[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

技術領域

本發明涉及導航定位或位置服務技術領域，特別是一種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。

背景技術

隨著GPS、北斗、GLONASS等全球衛星導航定位系統的日益成熟，人們享受到了快速、準確的定位服務，一大批專業應用也得以快速發展壯大，如交通導航、野外測量、導彈制導等。然而受制于衛星定位技術的局限性，GPS、北斗等定位技術無法有效應用到室內場景中。在大型建筑物內部，受水泥墻體的遮擋等影響，GPS信號將急劇減弱以至無法實現定位。隨著室內商務活動、應急救援、科技文化博覽、旅游會展等應用的發展，人們迫切需要在室內環境條件下也能獲取到相應精度的定位服務。比如，在文化旅游領域，為了向游客提供室內外的文化旅游景點的個性化講解和信息推送服務，需要能為游客提供室內外一體化的定位服務，以提高旅游服務質量與旅游體驗效果。

但室內外定位技術特別是其在具體應用時受環境因素的影響，面臨著諸多挑戰。通常建筑物內部結構復雜、深度大，有較多的隔斷、障礙物，且有大量的聲、光、電、磁設備，這都將嚴重影響室內定位的精度。目前，已發展出應用紅外線、超聲波、RFID、藍牙、超寬帶、ZigBee和無線Wifi等作為媒介的室內定位技術。這些定位技術總體上可以分為兩種模式，一種是基于距離的定位方法（需測距），的如TOA（Time of Arrival）方法、TDOA（Time Difference of Arrival）方法和RSSI（received signal strength indication）方法等，這些方法以信號傳播時間或以信號的傳播特性來推算信號傳播距離，進而采用三邊定位、三角定位等方法進行定位。典型的有微軟公司的RADAR系統、麻省理工的Cricket系統等。此外還有基于指紋的定位方法，該方法通過事先對室內的各點位測量出信號強度和對應的距離，稱為指紋信息，之后利用模式匹配技術，將實測的信號強度與庫中的信號相比較，則可得到信號接收方與信號發射方的距離。另一種模式是距離無關的定位方法（無需測距），如質心方法、APIT（Approximate Point-in-triangulation Teat）方法、DV-HOP方法等，這些方法無需直接測量距離和方位角度信息，而是根據定位網絡的拓撲情況估算相對位置。典型的無線傳感器網絡中用于確定各傳感器節點相對位置的室內外定位系統。

基于藍牙4.0 BLE iBeacon通信協議的室內定位技術是一種屬于基于距離的定位方法，通過在室內適當的位置安裝藍牙信號發射基站，當有藍牙接收終端進入信號覆蓋區時，即可實現定位和數據傳輸。藍牙4.0 BLE模塊現已被大多數手機、平板電腦等移動設備所集成，只要持有手機、平板電腦等移動設備的用戶就可獲得室內定位服務，因此該定位方法較易得到大規模推廣應用。但基于藍牙4.0 BLE的室內定位技術，其使用的是公共免費的2.4G ISM頻段，僅適用于小區域范圍，且易受室內復雜環境的干擾，故需要與傳統的GPS定位方法相結合以擴大適用范圍，并在測距、三維空間定位等方面技術細節上需要改進，以提高定位的速度和準確性。

專利號為CN104469942A，發明名稱為“一種基于隱馬爾科夫模型的室內定位方法”的專利提出了一種利用位置指紋信息的室內定位方法，通過預先建立定位區域的RSSI指紋數據庫，并基于隱馬爾科夫定位模型，可計算獲得連續運動最大可能的軌跡序列，并將軌跡序列的最后位置作為定位結果。這種方法可降低RSSI波動帶來的影響，但需要預先建立RSSI指紋庫，對陌生區域的適應性不強。

發明專利號申請號為2014105599654，發明名稱為“一種基于iBeacon的室內定位及輔助導航方法、裝置和系統”的專利提出了一種利用iBeacon進行室內定位的方法，該方法根據iBeacon基站發射功率的大小，分別用峰值定位和質心定位的方式確定待測設備的位置。該方法相較于wifi定位具有定位精度高的特點，但未考慮基站信號波動帶來的影響，且將室內定位簡單考慮為二維平面上的定位，在樓層判斷時將可能出現較大誤差。

專利號為CN103402259A，發明名稱為“一種基于藍牙的室內定位服務系統及方法”的專利，提出將室內區域按照正六邊形劃分為多個區域，在區域中心和交界處部署藍牙節點，根據手機接收到的藍牙信號采用質心法推算出其位置。該方法在部署時較為不易，且在采用質心法時認為手機與所有收到信號的藍牙節點的距離相同，因此定位精度較低。

發明內容

本發明的目的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及其方法，以克服現有技術中存在的缺陷。