CN105203996A - 移动设备及其室内定位方法、***及装置、锚节点 - Google Patents

移动设备及其室内定位方法、***及装置、锚节点 Download PDF

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CN105203996A CN201510590604.0A CN201510590604A CN105203996A CN 105203996 A CN105203996 A CN 105203996A CN 201510590604 A CN201510590604 A CN 201510590604A CN 105203996 A CN105203996 A CN 105203996A
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Abstract

移动设备及其室内定位方法、***及装置、锚节点，所述方法通过移动设备向至少3个锚节点发送射频信号，所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点发送，获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间，根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离，再根据每个锚节点的位置坐标以及每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。本发明实现基于超声波技术进行移动设备的室内定位，提高移动设备室内定位的准确性。

Description

移动设备及其室内定位方法、***及装置、锚节点
技术领域
本发明涉及定位解决方案，尤其涉及一种移动设备及其室内定位方法、***及装置、锚节点。
背景技术
定位技术在导航、测速、测时等方面得到广泛应用，当需要定位的物***于建筑物内部，如办公大楼、仓库内，传统GPS定位技术定位精度明显下降甚至无法工作，需要由室内定位技术弥补GPS定位技术的不足。
目前，移动设备在室内进行定位采用的解决方案有蓝牙技术、红外线技术、超宽带技术和无线网络技术。然而，上述定位解决方案存在定位不准确的问题。
发明内容
本发明实施例解决的技术问题是如何提高移动设备室内定位的准确性。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种移动设备的室内定位方法，所述方法包括：
移动设备向至少3个锚节点发送射频信号；
所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点发送；
获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间；
根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离；
根据每个锚节点的位置坐标以及每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
可选地，所述移动设备向至少3个锚节点发送射频信号，所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点发送，包括：
所述移动设备同时向所有锚节点发送相同射频信号，并接收每个所述锚节点发送的不同的超声波信号。
可选地，所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点发送，包括：
所述移动设备按顺序向所有锚节点发送不同的射频信号，不同的锚节点发送的超声波信号相同，所述移动设备发送的相邻两个射频信号之间的间隔时间足够长以使得所述移动设备按相同顺序接收每个所述锚节点发送的超声波信号。
可选地，所述间隔时间大于或等于移动设备所在室内空间中两点间最长距离除以所述超声波传输速度得到的商值。
可选地，所述获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间，包括：将移动设备向锚节点发送射频信号的时间和接收所述锚节点发送的超声波的时间之间的时间差作为所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间。
可选地，所述射频信号包括：红外线、蓝牙或wifi。
可选地，所述移动设备为智能机器人，所述位置坐标为长度和宽度组成的二维坐标，不同锚节点的高度相同，所有锚节点至少位于两条直线上。
本发明实施例还提供一种移动设备的室内定位装置，所述移动设备的室内定位装置包括：射频信号发射器、超声波接收器、计时器和第一处理器；
所述射频信号发射器，适于向至少3个锚节点发送射频信号；
所述超声波接收器，适于分别接收每个锚节点发送的超声波；
所述计时器，适于获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间；
所述第一处理器，适于控制所述射频信号发射器发送射频信号，控制所述超声波接收器分别接收每个锚节点发送的超声波，根据所述计时器获取的所述传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离，根据每个锚节点的位置坐标以及所述每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
可选地，所述射频信号发射器为一个，所述超声波接收器的数目与所述锚节点的数目相同，所述射频信号发射器适于同时向不同的锚节点发送相同射频信号，所述超声波接收器适于接收对应的所述锚节点发送的超声波信号，不同超声波接收器接收的超声波信号不同。
可选地，所述射频信号发射器和所述超声波接收器均为一个，所述射频信号发射器适于按顺序向不同的锚节点发送不同的射频信号，不同的锚节点发送的超声波信号相同，所述射频信号发射器发送的相邻两个射频信号之间的间隔时间足够长以使得所述超声波接收器按相同顺序接收每个所述锚节点发送的超声波信号。
