[發(fā)明專利]一種利用聲信號與慣性導(dǎo)航融合的室內(nèi)定位系統(tǒng)及定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711449557.3
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108151747B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王智;黃逸帆;張磊;李貴楠;林峰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/18;G01C21/16;G01S5/22;G01C21/08;G01C21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開一種利用聲信號與慣性導(dǎo)航融合的室內(nèi)定位系統(tǒng)及定位方法，該系統(tǒng)包括智能移動終端、信標節(jié)點、局域網(wǎng)及服務(wù)器，定位方法分為聲信號定位和慣性導(dǎo)航定位，其中聲信號定位為通過到達時間差算法獲得聲信號定位信息，慣性導(dǎo)航定位為通過智能移動終端自帶的加速度計、陀螺儀和電子羅盤，獲得慣性導(dǎo)航定位信息，并通過異步信息融合算法將聲信號定位信息和慣性導(dǎo)航定位信息進行數(shù)據(jù)融合，進而輸出準確的導(dǎo)航定位結(jié)果。本發(fā)明將聲信號定位和慣性導(dǎo)航定位相融合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，一方面利用聲信號定位消除了慣性導(dǎo)航定位的累積誤差，另一方面彌補了聲信號定位由于遮擋情況導(dǎo)致定位信息造成嚴重誤差的缺陷，定位精度高，更好地滿足用戶定位需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于基于位置的服務(wù)(Location Based Service,LBS)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用聲信號與慣性導(dǎo)航融合的室內(nèi)定位系統(tǒng)及定位方法。

背景技術(shù)

隨著移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，LBS越來越受到人們的青睞。LBS廣泛支持與地理空間信息相關(guān)的應(yīng)用，比如信息查詢、急救服務(wù)、道路導(dǎo)航、資產(chǎn)管理、人員跟蹤、定位廣告等，為人們的生產(chǎn)和生活帶來了很大的便捷。由于技術(shù)方案及應(yīng)用場景不同，基于位置服務(wù)技術(shù)可分為室外定位技術(shù)和室內(nèi)定位技術(shù)：在室外環(huán)境，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalPositioning System,GPS)在軍事、民用領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，且可按要求達到精確的實時定位導(dǎo)航；然而在室內(nèi)環(huán)境，由于受到建筑物的遮擋而發(fā)生多路徑效應(yīng)影響，導(dǎo)致衛(wèi)星信號急劇衰減甚至不存在，使得室內(nèi)環(huán)境無法通過衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)位置信息的實時獲取和導(dǎo)航功能，高精度室內(nèi)定位的需求使得不依賴于GPS的室內(nèi)定位技術(shù)與服務(wù)成為研究熱點。

慣性導(dǎo)航定位方法和聲信號定位方法，是當下較為普遍的兩種室內(nèi)定位方法。其中慣性導(dǎo)航定位，能實現(xiàn)位置信息的實時更新，受外界環(huán)境影響小，然而其初始位置需要人為設(shè)定，定位存在累積誤差，隨著用戶行進距離的增加，定位精度隨之降低，需要階段性，通過融合其他方式，對其位置進行修正。而聲信號定位，有較高的定位精度，精度可達分米級，不存在累積誤差，然而其存在復(fù)雜環(huán)境下易受遮擋影響導(dǎo)致定位出現(xiàn)很大誤差或定位信息缺失等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用聲信號與慣性導(dǎo)航融合的室內(nèi)定位系統(tǒng)及定位方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種利用聲信號與慣性導(dǎo)航融合的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括智能移動終端、信標節(jié)點、服務(wù)器以及局域網(wǎng)，其中：

所述的智能移動終端上安裝有用戶端定位軟件，該軟件包括慣性導(dǎo)航模塊、聲信號定位模塊及定位信息融合模塊；所述的慣性導(dǎo)航模塊通過對用戶進行步伐檢測、步長估計、運動方向估計及運動速度估計來獲得慣性導(dǎo)航定位信息；所述的聲信號定位模塊通過智能移動終端自帶的揚聲器，發(fā)射調(diào)制聲信號，并接收來自局域網(wǎng)的聲信號定位信息；所述的定位信息融合模塊用于對所述的慣性導(dǎo)航定位信息和聲信號定位信息進行異步信息融合，獲得更加準確的定位信息；

所述的信標節(jié)點數(shù)量至少為3個，所述的信標節(jié)點包括麥克風(fēng)、微處理器、A/D芯片、SD卡、無線通信模塊及電源模塊，用于監(jiān)測和采集所述的智能移動終端發(fā)出的調(diào)制聲信號，對該調(diào)制聲信號進行到達時刻估計，并將估計結(jié)果通過局域網(wǎng)傳輸至服務(wù)器；

所述的局域網(wǎng)用于傳輸系統(tǒng)運行指令、各信標節(jié)點到達時刻估計結(jié)果及聲信號定位信息；

所述的服務(wù)器安裝上位機軟件，通過發(fā)出系統(tǒng)運行指令控制系統(tǒng)運行，并接收來自各信標節(jié)點的到達時刻估計結(jié)果，進而計算到達時間差，并利用基于最小二乘的到達時間差定位算法，獲得聲信號定位信息，并通過局域網(wǎng)將所述的聲信號定位信息傳送至用戶智能移動終端。

進一步地，所述的智能移動終端為具有慣性測量元件、揚聲器模塊、無線通信模塊和微處理器的通用智能設(shè)備。

進一步地，所述局域網(wǎng)為無線局域網(wǎng)WLAN或藍牙短距離局域網(wǎng)絡(luò)。