CN113064183A - 一种多源融合的定位终端及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多源融合的定位终端及定位方法，其中多源融合的定位终端包括：存储器、中央处理器、芯片集以及无线通讯单元，所述芯片集与所述中央处理器连接，所述中央处理器分别与所述无线通讯单元及存储器连接；所述芯片集包括多种不同类型的定位芯片，用于每隔设定时间获取定位终端的定位信号并将定位信号储存在存储器中，所述中央处理器通过无线通讯单元将存储在存储器中的定位信号发送至定位平台***；所述中央处理器能够根据定位终端接收到的定位信号类型自动切换定位模式并通过与定位信号类型相匹配的定位芯片对定位终端进行定位。

Description

一种多源融合的定位终端及定位方法
技术领域
本发明涉及物体定位技术领域，尤其涉及一种多源融合的定位终端及定位方法。
背景技术
随着社会的进步和科技的发展，信息社会正在从互联网时代向物联网时代发展。在物联网时代，需要通过各种网络技术和信息传感设备，按照约定协议将包括人、机、物在内所有能够被独立标识的物端无处不在地按需求连接起来，进行信息传输和协同交互，以实现对物端的智能化感知、识别、定位、跟踪、监控和管理。在这个过程中，大多数的应用都与位置服务相关联，尤其对于移动物体而言，定位需求更为明显，因此，定位技术逐步渗透社会生活的方方面面，成为人们日常生活和工作中不可或缺的重要应用。
当前市场上Lora、蓝牙AOA、UWB、北斗、GPS等每个定位技术自成体系无法兼容，甚至同一种技术不同厂家也都采用私有协议，捆绑销售，与其他产品无法兼容。另外，定位终端只有一种内置定位芯片，因此，当佩戴定位终端的人车进入不同信号覆盖全域时，一个定位终端只能接收一种定位信号，当物体进入另外一种信号覆盖区域时，无法满足全域定位需求。这给实施带来极大困难，也无法实现各自优势，组合应用。
其次，定位技术可以按照使用场景的不同划分为室内定位和室外定位两大类，因为场景不同，需求也就不同，所以分别采用的定位给技术也不尽相同。目前，室外定位技术已发展比较成熟，主流技术主要有卫星定位和基站定位两种，卫星和基站定位技术基本满足了用户在室外场景中为位置服务的需求。然而，室内定位因为房屋遮挡等因素，信号衰减明显，甚至完全拒止，卫星定位和基站定位无法满足室内场景中导航定位的需要，且室外定位和室内定位还没有构成有机结合。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多源融合的定位终端，能够实现室内外不同场景下无缝精确定位，且佩戴定位终端的人车进入不同的信号覆盖范围不需要更换终端设备，通过同一终端设备满足全域定位需求。
本发明提供的多源融合的定位终端，包括：存储器、中央处理器、芯片集以及无线通讯单元，所述芯片集与所述中央处理器连接，所述中央处理器分别与所述无线通讯单元及存储器连接；
所述芯片集包括多种不同类型的定位芯片，用于每隔设定时间获取定位终端的定位信号并将定位信号储存在存储器中，所述中央处理器通过无线通讯单元将存储在存储器中的定位信号发送至定位平台***；
所述中央处理器能够根据定位终端接收到的定位信号类型自动切换定位模式并通过与定位信号类型相匹配的定位芯片对定位终端进行定位。
进一步，所述定位芯片包括地面基站定位芯片以及卫星定位芯片，所述定位芯片包括地面基站定位芯片和卫星定位芯片，所述地面基站定位芯片包括Lora、蓝牙AOA以及UWB等定位技术所支持的芯片；所述卫星定位芯片包括北斗定位和GPS等定位技术所支持的芯片。
进一步，所述存储器中包括室内外切换算法以及定位算法程序。
进一步，所述定位平台***包括地面基站及空间卫星，所述中央处理器将所述存储器中的定位信号进行变频后发送至定位平台***，定位平台***对定位信号处理后，将定位终端的位置数据进行位置坐标解算，实现定位跟踪。
进一步，所述中央处理器采用多信号最大似然估计、粒子滤波以及差分去噪算法对定位信号进行处理。
进一步，在定位过程中，定位目标呈现结合AStar算法，并通过3D数据建模。
本发明还提供了一种根据上述多源融合的定位终端进行的定位方法，包括以下步骤：
S1：定位终端接收定位信号；
S2：中央处理器通过调度存储器中的室内外切换算法和定位算法程序，选择定位终端所处的定位场景；
S3：定位终端自动选择所处区域覆盖定位信号所对应的定位模式，并通过相匹配的定位芯片获取定位信号并发送至存储器进行储存；
S4：中央处理器将存储器中的定位信号进行变频后，通过无线通讯单元发送至定位平台***；
S5：定位平台***根据信号处理后的目标位置数据进行位置坐标解算，实现定位追踪。
本发明中多源融合的定位终端，通过兼容集成多种不同类型的定位芯片，采用地面基站定位以及空间卫星定位技术，能够有效实现星地结合，以及室内外定位的无缝平滑衔接，使不同定位技术手段的各自优势得到有机组合，极大改善了人车的定位工况，当需要定位的人车进入不同的信号覆盖范围时不需要更换终端设备，通过同一终端即可满足全域的定位需求。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明中多源融合的定位终端的结构示意图；
图2为本发明中定位方法的流程示意图。
具体实施方式
为清楚说明本发明的发明内容，下面结合实施例对本发明进行说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