可选地，当所述射频信号发射器发送射频信号时，所述计时器开始计时；当所述超声波接收器接收到超声波信号时，所述计时器停止计时，所述计时器获取的时间作为所述超声波传输至所述移动设备的传输时间。
本发明实施例还提供一种移动设备，所述移动设备包括上述室内定位装置。
本发明实施例还提供一种移动设备的室内定位***，所述移动设备的室内定位***包括：上述的移动设备和至少3个锚节点；
所述锚节点，适于在所述射频信号的触发下向所述移动设备发送超声波。
本发明实施例还提供一种锚节点，所述锚节点包括：射频信号接收器、超声波发射器和第二处理器；
所述射频信号接收器，适于接收来自移动设备发送的射频信号；
所述超声波发射器，适于在所述射频信号接收器接收射频信号后，在所述第二处理器的控制下发送对应的超声波；
所述第二处理器，适于根据接收到的射频信号控制所述超声波发射器发送对应的超声波信号。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：
通过移动设备向至少3个锚节点发送射频信号，所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点发送，获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间，根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离，再根据每个锚节点的位置坐标以及每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标，实现了基于超声波技术进行移动设备的室内定位，由于超声波本身不易受到周围环境中其他信号的干扰及传播方向性好，且本发明实施例保证分别接收的超声波间不存在干扰，从而可提高移动设备进行室内定位的准确程度。
进一步地，本发明实施例通过增加使用锚节点的个数，提高移动设备室内定位的准确性，尤其是移动设备所在空间存在的障碍物影响射频信号或超声波的传输时仍然可以保证定位的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种移动设备室内定位的场景图；
图2是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位装置的结构示意图；
图3是本发明实施例中的一种用于移动设备室内定位的锚节点的结构示意图；
图4是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位***的结构示意图；
图5是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位方法的流程图；
图6是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位方法的流程图；
图7是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位方法的流程图。
具体实施方式
如前所述，移动设备在室内进行定位采用的解决方案有蓝牙技术、红外线技术、超宽带技术和无线网络技术，然而，这些定位解决方案存在定位不准确的问题。
本发明实施例通过移动设备向至少3个锚节点发送射频信号，所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点发送，获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间，根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离，再根据每个锚节点的位置坐标以及每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标，从而实现基于超声波技术进行移动设备的室内定位，提高移动设备室内定位的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例的一种移动设备室内定位的场景图。如图1所示，M表示待定位的移动设备，在具体实施中，所述移动设备需要获得自身的位置，以为其下一步位置移动提供参考或辅助人机交互。
如图1中所示，A、B、C和D均表示锚节点，所述锚节点适于辅助移动设备M定位其在三维空间中的位置。在具体实施中，当在一特定的室内空间建立三维坐标系时，所述锚节点的具***置已经被固定即所述锚节点的三维坐标值已知，图1中的锚节点A、B、C和D不固定在同一平面上。
需要指出的是，图1仅仅示出了锚节点个数为4的情况，当使用4个以上的锚节点时，采用本发明实施例中的技术方案可以获得待定位移动设备的三维位置坐标，其中，要求所有的锚节点不在同一个平面。在实际定位需求中，常常只需要获取待定位移动设备的二维位置坐标，则最少3个锚节点就可以辅助定位所述移动设备的位置，但使用本发明获取移动设备的长和宽组成的二维位置坐标时，要求用于辅助的3个锚节点处于同一高度且3个锚节点至少位于两条直线上。
例如，假设图1中的待定位的移动设备M为智能机器人，智能机器人在地面上移动，可以使用3个锚节点A、B和C来计算智能机器人的两个维度的坐标值，这时要求3个锚节点A、B和C处于同一高度(图1中A、B和C的z坐标值相等)且3个锚节点至少位于两条直线上，则可通过所述3个锚节点A、B和C来计算所述智能机器人的x坐标和y坐标，从而可以确定智能机器人在室内地面上的位置。
在具体实施中，至少使用3个锚节点可以获得移动设备的二维位置坐标，至少使用4个锚节点可以获得移动设备三维位置坐标，除此之外，本发明实施例采用的技术方案还可以使用更多的锚节点来提高移动设备定位的准确性，尤其是移动设备所在空间存在的障碍物影响射频信号或超声波的传输时仍然可以保证定位的准确性。具体地，可以使用多于3个的锚节点来获取移动设备的二维位置坐标，其中要求所有锚节点不在一条直线上；可以使用多于4个的锚节点来获取移动设备的三维位置坐标，其中要求所有锚节点不在一个平面上。上述采用更多的锚节点来提高移动设备定位的准确性的计算方法在下文中进行详述，在此不赘述。
