CN112461232B - 磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪方法及实现*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于室内定位领域，特别是涉及磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪方法及实现***，其中***包括数据采集前端和数据处理服务器后端；数据采集前端包括采集磁场分布特征信息和加速度角速度信息的数据采集模块、用于存储和预处理数据的存储控制模块和用于数据发送的数据发送模块；数据处理服务终端包括与数据采集前端通信的接收模块、数据处理模块、本地服务器数据库以及位置信息和运动信息的实时显示模块。本发明的***定位原理简单，本发明利用被定位目标所处的空间磁场环境特征参数进行数据库记录和匹配以及实时运动惯性参数解算，实现了卫星信号无法完全覆盖或者覆盖范围信号差的室内区域定位。

Description

磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪方法及实现***
技术领域
本发明属于室内定位领域，特别是涉及磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪方法及实现***。
背景技术
目前，无论是GPS还是北斗定位***在大部分情况下无法直接对现代居住环境尤其是室内环境中的目标进行定位，其主要原应是卫星定位的信号波长无法穿透建筑障碍物，并且民用级别的GPS定位精度在10米范围内，无法满足室内定位环境范围小要求精度高的需求。常见的手机内置GPS定位在拔掉手机卡后也是无法定位的，手机的网络定位也是基于基站或者网络IP定位的。同时，利用室内不可见光定位和室内WiFi定位，前者受光照信号影响较大，后者对稍远距离障碍物的穿透性极差，容易受到环境中复杂的光信号和声波信号干扰。我们常用的百度地图或者高德地图，在不联网和不下载本地离线地图包也是无法对室内手机GPS目标定位的，其离线数据包是基于庞大儿复杂的大数据和手机的有源GPS信号实现的。以上这些定位***都属于有源定位，并且存在精度不高、技术原理复杂、设备架构大、不适合信号差、小范围定位的问题。
发明内容
针对传统定位方式中对于室内定位应用中存在的信号覆盖范围差，技术原理复杂，设备架构大，成本高等问题，本发明提供了磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪方法及实现***,用以对室内卫星定位信号差的环境中目标的定位跟踪位移监测轨迹追踪，是一种不同于传统有源定位方式的无源定位***，设备体积小，***架构简单，定位效果好，精度高，能够满足一般的室内定位需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪方法，包括下述步骤：
a.建立室内磁场特征分布数据库；
b.数据采集模块采集被定位目标的运动加速度角速度和其处在区域的磁场分布参数；
c.存储控制模块对上述运动加速度角速度参数和其处在区域的磁场分布参数进行存储和预处理；
d.数据发送模块将存储和预处理后的数据发送至接收模块；
e.接收模块接收来自数据发送模块的存储和预处理的数据，并传输至数据处理模块；
f.数据处理模块将存储和预处理的数据与室内磁场特征分布数据库进行数据处理，得出定位信息运动数据并传输至实时显示模块；
g.实时显示模块将上述定位信息运动数据显示；
所述数据处理包括数据匹配、运动状态解算和范围梯度变化比较；
如果一次匹配成功即可得到该被定位目标的位置信息，如果一次匹配不成功，即数据库中对该位置区域的磁场分布特征参数数据记录由于某种原因改变，但是被定位目标运动时在该位置前后的磁场分布特征参数依然可以匹配，数据处理***将会对该位置定位信息与周围数据库定位信息进行梯度算法比较，从而得出该目标的定位信息，并且更新该点位置的数据库记录，同时，数据处理***对经过卡尔曼滤波后的目标运动加速度和角速度数据解算得到被定位目标的运动状态信息，这些信息和定位信息一起显示在显示模块界面。
本发明还公开磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪***，用于实现上述方法，包括数据采集前端和数据处理服务器后端；
所述数据采集前端包括采集磁场分布特征信息和加速度角速度信息的数据采集模块、用于存储和预处理数据的存储控制模块和用于数据发送的数据发送模块；
