CN110174640A - 一种智能切换的室内外无缝定位*** - Google Patents

一种智能切换的室内外无缝定位*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能切换的室内外无缝定位***，包括终端设备、定位***和信息处理***，所述终端设备包括卫星信号接收装置和UWB信号发射装置，所述卫星信号接收装置用于接收卫星信号实现室外定位，所述UWB信号发射装置用于发射UWB信号实现室内定位；所述定位***根据收到的终端设备发出的定位信号选择定位方式；所述信息处理***根据选定的定位方式对定位信号进行解析，得到终端设备的位置信息。本发明能够实现室内和室外的精准定位，而且能够在室内室外交界处实现有效无缝的智能切换，提高了定位精度。

Description

一种智能切换的室内外无缝定位***
技术领域
本发明涉及室内外无缝定位技术领域，特别是涉及一种智能切换的室内外无缝定位***。
背景技术
室内外定位技术作为物联网的一部分，在生活中起着越来越重要的作用，GPS定位技术在室外起到了很好的定位效果，但是在室内由于各种遮挡物的影响，GPS定位效果并不是很好，因此产生了室内定位，考虑到定位精度定位成本等各种因素的影响，一种基于UWB的室内定位技术应运而生，UWB定位技术在室内能够实现厘米级的定位精度。
目前，大多数的定位***，只能实现单一的室外定位或者室内定位，无法做到这两者的结合。尽管有些定位***能够实现两者的结合，但是在定位***间无法做到有效的切换，而反复切换会造成运算量的浪费以及用户体验度不高等不好的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能切换的室内外无缝定位***，能够实现室内和室外的精准定位，而且能够在室内室外交界处实现有效无缝的智能切换，提高了定位精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能切换的室内外无缝定位***，包括终端设备、定位***和信息处理***，所述终端设备包括卫星信号接收装置和UWB信号发射装置，所述卫星信号接收装置用于接收卫星信号实现室外定位，所述UWB信号发射装置用于发射UWB信号实现室内定位；所述定位***根据收到的终端设备发出的定位信号选择定位方式；所述信息处理***根据选定的定位方式对定位信号进行解析，得到终端设备的位置信息。
所述定位***根据收到的卫星数目和接收到UWB信号的定位基站数目确定终端设备当前所处的状态。
所述终端设备当前状态为室外时，所述定位***选择利用卫星定位技术进行定位，并将接收到的卫星信号发送给所述信息处理***；所述终端设备当前状态为室内时，所述定位***选择利用UWB定位方式进行定位，并将UWB定位信号发送给所述信息处理***；所述终端设备为室内外交界处时，所述定位***选择采用卫星定位与UWB定位结合的方式进行定位，并将卫星信号和UWB定位信号发送给所述信息处理***。
所述终端设备当前状态为室外时，所述信息处理***根据建立方程组求解得到终端设备的位置信息，其中，x,y,z为终端设备的坐标，xi,yi,zi为第i颗卫星的空间坐标，为第i颗卫星的钟差，Vt为终端设备的钟差，di为第i颗卫星到终端设备的距离，c为光速。
所述终端设备当前状态为室内时，所述信息处理***采用TDOA技术得到终端设备到各个定位基站的距离差，并根据距离差得到终端设备的位置信息。
所述终端设备当前状态为室内外交界处时，所述信息处理***根据P＝wPG+(1-w)PW得到终端设备的位置信息，其中，PG为采用卫星定位方式得到的终端位置信息，PW为采用UWB定位得到的终端位置信息，w为权重因子。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在终端设备上安装了GPS模块和UWB模块，当终端设备处在不同的场景中，会选择一个恰当的定位算法，室外时GPS定位，室内时UWB定位，室内外交界处时会选择GPS+UWB融合定位，实现一种智能有效的无缝切换技术，精准获取终端设备的位置信息。实践表明，相比单纯的室内或室外定位，该***具有全流程定位跟踪、定位效果好、性价比高等优点。
附图说明
图1是本发明的***图；
图2是本发明中室外定位原理图；
图3是本发明中室内定位原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种智能切换的室内外无缝定位***，如图1所示，包括终端设备、定位***和信息处理***，所述终端设备包括卫星信号接收装置和UWB信号发射装置，所述卫星信号接收装置用于发射收到的卫星信号实现室外定位，所述UWB信号发射装置用于发射UWB信号实现室内定位；所述定位***根据收到的终端设备发出的定位信号选择定位方式；所述信息处理***根据选定的定位方式对定位信号进行解析，得到终端设备的位置信息。
其中，卫星信号接收装置用来接收GPS信号，实现室外定位。对于室内定位将采用定位基站来接收UWB信号，UWB信号发射装置周期性发射UWB信号，发送频率NHz。本实施方式中的终端设备内的各个模块通过本身自带的锂电池进行供电，电压是5V。
UWB定位基站之间通过发送同步信息完成各个基站的时间同步，各个定位基站收集智能终端设备上UWB信号发射装置所发出的UWB信号，采用TDOA方式，并将接收到的时间戳打包，通过信息传输设备发送至信息处理***。
定位***在收到信号后，会根据不同的情况将采用不同的定位技术，包括GPS定位技术，UWB定位技术，GPS+UWB定位技术。在确定定位技术后发送至信息处理***进行处理。其中GPS定位方式如图2所示，终端设备在已知坐标的卫星下得到自身的空间坐标。UWB定位方式如图3所示，采用TDOA技术定位终端设备。GPS+UWB融合定位原理是定位***将根据接收到GPS卫星数目和接收到UWB信号的定位基站数目来调整权重因子以实现当前状态下的最佳定位方式。
假设终端设备由室外进入室内，则定位流程包括以下步骤：
步骤一：终端室外GPS定位
当人员或者物品处在室外环境中时使用GPS定位如图2。P(x,y,z)为用户终端的空间坐标；Si(xi,yi,zi)(i＝1,2,3,4)为4颗卫星的空间坐标。由四元方程组得到用户终端的空间坐标式中为卫星i(i＝1,2,3,4)的钟差；Vt为用户终端的钟差；di为卫星i与终端设备之间的距离；c为光速。
步骤二：GPS与UWB的融合定位
当人员或者物品处在室内外的交界处时，***将自动根据接收到GPS卫星数目和接收到UWB信号的定位基站数目确定当前状态下的权重因子，以最佳方式进行定位，当使用GPS+UWB融合定位时采用加权平均算法。将一个定位结果赋予权值w，则另一***的权值为(1-w)，融合结果P＝wPG+(1-w)PW，式中，PG为GPS定位的结果；PW为UWB定位结果。
步骤三：室内UWB定位
当人员或者物品处在室内环境中时使用UWB定位如图3。采用TDOA技术得到终端设备到UWB定位基站的距离差，最终得到终端的精确位置信息(X、Y坐标系)。
在这三个步骤中，使用终端设备的时刻，终端设备的GPS信号接收装置和UWB信号发射装置都会被唤醒，然后GPS信号接收装置周期性地将接收GPS信号，UWB信号发射装置周期性发射UWB定位信号，发送频率NHz，不管终端设备处在室内，室外还是室内外的交界处，都会有相应的定位算法来求解终端设备的位置信息，形成一种人员或物品的全方位实时定位***。
由此可见，本发明能够实现室内外无缝定智能切换，该***能够实现室内和室外的精准定位，而且能够在室内室外交界处实现有效无缝的智能切换和判断，提高了定位精度。解决了GPS在室内的不精准定位问题和室内外无效的切换定位问题，为人员和物品的精准定位奠定良好的基础。