图2是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位装置的结构示意图。如图2所示的移动设备的室内定位装置20，可以包括：射频信号发射器201、超声波接收器202、计时器203和第一处理器204；
所述射频信号发射器201，适于向至少3个锚节点发送射频信号；
所述超声波接收器202，适于分别接收每个锚节点发送的超声波；
所述计时器203，适于获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间；
所述第一处理器204，适于控制所述射频信号发射器201发送射频信号，控制所述超声波接收器202分别接收每个锚节点发送的超声波，根据所述计时器203获取的所述传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离,以及根据每个锚节点的位置坐标和所述每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
在具体实施中，所述射频信号发射器201可以为一个，而所述超声波接收器202的数目与所述锚节点的数目相同。所述射频信号发射器201适于同时向不同的锚节点发送相同射频信号，所述超声波接收器202适于接收对应的所述锚节点发送的超声波信号，不同超声波接收器202接收的超声波信号不同。
本实施例中所述锚节点适于发送超声波信号，辅助移动设备进行室内定位。
具体实施中，不同的超声波接收器202可以接收不同频率的超声波信号，以区分对应的锚节点发送的不同的超声波。
本发明实施例通过设置移动设备的室内定位装置20进行移动设备的室内定位，所述移动设备的室内定位装置20的超声波接收器202接收的超声波信号，来自于超声波信号频率两两不同的不同锚节点，以分别接收对应锚节点发送至移动设备的超声波信号，从而使得所述定位装置20能确定每个超声波信号来自于哪一个对应的锚节点，进而保证计时器203准确获取所述对应的锚节点所发送的超声波发送至所述移动设备的时间，最后使得第一处理器204根据所述计时器203获取的所述时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离,根据每个锚节点的位置坐标以及所述每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
在具体实施中，还可以设置所述射频信号发射器201和所述超声波接收器202均为一个。所述射频信号发射器201适于按顺序向不同的锚节点间隔发送不同的射频信号，不同的锚节点发送的超声波信号相同。所述射频信号发射器201发送的相邻两个射频信号之间的间隔时间足够长以使得所述超声波接收器202按相同顺序接收每个所述锚节点发送的超声波信号。
具体实施中，当所述射频信号发射器201发送射频信号时，所述计时器203开始计时；当所述超声波接收器202接收到超声波信号时，所述计时器203停止计时，所述计时器203获取的时间作为所述超声波传输至所述移动设备的传输时间。
具体地，所述射频信号发射器201按顺序分别向所有锚节点间隔发送不同的射频信号，不同的锚节点发送的超声波信号相同，每次发送的射频信号的频率相同但通过携带不同的与每个所述不同的锚节点对应的信息以确保每次发送仅触发其中一个锚节点，这样，所述射频信号触发对应的锚节点发送超声波信号至所述超声波接收器202，使得所述超声波接收器202接收来自锚节点发送超声波信号的顺序与所述射频信号发射器201发送射频信号的顺序相同。例如，结合图1所示，移动设备M的射频信号发射器201分先后向锚节点A、B、C和D发送射频信号，其中，可以设置相邻发送射频信号的间隔时间相同，而每次发送的射频信号仅触发锚节点A、B、C或D，锚节点A、B、C和D在所述射频信号的触发下分别发送信号相同的超声波，使得移动设备M的超声波接收器202也按照同样的顺序先后接收锚节点A、B、C和D发送的超声波信号。
具体实施中，可以设置所述间隔时间大于或等于移动设备所在室内空间中两点间最长距离除以所述超声波传输速度得到的商值。本发明实施例通过设置间隔时间足够长，具体为大于移动设备所在室内空间中两点间最长距离与所述超声波传输速度的商值，以保证在使用仅包括一个射频信号发射器201和一个超声波接收器202的定位装置20时，所述超声波接收器202接收到超声波信号的顺序与所述射频信号发射器201发送射频信号的顺序相同，这样，所述超声波接收器202接收到超声波信号间不会产生干扰，保证定位的准确性。
由于射频信号的传播速度等于光速，射频信号从所述移动设备传输到所述锚节点的时间可以忽略不计，则可将所述计时器203记录的从所述射频信号发射器201发送射频信号起，至所述超声波接收器202接收到超声波信号的时间作为所述超声波传输至所述移动设备的传输时间。
本发明实施例通过设置移动设备的室内定位装置20对移动设备进行室内定位，所述移动设备的室内定位装置20有一个射频信号发射器201和一个超声波接收器202，所述射频信号发射器201按顺序向不同的锚节点间隔发送不同的射频信号，以使超声波接收器202按同样的顺序分别接收锚节点发送的超声波信号，使得第一处理器204使用正确的超声波传输时间计算对应锚节点至所述移动设备间的距离，从而能准确计算所述移动设备的位置坐标。此外，由于仅使用一个超声波接收器202，从而降低了生产成本，减小了装置的体积。
在具体实施中，所述射频信号可以是红外线、蓝牙或者wifi信号。
在具体实施中，当所述移动设备是智能机器人时，可以采用上述室内定位装置20获得所述智能机器人所在平面的二维位置坐标，若所述位置坐标为长度和宽度组成的二维坐标，则要求用以辅助定位的不同锚节点的高度相同，所有锚节点不再同一条直线上。
图3是本发明实施例的一种用于移动设备室内定位的锚节点的结构示意图。如图3所示的锚节点30，可以包括：射频信号接收器301、超声波发射器302和第二处理器303；
所述射频信号接收器301，适于接收来自移动设备发送的射频信号；
所述超声波发射器302，适于在所述射频信号接收器301接收射频信号后，在所述第二处理器303的控制下发送对应的超声波；