所述数据处理服务终端包括与所述数据采集前端通信的接收模块、数据处理模块、本地服务器数据库以及位置信息和运动信息的实时显示模块。
具体地说，所述数据采集模块为传感器模块。
具体地说，所述传感器模块为多轴传感器。
具体地说，所述数据发送模块为无线发送模块。
与现有技术相比本发明的有益效果在于：
1.本发明提供了磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪***，定位原理简单，本发明利用被定位目标所处的空间磁场环境特征参数进行数据库记录和匹配以及实时运动惯性参数解算，实现了卫星信号无法完全覆盖或者覆盖范围信号差的室内区域定位；
2.与超声波、激光定位方式相比，本发明所用的定位信号的主要来源是地磁场，相对来说，地磁场分布特征在室内环境是稳定的，利用地磁参数环境定位，可靠性强，不易受其他环境参数干扰；
3.本发明体积小，成本低，设备架构简单，具有自主更新数据库和自动匹配定位的能力，发明的数据采集部分体积大小仅仅与GPS定位天线的大小相当，采用了不受建筑障碍物干扰通的无线回传通讯方式，信号可靠，同时任何被定位目标采集的磁场分布数据都会对原来数据库该位置点更新，确保了数据库有效，准确。
4.本发明还提供了磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪方法，利用该方法可以实现精准的室内定位、运动追踪。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的***整体结构框图；
图2为本发明的***硬件框图；
图3为本发明的方法中的信息采集更新流程图；
图4为本发明的工作流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图4所示，磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪方法，包括下述步骤：
a.建立室内磁场特征分布数据库；
b.数据采集模块采集被定位目标的运动加速度角速度和其处在区域的磁场分布参数；
c.存储控制模块对上述运动加速度角速度参数和其处在区域的磁场分布参数进行存储和预处理；
d.数据发送模块将存储和预处理后的数据发送至接收模块；
e.接收模块接收来自数据发送模块的存储和预处理的数据，并传输至数据处理模块；
f.数据处理模块将存储和预处理的数据与室内磁场特征分布数据库进行数据处理，得出定位信息运动数据并传输至实时显示模块；
g.实时显示模块将上述定位信息运动数据显示；
所述数据处理包括数据匹配、运动状态解算和范围梯度变化比较；
具体方法如下：首先要建立室内磁场特征分布数据库，如果数据库已经建立，那么数据采集前端的传感器将被定位目标处于的磁场分布数据和运动时的加速度和角速度暂存到控制处理器的存储芯片中，同时控制处理器对原始数据进行第一次预处理，经卡尔曼滤波后通过通信模块即数据发送模块和接收模块传输到PC端的软件数据处理***，数据处理***对新磁场特征数据和服务器中的数据库匹配，如果一次匹配成功即可得到该被定位目标的位置信息，如果一次匹配不成功，即数据库中对该位置区域的磁场分布特征参数数据记录由于某种原因改变，但是被定位目标运动时在该位置前后的磁场分布特征参数依然可以匹配，数据处理***将会对该位置定位信息与周围数据库定位信息进行梯度算法比较，从而得出该目标的定位信息，并且更新该点位置的数据库记录，同时，数据处理***对经过卡尔曼滤波后的目标运动加速度和角速度数据解算得到被定位目标的运动状态信息，这些信息和定位信息一起显示在显示模块界面。
如图1所示，本发明还公开磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪***，用于实现上述方法，包括数据采集前端和数据处理服务器后端；
所述数据采集前端包括采集磁场分布特征信息和加速度角速度信息的数据采集模块、用于存储和预处理数据的存储控制模块和用于数据发送的数据发送模块；
所述数据处理服务终端包括与所述数据采集前端通信的接收模块、数据处理模块、本地服务器数据库以及位置信息和运动信息的实时显示模块。
所述数据采集模块为传感器模块。
所述传感器模块为多轴传感器。
所述数据发送模块为无线发送模块。
如图2所示本***的数据采集前端电路主要由4部分构成：锂电池电源电路，ICM20948传感器以及其驱动电路，MCU控制器电路，SX1278无线发射器电路；锂电池输入电压为6V-8.4V，前端各模块工作电压为5V。数据处理服务器后端的数据接收模块电路采用电脑USB供电，数据处理模块，数据库和显示模块是基于PC的上位机软件。
