[發明專利]一種室內空間定位方法

在審

• 申請號: 200910011581.8
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN101561487A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 陳志奎;黃濤
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種基于無線傳感器的用于室內的空間定位算法，該算法是基于無線傳感器節點測距的，定位精度與錨節點的部署位置和未知節點的測距精度有關，在滿足一定條件下可以達到厘米級別。該算法特別適合于大型廠礦內移動貨物的定位與跟蹤。

背景技術

現階段定位技術應用得比較成熟的是GPS定位系統，它具有定位精度高、覆蓋范圍廣等優點，被廣泛的應用于軍事和民用領域。但是針對室內的定位，由于建筑物的遮擋等因素使得接受到的信號極其微弱，導致定位精度無法達到室外的水平。雖然A-GPS技術能在一定程度上解決這個問題，但仍然避免不了需要安裝GPS接收機，硬件成本較高的問題，不適合室內局部空間的精確定位。

針對這一問題，專用于室內無線定位的技術有：紅外線定位技術、超聲波定位技術、藍牙技術、無線傳感器定位技術等。其中紅外線定位技術是通過光學傳感器接受經調制的紅外射線實現定位，其最大缺點是直線視距和傳輸距離較短，不適合室內大空間的移動物體定位。

超聲波定位技術是通過反射式的超聲波測距法，利用三角定位算法來對目標物體進行定位。該系統通常由若干個應答器和一個主測距器，主測距器被放置在移動待定位物體上，并在控制信息控制下位置固定的應答器發射超聲波，應答器接受到超聲波并立即產生一個回波，根據回波與發射波之間的時間差計算出距離。也有少數采用單向測距法，即主測距器發送無線電信號，應答器在接受到無線點信號后向主測距器發送超聲波信號。雖然超聲波定位技術精度較高，但也存在非視距和多徑干擾對其精度的影響，同時硬件成本較高。

藍牙技術是一種短距離、低功耗的無線傳輸技術，通過測量信息強度進行定位。藍牙技術主要應用在小范圍的定位，其最大的優點是設備體積小，易于集成。其缺點是藍牙器件和設備的價格比較昂貴，受環境噪聲的影響較大，遇到復雜的空間環境，系統的穩定性不能保證。

無線傳感器定位技術是一種新型的短距離、低功耗、低速率的無線網絡技術。它是通過成百上千個微小的傳感器節點通過相互合作和接力的方式將數據通過無線電波從一個傳感器傳遞到另一個傳感器節點，從而避免了非視距的影響，同時它最大的特點是低功耗和低成本，因此特別適合于室內定位。但是該技術的測距值往往不夠精確，特別是用在工廠等復雜環境中受噪聲影響較大，最后導致定位精度較低。通過增加相應的硬件如天線陣列可以提高測距精度，但是增加了每個傳感器節點的硬件成本，特別在部署大規模傳感器網絡時成本問題顯得尤為突出。如果在這種測距精度較低的情況下要對未知節點進行較高高精度的空間定位，采用隨機部署傳感器節點并利用傳統的定位方法來進行定位將是非常困難和復雜的，這對于計算能力、存儲能力以及能量均受限的傳感器節點來說是一種挑戰。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種室內高精度空間定位方法。該方法是基于無線傳感器測距的，并且定位精度與測距精度有關。解決了無法非視距傳輸、無線傳感器節點測距精度低、定位精度低、空間定位較復雜的問題。

本發明解決該技術問題所采取的技術方案如下：

通過局部空間各個錨節點間的真實距離和測距距離關系建立測距補償函數，利用該函數對未知節點與錨節點間的測距值進行補償，提高了測距的精度。通過將各個錨節點沿坐標軸方向部署，求未知節點的空間坐標時只需將其映射到由不同錨節點組成的沿三個坐標方向的直線上即可，定位算法變得簡單。而且定位精度與測距精度相關聯，通過測距補償得到的高精度測距值也保證了定位的高精度，同時也可以通過其它方式來提高測距精度來實現定位的高精度，具有一定的靈活性。當沿坐標方向部署多組錨節點時使用加權質心算法對定位坐標進行求精，進一步提高了定位精度。

本發明的有益效果是該定位方法適合于無線傳感器的室內空間定位，由于無線傳感器的測距精度往往不高，本發明，大大提高了測距精度，降低高精度測距對硬件的要求，使得諸如RSSI等測距方法也能獲得較高的精度。與其他空間定位算法相比，由于錨節點的規則部署，大大降低了定位算法的復雜度，使得空間定位算法應用在計算能力、存儲能力和能量均受限的無線傳感器節點中變得可能。通過多組錨節點利用加權質心算法進行定位求精，保證了最終定位的高精度。

附圖說明

附圖1是局部空間節點部署示例圖。

附圖2是定位流程圖。

S：代表局部空間直角坐標系xoy；

B：基站節點；

N_xmn，N_ymn，N_zmn：分別表示x，y，z坐標上編號為mn的錨節點；

M：移動未知節點；

具體實施方式