[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

本發明公開了一種基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置和方法，無線信號強度數據采集和處理模塊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，數據融合模塊將第一位置信息和第二位置信息進行融合，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進行下一時刻的數據處理。本發明的基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置和方法解決了現有的定位方案尤其是室內定位方案所存在的定位性能較差的問題，達到提升導航精度和整個系統處理速度的效果。

技術領域

本發明涉及無線數據傳輸和定位分析領域，尤其涉及一種基于無線指紋和MEMS傳感器的融合導航裝置和方法。

背景技術

在過去的十年中，便攜式設備(例如：智能手機、平板電腦和智能手表)的市場一直在超高速發展。這些便攜式設備已廣泛應用于人們的生活，如短信、電話、導航、游戲、瀏覽網站、社交媒體等。目前，這些便攜式設備大多數具備強大的處理器、無線收發器、全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收機和眾多傳感器。由于硬件的普及和強力，這些便攜式設備已成為導航相關應用的理想平臺。

嵌入在便攜設備中的GNSS接收機可以在天空開放的環境下提供準確的定位解決方案，但他們不能很好地工作在諸如城市峽谷和室內之類惡劣的環境中。在這些具有挑戰性的環境里，通常會使用其他無線技術(例如，WiFi和藍牙)來取代或輔助GNSS接收機以提供定位解決方案。在這些無線定位技術中，WiFi定位只使用現有的基礎設施，而藍牙定位一般設立低能耗藍牙(Bluetooth Low Energy，BLE)信標。這些無線定位系統通常通過各種不同的測量來估計目標的位置，如到達時間(Time Of Arrival，TOA)，到達時間差(TimeDifference Of Arrival，TDOA)，到達角度(Angle of Arrival，AOA)，和接收信號強度(Received Signal Strength，RSS)。采用TOA，TDOA和AOA的無線定位系統復雜、昂貴，而且在動態的室內環境里性能差。這些系統還需要特殊的硬件，這使得他們無法得到現今主流的便攜式設備的支持。相反，基于RSS的方法已被廣泛用于室內無線定位系統，并且獲得現有便攜式設備的支持。

基于RSS的無線定位技術可分為兩類：三邊測量和指紋識別(Fingerprinting,FP)。三邊測量需要知道無線接入點(Access Points，AP)的位置。然后，通過無線傳播模型將RSS值轉換成目標與無線AP的距離。根據無線AP的位置和距離信息，使用最小二乘(LeastSquares，LSQ)估計目標的位置。另一方面，基于指紋識別的無線定位系統包括2個階段：無線指紋數據庫建立和實時定位。無線指紋數據庫建立階段通過測量測點的位置信息和相應的RSS值來生成無線指紋，并將指紋存儲下來建立無線信號地圖數據庫。實時定位階段采用不同的方法將當前的RSS值與無線信號地圖數據庫中的指紋匹配來確定目標位置。一般來說，無線指紋識別提供了比三邊測量更準確的定位解決方案，然而，它需要更多的人力和時間成本來建立數據庫。為了實現精確定位的解決方案，在這項專利中采用了無線指紋識別。

基于指紋識別的無線定位系統通常有以下限制：1)無法提供完整的導航解(三維位置、速度和姿態)；2)系統性能高度依賴于AP，如AP的分布和可用數量；3)這些系統幾乎都無法提供高采樣率、平滑和連續的定位解；4)無線RSS值在惡劣的環境中經常波動，這通常是由反射、衰減和陰影造成的?；谥讣y識別的無線定位獨立系統很難消除這些限制。