[發明專利]基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置和方法

有效

• 申請號: 201510825298.4
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN105424030B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 莊園;楊軍;戚隆寧
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/16;G01S5/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置，其特征在于，包括：無線信號強度數據采集和處理模塊(1)、傳感器數據采集和處理模塊(2)、數據融合模塊(3)以及若干個分布在不同位置的無線接入點，所述無線信號強度數據采集和處理模塊(1)根據待測目標與所述無線接入點之間的無線信號強度獲取待測目標的第一位置信息，所述傳感器數據采集和處理模塊(2)根據所述待測目標的狀態變化信息獲取待測目標的第二位置信息，所述數據融合模塊(3)將所述待測目標的第一位置信息和第二位置信息進行融合，根據融合結果得到所述待測目標的最終位置信息，并將所述融合結果反饋給所述無線信號強度數據采集和處理模塊(1)和所述傳感器數據采集和處理模塊(2)，其中，

所述無線信號強度數據采集和處理模塊(1)包括：無線信號強度數據數據采集單元(11)、無線信號地圖數據庫(12)、數據搜索確定單元(13)、數據匹配單元(14)；所述無線信號強度數據數據采集單元(11)接收所述待測目標與無線接入點之間的無線信號強度數據信息；所述無線信號地圖數據庫(12)為所述數據搜索確定單元(13)提供無線信號地圖數據庫；所述數據搜索確定單元(13)根據所述無線信號強度數據采集單元(11)傳送過來的無線信號強度信息和所述數據融合模塊(3)所反饋的上一時刻融合結果為所述數據匹配單元(14)選擇指紋搜索范圍；所述數據匹配單元(14)在所述指紋搜索范圍內對所述待測目標的無線信號強度信息進行指紋匹配得到當前時刻所述待測目標的第一位置信息。

2.根據權利要求1所述的基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置，其特征在于，所述無線信號強度數據采集單元(11)包括：無線信號強度數據接收單元(111)和無線信號強度數據預處理單元(112)，所述無線信號強度數據接收單元(111)接收所述待測目標與無線接入點之間的無線信號強度信息并傳送給所述無線信號強度數據預處理單元(112)，所述無線信號強度數據預處理單元(112)對所述無線信號強度信息進行消噪處理。

3.根據權利要求1所述的基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置，其特征在于，所述數據搜索確定單元(13)包括搜索中心確定模塊(131)和搜索范圍確定模塊(132)，所述搜索中心確定模塊(131)根據所述無線信號強度數據采集單元(11)根據所述無線信號強度信息確定基本搜索范圍的中心，根據所述數據融合模塊(3)所反饋的上一時刻融合結果作為拓展搜索范圍的中心；所述搜索范圍確定模塊(132)以所述基本搜索范圍的中心為幾何中心并根據預先設置的搜索形狀確定基本搜索范圍，以拓展搜索范圍的中心為幾何中心并根據預先設置的搜索形狀確定拓展搜索范圍，再按照預先設定的合并方式將所述基本搜索范圍和所述拓展搜索范圍進行合并得到當前時刻的指紋搜索范圍。

4.根據權利要求1所述的基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置，其特征在于，所述傳感器數據采集和處理模塊(2)包括：傳感器數據采集單元(21)和傳感器數據處理單元(22)；上述傳感器數據采集單元(21)采集所述待測目標的狀態變化信息，所述傳感器數據處理單元(22)根據所述狀態變化信息計算所述待測目標的第二位置信息。

5.根據權利要求4所述的基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置，其特征在于，所述待測目標的狀態數據指待測目標的加速度和/或角速度信息。

6.根據權利要求1所述的基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置，其特征在于，所述數據融合模塊(3)包括：組合濾波器(31)和平滑濾波器(32)，所述平滑濾波器(32)對所述待測目標的第一位置信息進行平滑處理后傳送給組合濾波器(31)，所述組合濾波器(31)將平滑處理后的所述第一位置信息和所述待測目標的第二位置信息進行融合得到所述待測目標的最終位置信息。

7.根據權利要求6所述的基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置，其特征在于，所述組合濾波器(31)采用擴展卡爾曼濾波、無損卡爾曼濾波或粒子濾波器，所述平滑濾波器(32)采用卡爾曼濾波器或自適應卡爾曼濾波器。

8.一種基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航方法，其特征在于，包括：

無線信號強度數據采集和處理模塊根據待測目標與無線接入點之間的無線信號強度信息獲取待測目標的第一位置信息；

傳感器數據采集和處理模塊根據所述待測目標的狀態變化信息獲取待測目標的第二位置信息；

數據融合模塊將所述待測目標的第一位置信息和第二位置信息進行融合根據融合結果得到所述待測目標的最終位置信息，并將所述融合結果反饋給所述無線信號強度數據采集和處理模塊和所述傳感器數據采集和處理模塊；其中，

所述無線信號強度數據采集和處理模塊獲取所述待測目標的第一位置信息包括以下步驟：

在定位區域內進行位置信息采樣，將采樣點的位置信息和采樣點與無線接入點之間的無線信號強度信息生成無線指紋并進行存儲，利用所述無線指紋建立無線信號地圖數據庫；

以所述待測目標與無線接入點之間的無線信號強度信息為中心，以預先設置的搜索形狀確定當前時刻的基本搜索范圍，以上一時刻的融合結果為拓展搜索范圍的中心，以預先設置的搜索形狀確定當前時刻的拓展搜索范圍，再按照預先設定的合并方式將所述基本搜索范圍和所述拓展搜索范圍進行合并得到當前時刻的指紋搜索范圍；

在所述指紋搜索范圍內對所述待測目標的無線信號強度信息進行指紋匹配得到當前時刻所述待測目標的第一位置信息。