所述第二处理器303，适于根据接收到的射频信号控制所述超声波发射器301发送对应的超声波信号。
在具体实施中，所述锚节点30用于辅助待定位移动设备进行室内定位，所述锚节点具有如图3所示的结构。
在具体实施中，当待定位的移动设备需要确定二维位置坐标时，最少使用三个所述锚节点30即可确定移动设备的二维坐标，其中，三个所述锚节点30所在平面平行于待定位移动设备所在平面，且3个锚节点至少位于两条直线上。例如，当移动设备为智能机器人时，要确定地面上智能机器人的由长度和宽度组成的二维位置坐标，3个锚节点30处在同一高度，且3个锚节点至少位于两条直线上。
除此之外，具体实施中，当使用多于三个的锚节点30确定移动设备的二维位置坐标时，可以进一步减小定位误差，具体可以在获得每个锚节点到所述移动设备间的距离后，采用最小二乘法拟合计算所述移动设备的二维位置坐标，计算方法在下文中详述，在此不赘述。
在具体实施中，当待定位的移动设备需要确定三维位置坐标时，使用4个锚节点30便可以确定其三维位置坐标，其中，所述4个锚节点不在同一平面。
除此之外，具体实施中，可以增加锚节点30的数目(即使用大于4个的锚节点)，来确定所述移动设备的三维位置坐标，以减小定位误差，具体可以在获得每个锚节点到所述移动设备间的距离后，采用最小二乘法拟合计算所述移动设备的三维位置坐标，计算方法在下文中详述，在此不赘述。
在具体实施中，本实施例采用锚节点30辅助确定移动设备的位置坐标时，所述移动设备采用的室内定位装置与图2中所述的室内定位装置20相同，因此，有关如何获取每个锚节点至所述移动设备的距离，在此不再赘述。
图4是本发明实施例的一种移动设备的室内定位***的结构示意图。如图4所示的移动设备的室内定位***40，可以包括移动设备401和锚节点402，所述锚节点402个数至少为3个。其中所述移动设备401可以采用图2中所示的移动设备的室内定位装置20，所述锚节点402与图3中所示的锚节点30相同。
在具体实施中，所述移动设备401采用的定位装置可以包括：射频信号发射器201、超声波接收器202、计时器203和第一处理器204；
所述射频信号发射器201，适于向至少3个锚节点发送射频信号；
所述超声波接收器202，适于分别接收每个锚节点发送的超声波；
所述计时器203，适于获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间；
所述第一处理器204，适于控制所述射频信号发射器201发送射频信号，控制所述超声波接收器202分别接收每个锚节点发送的超声波，根据所述计时器203获取的所述传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离,根据每个锚节点的位置坐标以及所述每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
在具体实施中，所述锚节点402与图3中所示的锚节点30相同，即所述锚节点402可以包括：射频信号接收器301、超声波发射器302和第二处理器303；
所述射频信号接收器301，适于接收来自移动设备发送的射频信号；
所述超声波发射器302，适于在所述射频信号接收器301接收射频信号后，在所述第二处理器303的控制下发送对应的超声波；
所述第二处理器303，适于根据接收到的射频信号控制所述超声波发射器301发送对应的超声波信号。
在具体实施中，所述射频信号可以是红外线、蓝牙或者wifi信号。
在具体实施中，所述射频信号发射器201可以为一个，所述超声波接收器202的数目与所述锚节点的数目相同。所述射频信号发射器201适于同时向不同的锚节点发送相同的射频信号，对应的所述超声波接收器202适于接收对应的所述锚节点30发送的超声波信号，不同的超声波接收器202接收的超声波信号不同。
具体实施中，不同的超声波接收器202可以接收不同对应频率的超声波信号，以分别接收所述锚节点30发送的不同的超声波。
本发明实施例通过设置移动设备的室内定位***40进行室内定位，所述移动设备的室内定位***40采用图2中所示的移动设备的室内定位装置20，所述移动设备401的室内定位装置20的射频信号发射器201发送射频信号触发锚节点402的射频信号接收器301接收射频信号，所述锚节点402在所述第二处理器303的控制下发送对应的超声波信号，且任意两个超声波信号不同，以使不同的超声波接收器202分别接收超声波发射器302发送至移动设备401的超声波信号，从而使得所述移动设备401的计时器203能确定每个超声波信号来自于哪一个对应的锚节点，获取所述对应的锚节点402所发送的超声波发送至所述移动设备401的时间，最后使得所述第一处理器204根据所述计时器203获取的所述时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点402与移动设备401之间的距离,根据每个锚节点402的位置坐标以及所述每个锚节点402与移动设备401之间的距离，确定所述移动设备401的位置坐标。
在具体实施中，还可以设置所述射频信号发射器201和所述超声波接收器202均为一个。所述射频信号发射器201适于按顺序向不同的锚节点402间隔发送不同的射频信号，不同的锚节点402发送的超声波信号相同，所述射频信号发射器201发送的相邻两个射频信号之间的间隔时间足够长以使得所述超声波接收器202按相同顺序接收每个所述锚节点402发送的超声波信号。
具体实施中，当所述射频信号发射器201发送射频信号时，所述计时器203开始计时；当所述超声波接收器202接收到超声波信号时，所述计时器203停止计时，所述计时器203获取的时间作为所述超声波传输至所述移动设备401的传输时间。