Claims (6)

1.一种智能切换的室内外无缝定位***，包括终端设备、定位***和信息处理***，其特征在于，所述终端设备包括卫星信号接收装置和UWB信号发射装置，所述卫星信号接收装置用于接收卫星信号实现室外定位，所述UWB信号发射装置用于发射UWB信号实现室内定位；所述定位***根据收到的终端设备发出的定位信号选择定位方式；所述信息处理***根据选定的定位方式对定位信号进行解析，得到终端设备的位置信息。
2.根据权利要求1所述的智能切换的室内外无缝定位***，其特征在于，所述定位***根据收到的卫星数目和接收到UWB信号的定位基站数目确定终端设备当前所处的状态。
3.根据权利要求2所述的智能切换的室内外无缝定位***，其特征在于，所述终端设备当前状态为室外时，所述定位***选择利用卫星定位技术进行定位，并将接收到的卫星信号发送给所述信息处理***；所述终端设备当前状态为室内时，所述定位***选择利用UWB定位方式进行定位，并将UWB定位信号发送给所述信息处理***；所述终端设备为室内外交界处时，所述定位***选择采用卫星定位与UWB定位结合的方式进行定位，并将卫星信号和UWB定位信号发送给所述信息处理***。
4.根据权利要求3所述的智能切换的室内外无缝定位***，其特征在于，所述终端设备当前状态为室外时，所述信息处理***根据建立方程组求解得到终端设备的位置信息，其中，x,y,z为终端设备的坐标，xi,yi,zi为第i颗卫星的空间坐标，为第i颗卫星的钟差，Vt为终端设备的钟差，di为第i颗卫星到终端设备的距离，c为光速。
5.根据权利要求3所述的智能切换的室内外无缝定位***，其特征在于，所述终端设备当前状态为室内时，所述信息处理***采用TDOA技术得到终端设备到各个定位基站的距离差，并根据距离差得到终端设备的位置信息。
6.根据权利要求3所述的智能切换的室内外无缝定位***，其特征在于，所述终端设备当前状态为室内外交界处时，所述信息处理***根据P＝wPG+(1-w)PW得到终端设备的位置信息，其中，PG为采用卫星定位方式得到的终端位置信息，PW为采用UWB定位得到的终端位置信息，w为权重因子。
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