CN106873015A - Css与gps相结合的室内外无缝定位***及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CSS与GPS相结合的室内外无缝定位***及定位方法，包括室外GPS卫星模块、室内CSS定位模块、室内外定位融合切换模块及定位结果显示模块；其中室外卫星定位模块利用GPS卫星导航；室内CSS定位模块采用基于SDS‑TWR(对称双面双向测距)进行室内测距过程，再利用卡尔曼滤波对定位测距数据进行优化处理，最后采用几何三边定位算法获取室内定位模块的室内位置；室内外定位融合切换模块根据室内外定位通信信号的强度，对室内外定位方式进行融合、切换和集成，以实现室内外定结果平滑的过度；定位结果显示模块以室外二维电子地图及室内平面图为基础，显示定位结果。与现有定位***相比较，本发明采用GPS卫星导航技术和CSS技术相结合，实现室内、外精确定位的无缝衔接。

Description

CSS与GPS相结合的室内外无缝定位***及定位方法
技术领域
本发明涉及一种室内外无缝定位技术，特别是一种集成GPS卫星导航与CSS技术相结合的室内外无缝定位***。
背景技术
随着GPS、北斗、GLONASS等全球卫星定位导航定位***的日益成熟，人们享受到卫星定位***在室外活动中带来的快速、准确的定位服务。对于室外空旷的环境而言，全球定位***(Global Positioning System，GPS)被广泛应用，而在诸多室内环境下，由于受水泥墙体的阻挡等影响，卫星信号就会被严重衰减而无法实现在室内的定位及导航作用。
针对室内环境下的定位问题，目前已发展出应用红外线、超声波、RFID、蓝牙、超宽带、Zigbee和无线Wifi等作为媒介的室内定位技术。但仍然有很多问题需要解决，比如：***定位复杂度高、实现成本高、精度差等。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种CSS与GPS相结合的室内外无缝定位***及定位方法，实现室内导航定位的无缝切换。
一种CSS与GPS相结合的室内外无缝定位***及定位方法，包括一室外GPS卫星定位模块、一室内CSS定位模块、一室内外定位融合切换模块及一定位结果显示模块；室外GPS卫星定位模块与室内CSS定位模块的输出信号端与室内外定位融合切换模块的输入信号端连接，室内外定位融合切换模块的输出信号端接定位结果显示模块的信号输入端。
所述室外GPS卫星定位模块用于通过GPS卫星导航***进行室外空间定位，其体系已经非常完善，输出的是GPS卫星导航信号定位数据；
所述室内CSS定位模块采用基于SDS-TWR(对称双面双向测距)进行室内测距过程，再利用卡尔曼滤波对定位测距数据进行优化处理，最后采用几何三边定位算法获取室内定位模块的室内位置，输出的是CSS信号定位数据；
所述室内外定位融合切换模块，建立基于所述GPS卫星导航信号定位数据与CSS定位数据的融合模型，对室内外定位方式进行融合；
所述定位结果显示模块，在室外通过二维电子地图而在室内则通过室内平面图来显示室内外定位结果。
进一步地，本发明还提供了一种集成GPS卫星导航与CSS技术的室内外无缝定位的方法，按照如下步骤实现：
步骤(1)、根据室外GPS卫星定位模块接收到GPS导航卫星信号的强度或室内CSS定位模块接收到的CSS通信信号的强度，选择该定位***的定位方式；若所述室外GPS卫星定位模块接收到的GPS导航卫星信号较强，则转入步骤(2)；若所述室内CSS定位模块接收到室内布设的CSS锚节点发出的CSS通信信号较强，则转入步骤(3)；若所述室外GPS卫星定位模块接收到的GPS导航卫星信号强度与所述室内CSS定位模块接收到室内布设的CSS锚节点发出的CSS通信信号强度相同，则转入步骤(4)；
步骤(2)、所述室外GPS卫星定位模块通过GPS卫星导航***进行室外定位，输出GPS卫星导航信号的定位数据，并转入步骤(6)；
步骤(3)、所述室内CSS定位模块检测各个CSS锚节点发出的通信信号，采用SDS-TWR(对称双面双向测距)获取所述定位***与各个CSS锚节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述室内CSS定位模块与各个CSS锚节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内CSS定位模块的室内位置，输出CSS通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤(6)；
步骤(4)、所述室外GPS卫星定位模块通过GPS卫星导航***进行室外定位，输出GPS卫星导航信号的定位数据；所述室内CSS定位模块检测各个CSS锚节点发出的通信信号，采用SDS-TWR获取所述室内CSS定位模块与各个CSS锚节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述室内CSS定位模块与各个CSS锚节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内定位***的室内位置，输出CSS通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤(5)；SDS-TWR即对称双面双向测距；