具体地，所述射频信号发射器201按顺序分别向不同的锚节点402间隔发送不同的射频信号，每个射频信号的频率相同，但通过射频信号中携带不同的与每个所述不同的锚节点402对应的信息以确保每次发送仅触发其中一个锚节点，这样，所述射频信号触发对应的锚节点402发送超声波信号至所述超声波接收器202，使得所述超声波接收器202接收来自锚节点402发送超声波信号的顺序与所述射频信号发射器201发送射频信号的顺序相同。例如，结合图1所示，移动设备M的射频信号发射器201分先后向锚节点A、B、C和D发送射频信号，其中，可以设置相邻发送射频信号的间隔时间相同，而每次发送的射频信号仅触发锚节点A、B、C或D，对应的锚节点402的射频信号接收器301接收射频信号，锚节点402的第二处理器303控制所述超声波信号发射器302发送超声波，使得移动设备M的超声波接收器202接收的超声波信号的顺序也分别来自锚节点A、B、C和D。
具体实施中，结合图1所示，可以设置所述间隔时间大于移动设备所在室内空间中两点间最长距离与所述超声波传输速度的商值，以确保在使用一个射频信号发射器201和一个超声波接收器202组成的定位装置20时，所述超声波接收器202接收到超声波信号的顺序与所述射频信号发射器201发送射频信号的顺序相同，即所述超声波接收器202接收到超声波信号间不会产生干扰，保证定位的准确性。
具体实施中，由于射频信号的传播速度等于光速，射频信号从所述移动设备传输到所述锚节点402的时间可以忽略不计，则可将所述计时器203记录的从所述射频信号发射器201发送射频信号起，至所述超声波接收器202接收到超声波信号的时间作为所述超声波传输至所述移动设备的传输时间。
本发明实施例设置移动设备的室内定位***40进行移动设备的室内定位，所述移动设备的室内定位***40的移动设备401采用图2所示的移动设备的室内定位装置20，锚节点402采用图3所示的锚节点30，所述移动设备401的室内定位装置20由一个射频信号发射器201和一个超声波接收器202组成。所述射频信号发射器201按顺序向不同的锚节点402间隔发送不同的射频信号，所述锚节点402的射频信号接收器301接收射频信号，在所述射频信号的触发下第二处理器303控制超声波发射器302发送超声波信号，由于所述射频信号在第一处理器204的控制下间隔发送，超声波接收器202也按同样的顺序分别接收超声波发射器302发送的超声波信号，使得第一处理器204获得正确的超声波传输时间计算对应锚节点402至所述移动设备间的距离，从而能准确计算所述移动设备401的位置坐标。此外，由于仅使用一个超声波接收器202，从而降低了生产成本，减小了装置的体积。
在具体实施中，当待定位的移动设备401需要确定二维位置坐标时，最少使用三个所述锚节点402即可确定移动设备401的二维坐标，其中，三个所述锚节点402所在平面平行于待定位移动设备401所在平面，且3个锚节点至少位于两条直线上。例如，当移动设备401为智能机器人时，要确定地面上智能机器人的由长度和宽度组成的二维位置坐标，3个锚节点402处在同一高度，且3个锚节点402至少位于两条直线上。
下面简述使用3个锚节点402计算二维位置坐标的方法：当从原点出发，以两两互相垂直的x轴，y轴和z轴建立三维坐标系，其中x轴和y轴形成的平面平行于水平面，z轴垂直于水平面。3个所述锚节点的位置坐标已知，锚节点402坐标分别为(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，移动设备401的所述二维位置坐标(X，Y)使用公式(1)和(2)计算可得：
X = ( d 1 2 - d 2 2 ) - ( x 1 2 - x 2 2 ) - ( y 1 2 - y 2 2 ) 2 ( y 2 - y 1 ) ( d 1 2 - d 3 2 ) - ( x 1 2 - x 3 2 ) - ( y 1 2 - y 3 2 ) 2 ( y 3 - y 1 ) 2 ( x 2 - x 1 ) 2 ( y 2 - y 1 ) 2 ( x 3 - x 1 ) 2 ( y 3 - y 1 ) - - - ( 1 )
Y = 2 ( x 2 - x 1 ) ( d 1 2 - d 2 2 ) - ( x 1 2 - x 2 2 ) - ( y 1 2 - y 2 2 ) 2 ( x 3 - x 1 ) ( d 1 2 - d 3 2 ) - ( x 1 2 - x 3 2 ) - ( y 1 2 - y 3 2 ) 2 ( x 2 - x 1 ) 2 ( y 2 - y 1 ) 2 ( x 3 - x 1 ) 2 ( y 3 - y 1 ) - - - ( 2 )
除此之外，具体实施中，当使用多于三个的锚节点402确定移动设备的二维位置坐标时，可以减小室内空间中存在障碍物带来的误差，具体可以在获得每个锚节点402到所述移动设备401间的距离后，采用最小二乘法拟合计算所述移动设备401的二维位置坐标，以使用5个锚节点为例，可以使用公式(3)计算所述二维位置坐标(X，Y)：
x y = A - 1 ( A T ) - 1 A T B - - - ( 3 )
其中， A = 2 ( x 2 - x 1 ) 2 ( y 2 - y 1 ) 2 ( x 3 - x 2 ) 2 ( x 3 - x 2 ) 2 ( x 4 - x 3 ) 2 ( x 4 - x 3 ) 2 ( x 5 - x 4 ) 2 ( x 5 - x 4 ) ;
B = ( d 1 2 - d 2 2 ) - ( x 1 2 - x 2 2 ) - ( y 1 2 - y 2 2 ) ( d 2 2 - d 3 2 ) - ( x 2 2 - x 3 2 ) - ( y 2 2 - y 3 2 ) ( d 3 2 - d 4 2 ) - ( x 3 2 - x 4 2 ) - ( y 3 2 - y 4 2 ) ( d 4 2 - d 5 2 ) - ( x 4 2 - x 5 2 ) - ( y 4 2 - y 5 2 )
在具体实施中，从原点出发，以两两互相垂直的x轴，y轴和z轴建立三维坐标系，其中x轴和y轴形成的平面平行于水平面，z轴垂直于水平面。当待定位的移动设备401需要确定三维位置坐标时，使用4个锚节点402便可以确定其三维位置坐标，其中，所述4个锚节点402不在同一平面。例如，锚节点坐标分别为(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4)，所述移动设备的三维位置坐标(X，Y，Z)可以使用公式(4)、(5)和(6)进行计算：