如图3中，详细说明了***初次运作的数据库信息采集方式。
本地服务器数据库的首次建立时，将室内环境平面按照上图所示50厘米乘50厘米的实线网格的方式进行单元划分，按照图示虚线路径分别在每个方格内进行数据采集并建立初始数据库。当被定位目标处于该环境中时，数据处理模块通过将新数据与已有的数据库比较匹配得到当前目标在环境中的位置。当环境中局部地磁信息发生改变即被定位目标运动到该区域时，数据处理模块采用范围梯度变化比较算法来匹配当前变化的位置信息，并对当前该变化区域的磁场分布特征信息进行更新录入磁图数据库。
为了增加本***的适用性将数据采集前端置于一个长宽高分别为5.5厘米、4.5厘米2.5厘米的塑料立方体防水保护壳中，外壳用来保护采集装置的核心电路板。该装置可以很好的嵌入被定位目标；
同时将数据处理服务终端的接收模块电路板封装在长宽高分别为4厘米、 2厘米、2厘米的立方体保护壳中，通过USB接口直插PC电脑端，安装起来非常方便。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进、部件拆分或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪方法，其特征在于，包括下述步骤：
a.建立室内磁场特征分布数据库；
b.数据采集模块采集被定位目标的运动加速度角速度和其处在区域的磁场分布参数；
c.存储控制模块对上述运动加速度角速度参数和其处在区域的磁场分布参数进行存储和预处理；
d.数据发送模块将存储和预处理后的数据发送至接收模块；
e.接收模块接收来自数据发送模块的存储和预处理的数据，并传输至数据处理模块；
f.数据处理模块将存储和预处理的数据与室内磁场特征分布数据库进行数据处理，得出定位信息运动数据并传输至实时显示模块；
g.实时显示模块将上述定位信息运动数据显示；
所述数据处理包括数据匹配、运动状态解算和范围梯度变化比较；
如果一次匹配成功即可得到该被定位目标的位置信息，如果一次匹配不成功，即数据库中对该位置区域的磁场分布特征参数数据记录由于某种原因改变，但是被定位目标运动时在该位置前后的磁场分布特征参数依然可以匹配，数据处理模块将会对该位置定位信息与周围数据库定位信息进行范围梯度变化比较，从而得出该目标的定位信息，并且更新该位置的数据库记录，同时，数据处理模块对经过卡尔曼滤波后的目标运动加速度和角速度数据解算得到被定位目标的运动状态信息，这些信息和定位信息一起显示在显示模块界面。
2.磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪***，用于实现权利要求1中的方法，其特征在于，包括数据采集前端和数据处理服务器后端；
所述数据采集前端包括采集磁场分布特征信息和加速度角速度信息的数据采集模块、用于存储和预处理数据的存储控制模块和用于数据发送的数据发送模块；
所述数据处理服务器后端包括与所述数据采集前端通信的接收模块、数据处理模块、本地服务器数据库以及位置信息和运动信息的实时显示模块。
3.根据权利要求2所述的磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪***，其特征在于，所述数据采集模块为传感器模块。
4.根据权利要求3所述的磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪***，其特征在于，所述传感器模块为多轴传感器。
5.根据权利要求2所述的磁场和惯性复合的室内定位与运动追踪***，其特征在于，所述数据发送模块为无线发送模块。
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CN116839596B (zh) * 2023-09-01 2023-11-14 矽佳半导体(嘉兴)有限公司 一种基于数据分析的智能追踪定位***

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105043387A (zh) * 2015-06-26 2015-11-11 武汉科技大学 基于惯导辅助地磁的个人室内定位***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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