步骤(5)、所述室内外定位融合切换模块，通过对室内和室外定位数据进行融合、切换和集成，从而完成室内外的平滑过渡，以提高所示定位***的定位精度；并转入步骤(6)，
步骤(6)、定位结果显示模块将GPS卫星导航信号的定位数据、CSS通信信号定位数据或步骤(5)融合模块输出的融合、切换和集成定位数据，来显示室内外定位结果，返回步骤(1)。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明所提出的一种CSS与GPS相结合的室内外无缝定位***及定位方法，基于CSS定位节点，可以大大减小定位***实现的复杂度问题，通过对CSS定位数据进行卡尔曼滤波处理优化提高的室内定位精度，通过结合GPS卫星导航实现一体化的室内外定位功能，通过室内外定位融合切换模块处理室外的卫星定位和室内的CSS定位数据，使得室内外导航定位数据平滑过渡，解决了以往移动设备在大型建筑内无法定位或定位精度低的问题，特别为仓库存储、室内导航、车库寻位等提供更准确的位置服务。
附图说明
图1是本发明的集成GPS卫星导航与CSS技术的室内外无缝定位***中各个模块示意图；
图2是本发明的集成GPS卫星导航与CSS技术的室室内外无缝定位***定位方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明的整体思路是采用基于GPS卫星室外定位方案和基于CSS的室内定位方案，实现室内外无缝定位功能。本发明包括两种定位方法，即：基于GPS卫星导航定位方法和基于CSS室内定位方法；室外导航模块搭载于车载导航中，而室内定位模块搭载于室内CSS定位模块接收机上。
本发明的目的在于提供一种集成GPS卫星导航与CSS技术的室内外无缝定位***，如图1所示，包括：一室外GPS卫星定位模块、一室内CSS定位模块、一室内外定位融合切换模块及一定位结果显示模块；
所述室外GPS卫星定位模块用于通过GPS卫星导航***进行室外空间定位，其体系已经非常完善，输出的是GPS卫星导航信号定位数据；
所述室内CSS定位模块采用基于SDS-TWR(对称双面双向测距)进行室内测距过程，再利用卡尔曼滤波对定位测距数据进行优化处理，最后采用几何三边定位算法获取室内定位模块的室内位置，输出的是CSS信号定位数据；
所述室内外定位融合切换模块，建立基于所述GPS卫星导航信号定位数据与CSS定位数据的融合模型，对室内外定位方式进行融合；
所述定位结果显示模块，在室外通过二维电子地图而在室内则通过室内平面图来显示室内外定位结果。
进一步地，在本实例中，为了让本领域技术人员了解发明所提出的一种集成GPS卫星导航与CSS技术的室内外停车定位的定位***，还提供一种集成GPS卫星导航与CSS技术的室内外无缝定位的定位方法，如图2所示，按照如下步骤实现：
步骤(1)、根据室外GPS卫星定位模块接收到GPS导航卫星信号的强度或室内CSS定位模块接收到的CSS通信信号的强度，选择该定位***的定位方式；若所述室外GPS卫星定位模块接收到的GPS导航卫星信号较强，则转入步骤(2)；若所述室内CSS定位模块接收到室内布设的CSS锚节点发出的CSS通信信号较强，则转入步骤(3)；若所述室外GPS卫星定位模块接收到的GPS导航卫星信号强度与所述室内CSS定位模块接收到室内布设的CSS锚节点发出的CSS通信信号强度相同，则转入步骤(4)；
步骤(2)、所述室外GPS卫星定位模块通过GPS卫星导航***进行室外定位，输出GPS卫星导航信号的定位数据，并转入步骤(6)；
步骤(3)、所述室内CSS定位模块检测各个CSS锚节点发出的通信信号，采用SDS-TWR(对称双面双向测距)获取所述定位***与各个CSS锚节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述室内CSS定位模块与各个CSS锚节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内CSS定位模块的室内位置，输出CSS通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤(6)；
步骤(4)、所述室外GPS卫星定位模块通过GPS卫星导航***进行室外定位，输出GPS卫星导航信号的定位数据；所述室内CSS定位模块检测各个CSS锚节点发出的通信信号，采用SDS-TWR获取所述室内CSS定位模块与各个CSS锚节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述室内CSS定位模块与各个CSS锚节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内定位***的室内位置，输出CSS通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤(5)；SDS-TWR即对称双面双向测距；
