的室內定位系統，包括光發射端與光接收端。所述光發射端，用于發送光信號；所述光接收端，包括光傳感器、電子羅盤與處理器，所述光接收端繞空間一點旋轉至少三個姿態；其中所述光傳感器，用于在采集所述至少三個姿態時的光信號數據；所述電子羅盤，用于在所述旋轉過程中采集至少三組磁力數據和加速度數據；所述處理器，從光信號數據中計算得到至少三個光強值，從磁力數據和加速度數據中計算所述光傳感器的至少三組單位法向量，利用光強模型，并根據所述至少三個光強值及對應的單位法向量建立方程組，求解所述光接收端的坐標值。
[0009]優選地，所述光發射端連接于電源，包括光源、以及連接于光源與電源之間的頻率控制器，所述頻率控制器用于以預設頻率控制電源開關，使光源發出頻率穩定的光信號。
[0010]優選地，所述光強模型為
【權利要求】
1.一種室內定位系統，包括光發射端與光接收端，其特征在于: 所述光發射端，用于發送光信號； 所述光接收端，包括光傳感器、電子羅盤與處理器，所述光接收端繞空間一點旋轉至少三個姿態；其中: 所述光傳感器，用于在采集所述至少三個姿態時的光信號數據； 所述電子羅盤，用于在所述旋轉過程中采集至少三組磁力數據和加速度數據； 所述處理器，從光信號數據中計算得到至少三個光強值，從磁力數據和加速度數據中計算所述光傳感器的至少三組單位法向量，利用光強模型，并根據所述至少三個光強值及對應的單位法向量建立方程組，求解所述光接收端的坐標值。
2.如權利要求1所述的室內定位系統，其特征在于，所述光發射端連接于電源，包括光源、以及連接于光源與電源之間的頻率控制器，所述頻率控制器用于以預設頻率控制電源開關，使光源發出頻率穩定的光信號。
3.如權利要求2所述的室內定位系統，其特征在于，所述光強模型為
4.權利要求3所述的室內定位系統，其特征在于，所述磁力校正參數的計算公式為:
5.如權利要求4所述的室內定位系統，其特征在于，所述航向角的計算過程包括: 利用所述磁力校正參數進行數據恢復，可得在直角坐標系上三軸分量為Mx，My, Mz,歸一化數據得Mxl，Myl, Mzlo加速度傳感器在載體直角坐標系的歸一化數據為Axl, Ayl, Azl; 計算得:俯仰角P = arc sin (-Axl),
翻滾角
6.如權利要求1所述的室內定位系統，其特征在于，所述至少三個姿態光傳感器所在的平面線性獨立。
7.如權利要求1所述的室內定位系統，其特征在于，所述電子羅盤包括磁傳感器與所述加速度傳感器。
8.—種室內定位手機，其特征在于,集成有如權利要求1至7之一者所述的室內定位系統的光接收端。
9.一種室內定位方法，包括固定于室內的光發射端與可移動的光接收端，其特征在于，包括如下步驟: 在所述光發射端處預設頻率，輸出預設頻率的光信號； 將所述光接收端繞空間一點旋轉至少三個姿態，接收所述每個姿態時的光信號，處理器計算得到每個姿態時的光強值； 采集至少三組磁力數據和加速度數據，處理器計算得到磁力校正參數，并計算得到每個姿態時光傳感器所在平面的單位法向量； 處理器利用光強模型、所述至少三個光強值及對應的單位法向量建立方程組，求解所述光接收端的坐標值。
【文檔編號】G01S1/70GK103543434SQ201310493142
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】謝波, 譚光, 毛成華 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院