X = ( d 1 2 - d 2 2 ) - ( x 1 2 - x 2 2 ) - ( y 1 2 - y 2 2 ) - ( z 1 2 - z 2 2 ) 2 ( y 2 - y 1 ) 2 ( z 2 - z 1 ) ( d 1 2 - d 3 2 ) - ( x 1 2 - x 3 2 ) - ( y 1 2 - y 3 2 ) - ( z 1 2 - z 3 2 ) 2 ( y 3 - y 1 ) 2 ( z 3 - z 1 ) ( d 1 2 - d 4 2 ) - ( x 1 2 - x 4 2 ) - ( y 1 2 - y 4 2 ) - ( z 1 2 - z 4 2 ) 2 ( y 4 - y 1 ) 2 ( z 4 - z 1 ) 2 ( x 2 - x 1 ) 2 ( y 2 - y 1 ) 2 ( z 2 - z 1 ) 2 ( x 3 - x 1 ) 2 ( y 3 - y 1 ) 2 ( z 3 - z 1 ) 2 ( x 4 - x 1 ) 2 ( y 4 - y 1 ) 2 ( z 4 - z 1 ) - - - ( 4 )
Y = 2 ( x 2 - x 1 ) ( d 1 2 - d 2 2 ) - ( x 1 2 - x 2 2 ) - ( y 1 2 - y 2 2 ) - ( z 1 2 - z 2 2 ) 2 ( z 2 - z 1 ) 2 ( x 3 - x 1 ) ( d 1 2 - d 3 2 ) - ( x 1 2 - x 3 2 ) - ( y 1 2 - y 3 2 ) - ( z 1 2 - z 3 2 ) 2 ( z 3 - z 1 ) 2 ( x 4 - x 1 ) ( d 1 2 - d 4 2 ) - ( x 1 2 - x 4 2 ) - ( y 1 2 - y 4 2 ) - ( z 1 2 - z 4 2 ) 2 ( z 4 - z 1 ) 2 ( x 2 - x 1 ) 2 ( y 2 - y 1 ) 2 ( z 2 - z 1 ) 2 ( x 3 - x 1 ) 2 ( y 3 - y 1 ) 2 ( z 3 - z 1 ) 2 ( x 4 - x 1 ) 2 ( y 4 - y 1 ) 2 ( z 4 - z 1 ) - - - ( 5 )
Z = 2 ( x 2 - x 1 ) 2 ( y 2 - y 1 ) ( d 1 2 - d 2 2 ) - ( x 1 2 - x 2 2 ) - ( y 1 2 - y 2 2 ) - ( z 1 2 - z 2 2 ) 2 ( x 3 - x 1 ) 2 ( y 3 - y 1 ) ( d 1 2 - d 3 2 ) - ( x 1 2 - x 3 2 ) - ( y 1 2 - y 3 2 ) - ( z 1 2 - z 3 2 ) 2 ( x 4 - x 1 ) 2 ( y 4 - y 1 ) ( d 1 2 - d 4 2 ) - ( x 1 2 - x 4 2 ) - ( y 1 2 - y 4 2 ) - ( z 1 2 - z 4 2 ) 2 ( x 2 - x 1 ) 2 ( y 2 - y 1 ) 2 ( z 2 - z 1 ) 2 ( x 3 - x 1 ) 2 ( y 3 - y 1 ) 2 ( z 3 - z 1 ) 2 ( x 4 - x 1 ) 2 ( y 4 - y 1 ) 2 ( z 4 - z 1 ) - - - ( 6 )
除此之外，具体实施中，可以增加使用锚节点402即使用大于4个的锚节点，来确定所述移动设备401的三维位置坐标，以减小定位误差，具体可以在获得每个锚节点402到所述移动设备401间的距离后，采用最小二乘法拟合计算所述移动设备的三维位置坐标，具体可以使用公式(7)进行计算所述三维位置坐标(X，Y，Z)：
x y z = A - 1 ( A T ) - 1 A T B - - - ( 7 )
其中， A = 2 ( x 2 - x 1 ) 2 ( y 2 - y 1 ) 2 ( z 2 - z 1 ) . . . . . . . . . 2 ( x i - x i - 1 ) 2 ( y i - y i - 1 ) 2 ( z i - z i - 1 ) ;
B = ( d 1 2 - d 2 2 ) - ( x 1 2 - x 2 2 ) - ( y 1 2 - y 2 2 ) - ( z 1 2 - x 2 2 ) . . . ( d i - 1 2 - d i 2 ) - ( x i - 1 2 - x i 2 ) - ( y i - 1 2 - y i 2 ) - ( z i - 1 2 - x i 2 )
本发明实施例的移动设备的室内定位***40，通过采用所述移动设备401和所述锚节点402，所述移动设备401采用图2中所述的移动设备的室内定位装置20，锚节点402采用图3所述的锚节点30，移动设备401向至少3个锚节点402发送射频信号，所述移动设备401分别接收每个所述锚节点402发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点402发送，移动设备401获取每个所述锚节点402发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间，根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点402与移动设备401之间的距离，再根据每个锚节点402的位置坐标以及每个锚节点402与移动设备401之间的距离，确定所述移动设备401的位置坐标，从而提高移动设备401的室内定位的准确程度。
图5是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位方法的流程图。如图5所示的移动设备的室内定位方法，可以包括以下步骤：
步骤S501：移动设备向至少3个锚节点发送射频信号。
步骤S502：所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波。