步骤(5)、所述室内外定位融合切换模块，通过对室内和室外定位数据进行融合、切换和集成，从而完成室内外的平滑过渡，以提高所示定位***的定位精度；并转入步骤(6)，
步骤(6)、定位结果显示模块将GPS卫星导航信号的定位数据、CSS通信信号定位数据或步骤(5)融合模块输出的融合、切换和集成定位数据，来显示室内外定位结果，返回步骤(1)。
本发明实施例适用流程如下：当汽车在室外环境下行驶时，此刻室外卫星GPS定位模块接收到的是GPS导航卫星信号，则通过车载导航进行室外行驶导航，输出GPS卫星导航信号的定位数据；当汽车即将驶入地下车库时，若所述室外卫星GPS定位模块接收到的GPS导航卫星信号且所述室内CSS定位模块接收端接收到室内布设的CSS锚节点发出的CSS通信信号，此刻所述室外GPS卫星导航模块输出GPS卫星导航信号的定位数据，与此同时所述室内CSS定位模块接受端开始输出CSS通信信号定位数据，所述室内外定位融合切换模块对室内和室外定位数据进行融合、切换和集成，完成室内外的导航定位数据的平滑过渡；当汽车完全驶入地下停车场内部时，所述室内CSS定位模块接收端检测到各个CSS锚节点发出的CSS通信信号，通过滤波处理及定位算法，最后输出CSS通信信号定位数据，完成车库内汽车定位功能。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所做的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.CSS与GPS相结合的室内外无缝定位***，包括一室外GPS卫星定位模块、一室内CSS定位模块、一室内外定位融合切换模块及一定位结果显示模块；室外GPS卫星定位模块的信号输出端、室内CSS定位模块的信号输出端与室内外定位融合切换模块的信号输入端连接，室内外定位融合切换模块的输出信号端接定位结果显示模块的信号输入端；
所述室外GPS卫星定位模块用于通过GPS卫星导航***进行室外空间定位，输出的是GPS卫星导航信号定位数据；
所述室内CSS定位模块采用基于SDS-TWR进行室内测距过程，再利用卡尔曼滤波对定位测距数据进行优化处理，最后采用几何三边定位算法获取室内定位模块的室内位置，输出的是CSS信号定位数据，SDS-TWR即对称双面双向测距；
所述室内外定位融合切换模块，建立基于所述GPS卫星导航信号定位数据与CSS定位数据的融合模型，对室内外定位方式进行融合；
所述定位结果显示模块，在室外通过二维电子地图而在室内则通过室内平面图来显示室内外定位结果。
2.根据权利要求1所述的CSS与GPS相结合的室内外无缝定位***的定位的方法，按照如下步骤实现：
步骤(1)、根据室外GPS卫星定位模块接收到GPS导航卫星信号的强度或室内CSS定位模块接收到的CSS通信信号的强度，选择该定位***的定位方式；若所述室外GPS卫星定位模块接收到的GPS导航卫星信号较强，则转入步骤(2)；若所述室内CSS定位模块接收到室内布设的CSS锚节点发出的CSS通信信号较强，则转入步骤(3)；若所述室外GPS卫星定位模块接收到的GPS导航卫星信号强度与所述室内CSS定位模块接收到室内布设的CSS锚节点发出的CSS通信信号强度相同，则转入步骤(4)；
步骤(2)、所述室外GPS卫星定位模块通过GPS卫星导航***进行室外定位，输出GPS卫星导航信号的定位数据，并转入步骤(6)；
步骤(3)、所述室内CSS定位模块检测各个CSS锚节点发出的通信信号，采用SDS-TWR(对称双面双向测距)获取所述定位***与各个CSS锚节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述室内CSS定位模块与各个CSS锚节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内CSS定位模块的室内位置，输出CSS通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤(6)；
步骤(4)、所述室外GPS卫星定位模块通过GPS卫星导航***进行室外定位，输出GPS卫星导航信号的定位数据；所述室内CSS定位模块检测各个CSS锚节点发出的通信信号，采用SDS-TWR获取所述室内CSS定位模块与各个CSS锚节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述室内CSS定位模块与各个CSS锚节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内定位***的室内位置，输出CSS通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤(5)；SDS-TWR即对称双面双向测距；
步骤(5)、所述室内外定位融合切换模块，通过对室内和室外定位数据进行融合、切换和集成，并转入步骤(6)，
步骤(6)、定位结果显示模块将GPS卫星导航信号的定位数据、CSS通信信号定位数据或步骤(5)融合模块输出的融合、切换和集成定位数据，来显示室内外定位结果，返回步骤(1)。
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