[發明專利]集成衛星導航與藍牙技術的室內外無縫定位系統及其方法

有效

• 申請號: 201510273112.9
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104849740B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 吳小竹;陳崇成;魏云龍;方莉娜;黃洪宇;唐麗玉
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01S19/46
• 分類號: G01S19/46
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

1.一種集成衛星導航與藍牙技術的室內外無縫定位方法，其特征在于，提供一種集成衛星導航與藍牙技術的室內外無縫定位系統，包括：一室外衛星定位模塊、一室內藍牙定位模塊、一室內外定位融合切換模塊以及一電子地圖顯示模塊；

所述室外衛星定位模塊用于通過GPS/北斗衛星導航系統進行室外空間定位，輸出GPS和/或北斗衛星導航信號定位數據；

所述室內藍牙定位模塊用于通過采用場強衰減模型和三維空間定位算法進行室內空間定位，輸出藍牙通信信號定位數據；

所述室內外定位融合切換模塊用于通過采用基于聯邦卡爾曼濾波器的方式，建立基于所述GPS和/或北斗衛星導航信號定位數據與所述藍牙通信信號定位數據的融合模型，對室內外定位方式進行融合；

所述電子地圖顯示模塊用于通過以二維電子地圖、室內平面圖或三維建筑物模型場景圖為基礎，顯示室內室外定位結果；

按照如下方式實現：

步驟S10：所述定位系統根據所述室外衛星定位模塊接收到的GPS和/或北斗衛星導航信號或所述室內藍牙定位模塊接收到的藍牙通信信號的強度選擇該定位系統的定位方式；若所述室外衛星定位模塊接收到GPS和/或北斗衛星導航信號，則轉入步驟S11；若所述室內藍牙定位模塊收到室內布設的藍牙基站發出的藍牙通信信號，則轉入步驟S12；若所述室外衛星定位模塊接收到GPS和/或北斗衛星導航信號且所述室內藍牙定位模塊收到室內布設的藍牙基站發出的藍牙通信信號，則轉入步驟S13；

步驟S11：所述室外衛星定位模塊采用GPS/北斗雙模定位模塊進行室外定位，即所述GPS/北斗雙模定位模塊通過GPS/北斗衛星導航系統對所述定位系統進行室外空間定位，輸出GPS和/或北斗衛星導航信號定位數據，并轉入步驟S14；

步驟S12：所述室內藍牙定位模塊檢測各個藍牙基站發出的藍牙通信信號，采用場強衰減模型獲取所述定位系統與各個藍牙基站的距離，并采用高斯分布模型對所獲取的所述定位系統與各個藍牙基站的距離的距離值進行修正，再采用三維空間定位算法獲取該定位系統的室內位置，輸出藍牙通信信號定位數據，完成室內空間定位，并轉入步驟S14；

步驟S13：所述室外衛星定位模塊采用GPS/北斗雙模定位模塊進行綜合定位，輸出GPS和/或北斗衛星導航信號定位數據；所述室內藍牙定位模塊檢測各個藍牙基站發出的藍牙信號，采用場強衰減模型獲取所述定位系統與各個藍牙基站的距離，并采用高斯分布模型對所獲取的所述定位系統與各個藍牙基站的距離的距離值進行修正，再通過采用三維空間定位算法獲取該定位系統的位置，輸出藍牙通信信號定位數據，并轉入步驟S14；

步驟S14：所述室內外定位融合切換模塊采用基于聯邦卡爾曼濾波器的方式，建立基于所述GPS和/或北斗衛星導航信號定位數據與所述藍牙通信信號定位數據的融合模型，對室內和室外定位方式進行融合、切換和集成，完成室內和室外定位的平滑過渡，以提高所述定位系統的定位精度；

步驟S15：所述電子地圖顯示模塊以二維電子地圖、室內平面圖或三維建筑物模型場景圖為基礎，通過結合所述室內外定位融合切換模塊輸出的定位數據融合信息，顯示室內室外定位結果；

在所述步驟S12中，還包括如下步驟：

步驟S121：所述室內藍牙定位模塊在同一個檢測位置接收藍牙基站發送的藍牙信號若干次；

步驟S122：所述室內藍牙定位模塊根據接收的該藍牙基站每次發出的藍牙信號，解析獲取該次藍牙信號強度或能量以及所述定位系統對應接收的該次藍牙信號強度或能量，并采用接收信號強度指示(RSSI)衰減傳播模型獲取所述定位系統與該藍牙基站的距離；

步驟S123：采用如下所示的高斯分布模型對若干次采集的距離值進行篩選：

F(x)=1σ2πexp(-(x-μ)22σ2)]]>

其中，x_i為第i次測量得到的距離值，n為總體測量次數；

除去誤差為F(x)＜0.6的測量值，經過高斯過濾后，再對剩下的距離值求均值，獲取所述定位系統與該藍牙基站誤差處于0.6≤F(x)≤1內的距離值，并將該距離值作為該藍牙基站與所述定位系統的距離；

步驟S124：所述室內藍牙定位模塊通過所述步驟S121、所述步驟S122以及所述步驟S123分別獲取所述定位系統與其余藍牙基站的距離值；

步驟S125：所述室內藍牙定位模塊通過比對所獲取的所述定位系統與藍牙基站的距離值，選擇距離值最小的3個藍牙基站，并分別以每個藍牙基站布設的位置坐標為圓心、以每個藍牙基站到所述定位系統的距離值為半徑構造3個球體，獲取該3個球體的交集，并根據該交集的幾何中心確定所述定位系統的位置坐標；

在所述步驟S125中，所述室內藍牙定位模塊在獲取3個球體的交集過程中，還包括如下步驟：

S1251：將3個球體分別對應投影到XOY平面和YOZ平面，在XOY平面和YOZ平面分別形成3個圓；

S1252：分別在XOY平面或YOZ平面上對應建立3個圓的外切正方形；若所建立的3個外切正方形間有交集，獲取該交集的幾何中心；若3個外切正方形間沒有交集，則對應建立同時包含這3個正方形的最小外包正方形，獲取該外包正方形的幾何中心；

S1253：根據XOY平面獲取的幾何中心確定所述定位系統的X坐標和Y坐標，根據YOZ平面獲取的幾何中心確定所述定位系統的Z坐標；

在所述步驟S1252中，在獲取外切正方形的交集時，以外切正方形的左下角頂點(x₁,y₁)和右上角頂點(x₂,y₂)表示，即將外切正方形表示為：Square＝[(x₁,y₁),(x₂,y₂)]；兩個外切正方形a和b在有交集的情況下，其交集表示為：[(max(x_a1,x_b1),max(y_a1,y_b1)),(min(x_a2,x_b2),min(y_a2,y_b2))]，其中，max和min分別是用于求取兩個數中的最大值和最小值的函數；兩個外切正方形在沒有交集的情況下，其最小外包正方形表示為：[(min(x_a1,x_b1),min(y_a1,y_b1)),(max(x_a2,x_b2).max(y_a2,y_b2))]。