步骤S503：获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间。
步骤S504：根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离。
步骤S505：根据每个锚节点的位置坐标以及每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
下面结合图6、图7和具体实施例对本发明的移动设备的室内定位方法作进一步详细的介绍。
图6是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位方法的流程图。如图6所示的移动设备的室内定位方法，可以包括以下步骤：
步骤S601：移动设备同时向所有锚节点发送相同射频信号。
在具体实施中，所述射频信号包括：红外线、蓝牙或wifi。
步骤S602：接收每个所述锚节点发送的不同的超声波信号。
步骤S603：获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间。
步骤S604：根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离。
在具体实施中，由于超声波的传输速度已知，一般在空气中为340m/s，则可以根据每个超声波对应的传输时间以及所述传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离。
步骤S605：根据每个锚节点的位置坐标以及每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
本发明实施例中计算所述移动设备的位置坐标的方法与图4中实施例所述的方法相同，即根据具体情况采用公式(1)至(7)中的公式，在此不再赘述。
在具体实施中，可以将移动设备向锚节点发送射频信号的时间和接收该锚节点发送的超声波的时间之间的时间差作为该锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间。
本发明实施例通过移动设备同时向所有锚节点发送相同的射频信号，分别接收对应锚节点发送至移动设备的不同的超声波信号，从而使得所述移动设备能确定每个超声波信号来自于哪一个对应的锚节点，准确获取所述对应的锚节点所发送的超声波发送至所述移动设备的时间，根据所述时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离,再根据每个锚节点的位置坐标以及所述每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标，从而实现基于超声波技术来提高移动设备室内定位的准确性。
在具体实施中，当所述移动设备为智能机器人，所述位置坐标为长度和宽度组成的二维坐标时，要求不同锚节点的高度相同，所有锚节点不在同一条直线上即至少位于两条直线上。
本实施例中确定移动设备的二维位置坐标或三维位置坐标时，使用的锚节点个数以及其在室内的布局，参考前面的实施例，在此不再赘述。
图7是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位方法的流程图。如图7所示的移动设备的室内定位方法，可以包括以下步骤：
步骤S701：移动设备按顺序向所有锚节点发送不同的射频信号。
在具体实施中，不同的锚节点发送的超声波信号相同，所述移动设备发送的相邻两个射频信号之间的间隔时间足够长以使得所述移动设备按相同顺序接收每个所述锚节点发送的超声波信号。
在具体实施中，可以设置所述间隔时间大于或等于移动设备所在室内空间中两点间最长距离与所述超声波传输速度的商值。
在具体实施中，所述射频信号包括：红外线、蓝牙或wifi。
步骤S702：所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波。
在具体实施中，由于所述移动设备按顺序向所有锚节点发送相同的射频信号，且间隔时间足够长，使得所述移动设备也按同样的顺序分别接收对应锚节点发送的超声波信号。
步骤S703：获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间。
在具体实施中，可以将移动设备向锚节点发送射频信号的时间和接收该锚节点发送的超声波的时间之间的时间差作为该锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间。
步骤S704：根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离。
在具体实施中，由于超声波的传输速度已知，一般在空气中为340m/s，则可以根据每个超声波对应的传输时间以及所述传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离。
步骤S705：根据每个锚节点的位置坐标以及每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
本发明实施例中计算所述移动设备的位置坐标的方法与图4中实施例所述的方法相同，即根据具体情况采用公式(1)至(7)中的公式，在此不再赘述。
当所述移动设备为智能机器人，所述位置坐标为长度和宽度组成的二维坐标，不同锚节点的高度相同，所有锚节点至少位于两条直线上。
本实施例中确定移动设备的二维位置坐标或三维位置坐标时，使用的锚节点个数以及其在室内的布局，同图4中实施例，在此不再赘述。
本发明实施例通过所述移动设备按顺序向所有锚节点间隔发送不同的射频信号，触发所述锚节点发送超声波信号，所述移动设备按同样的顺序分别接收所述锚节点发送的对应的超声波，获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间，根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离，再根据每个锚节点的位置坐标以及每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标，从而实现基于超声波技术来提高移动设备室内定位的准确性。
本发明实施例还提供一种移动设备，所述移动设备采用如图2中所述的移动设备的室内定位装置20，即可以包括：射频信号发射器201、超声波接收器202、计时器203和第一处理器204，在此不再赘述其各自功能。所述移动设备通过采用所述移动设备的室内定位装置20可以获取自身在所在室内空间的位置坐标，为所述移动设备进行下一步移动或者人机交互提供位置数据。
本发明实施例的移动设备可以是智能机器人或其他需要进行定位的移动设备，在此不做限制。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例中的移动设备的室内定位方法中的部分步骤，以及所述第一处理器、所述第二处理器和计时器可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种移动设备的室内定位方法，其特征在于，包括：
移动设备向至少3个锚节点发送射频信号；
所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点发送；
获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间；
根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离；
根据每个锚节点的位置坐标以及每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
2.如权利要求1所述的移动设备的室内定位方法，其特征在于，所述移动设备向至少3个锚节点发送射频信号，所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点发送，包括：
所述移动设备同时向所有锚节点发送相同射频信号，并接收每个所述锚节点发送的不同的超声波信号。
3.如权利要求1所述的移动设备的室内定位方法，其特征在于，所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波，所述超声波在所述射频信号的触发下由对应的锚节点发送，包括：
所述移动设备按顺序向所有锚节点发送不同的射频信号，不同的锚节点发送的超声波信号相同，所述移动设备发送的相邻两个射频信号之间的间隔时间足够长以使得所述移动设备按相同顺序接收每个所述锚节点发送的超声波信号。
4.如权利要求3所述的移动设备的室内定位方法，其特征在于，所述间隔时间大于或等于移动设备所在室内空间中两点间最长距离除以所述超声波传输速度得到的商值。
5.如权利要求1所述的移动设备的室内定位方法，其特征在于，所述获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间，包括：将移动设备向锚节点发送射频信号的时间和接收所述锚节点发送的超声波的时间之间的时间差作为所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间。
6.如权利要求1所述的移动设备的室内定位方法，其特征在于，所述射频信号包括：红外线、蓝牙或wifi。
7.如权利要求1所述的移动设备的室内定位方法，其特征在于，所述移动设备为智能机器人，所述位置坐标为长度和宽度组成的二维坐标，不同锚节点的高度相同，所有锚节点至少位于两条直线上。
8.一种移动设备的室内定位装置，其特征在于，包括：射频信号发射器、超声波接收器、计时器和第一处理器；
所述射频信号发射器，适于向至少3个锚节点发送射频信号；
所述超声波接收器，适于分别接收每个锚节点发送的超声波；
所述计时器，适于获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输时间；
所述第一处理器，适于控制所述射频信号发射器发送射频信号，控制所述超声波接收器分别接收每个锚节点发送的超声波，根据所述计时器获取的所述传输时间以及超声波的传输速度，计算每个锚节点与移动设备之间的距离，根据每个锚节点的位置坐标以及所述每个锚节点与移动设备之间的距离，确定所述移动设备的位置坐标。
9.如权利要求8所述的移动设备的室内定位装置，其特征在于，所述射频信号发射器为一个，所述超声波接收器的数目与所述锚节点的数目相同，所述射频信号发射器适于同时向不同的锚节点发送相同射频信号，所述超声波接收器适于接收对应的所述锚节点发送的超声波信号，不同超声波接收器接收的超声波信号不同。
10.如权利要求8所述的移动设备的室内定位装置，其特征在于，所述射频信号发射器和所述超声波接收器均为一个，所述射频信号发射器适于按顺序向不同的锚节点发送不同的射频信号，不同的锚节点发送的超声波信号相同，所述射频信号发射器发送的相邻两个射频信号之间的间隔时间足够长以使得所述超声波接收器按相同顺序接收每个所述锚节点发送的超声波信号。
11.如权利要求10所述的移动设备的室内定位装置，其特征在于，当所述射频信号发射器发送射频信号时，所述计时器开始计时；当所述超声波接收器接收到超声波信号时，所述计时器停止计时，所述计时器获取的时间作为所述超声波传输至所述移动设备的传输时间。
12.一种移动设备，其特征在于，包括权利要求8至11中任一项所述的室内定位装置。
13.一种移动设备的室内定位***，其特征在于，包括：如权利要求12所述的移动设备和至少3个锚节点；
所述锚节点，适于在所述射频信号的触发下向所述移动设备发送超声波。
14.一种锚节点，其特征在于，包括：射频信号接收器、超声波发射器和第二处理器；
所述射频信号接收器，适于接收来自移动设备发送的射频信号；
所述超声波发射器，适于在所述射频信号接收器接收射频信号后，在所述第二处理器的控制下发送对应的超声波；
所述第二处理器，适于根据接收到的射频信号控制所述超声波发射器发送对应的超声波信号。
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