如图1所示，本发明中的多源融合的定位终端，包括：存储器、中央处理器、芯片集以及无线通讯单元，所述芯片集与所述中央处理器连接，所述中央处理器分别与所述无线通讯单元及存储器连接；
所述芯片集包括多种不同类型的定位芯片，用于每隔设定时间获取定位终端的定位信号并将定位信号储存在存储器中，所述中央处理器通过无线通讯单元将存储在存储器中的定位信号发送至定位平台***；
所述中央处理器能够根据定位终端接收到的定位信号类型自动切换定位模式并通过与定位信号类型相匹配的定位芯片对定位终端进行定位。
当前市场上大多数定位终端只能适配基站发射的一种定位信号，为了在多种定位信号下满足定位需求，目标必须同时佩戴多个标签类型的定位终端，通过本发明中多种不同类型定位芯片集成的芯片集，能够满足定位终端在多种定位信号覆盖范围内的定位需求，通过定位终端存储器所包含的室内外切换算法以及定位算法程序，能够根据实际定位场景自动选择并更换定位芯片，有效实现了定位终端在全域定位信号覆盖下的无缝切换。
基于定位终端能够实现室内外定位模式的切换，定位芯片包括适用于室内定位精度技术要求的芯片以及适用于室外定位精度要求的芯片。其中，适用于室内定位技术的包括Lora、蓝牙AOA、ZigBee以及UWB定位技术；所述适用于室外定位的技术包括Lora、北斗定位以及GPS定位。其精度有厘米级、亚米级、米级，可根据实际场景需求组合应用。
在不同的定位场景中，定位终端能够根据其接收到的定位信号，通过中央处理器调度存储器中的室内外切换算法和定位算法程序，判断定位终端所在区域覆盖定位信号的类型，根据区域覆盖信号类型，定位终端自动切换定位模式并采用与区域覆盖信号匹配的定位芯片来进行定位信号的传输。
在室内外不同定位场景下，定位终端能够满足目标定位精度的要求。具体地，定位场景相应地分为室内定位场景，以及室外定位场景。
室内定位场景中当定位终端进入蓝牙覆盖区域范围时，定位终端通过无线通讯单元接收定位信号并采用蓝牙定位技术通过蓝牙AOA芯片进行定位；当定位终端进入UWB覆盖区域范围时，定位终端通过无线通讯单元接收定位信号并采用UWB定位技术通过UWB定位芯片进行定位，当定位终端进入Lora信号覆盖区域范围时，定位终端通过无线通讯单元接收定位信号并采用Lora定位技术通过Lora芯片进行定位；。
在不同种类定位技术中，Lora定位技术是LPWAN通信技术中的一种，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折中考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的***，进而扩展传感网络。Lora定位技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。
本发明中的Lora定位技术同时能够兼容iBeacon定位技术，iBeacon是一项低耗能蓝牙技术，使用BLE技术向周围发送自己特有的ID，终端设备无接触自动定位接受，反馈信号。iBeacon是基于BLE做的一个简单封装，因此大部分支持BLE的设备都可以兼容，iBeacon的识别范围可以达到数十米，感应范围广而精确。
在室外定位场景中，当定位终端进入卫星信号覆盖区域范围内时，为了满足目标定位精度的要求，定位终端芯片通过无线通讯单元接收定位信号并采用卫星定位技术进行定位。其中，卫星信号包括北斗定位信号以及GPS定位信号，定位终端通过相应的北斗定位芯片以及GPS定位芯片进行定位。
本发明中的定位平台***包括地面基站以及空间卫星，当定位目标进入不同的信号覆盖全域时，定位目标终端接收基站发射的定位信号，通过中央处理器调度存储器中的室内外切换算法和定位算法程序，判断定位目标所在区域覆盖定位信号的类型，根据区域覆盖信号，定位终端自动切换定位模式并采用与区域覆盖信号匹配的芯片定位技术。
中央处理器中包括定位引擎，定位引擎采用多信号最大似然估计、粒子滤波以及差分去噪等算法对定位信号进行处理，抑制了无线定位受环境干扰带来的定位波动大的难题，提升了定位精度，实现不同场景下物体定位。
地面基站和空间卫星发送不同频率的定位信号，定位终端接收定位信号，并将接收到的定位信号发送至定位终端中的存储器，同时，中央处理器将定位信号变频，变频后的定位信号通过无线通讯单元返回至定位平台***，定位平台***接收变频后的返回信号并对定位信号进行处理，并且根据信号处理后目标位置数据进行位置坐标解算，实现定位跟踪。
在定位过程中，定位目标呈现结合AStar算法，并通过3D数据建模。地图数据轻量化，支持海量数据加载，支持2.5D，三维建模、倾斜摄影等多种地图效果。
通过本发明中多源融合的定位终端，解决了在一个标签上无法兼容不同定位技术的现实问题，能够有效集成兼容Lora、蓝牙、北斗、GPS各种定位技术，实现星地融合，无缝平滑衔接，使得室内人员定位、室外人员定位、车辆定位各自优势的不同定位技术手段组合得以实现，并且使各种定位技术得到有机结合。
需要重点指出，本发明中的定位终端同时支持Lora+iBeacon，蓝牙AOA，北斗导航，GPS等，进入不同的信号覆盖范围不需要更换终端设备，通过同一定位设备即可实现全域定位。
实施例2
参见图2，本发明还提供了一种基于多源融合的定位终端进行的定位方法，具体包括以下步骤：
S1：定位终端接收定位信号并将定位信号存储在存储器中；
S2：中央处理器通过判断存储器中定位信号的类型，调度存储器中的室内外切换算法和定位算法程序，选择定位终端所处的定位场景；
具体地，当定位终端由室外转到室内，或者由室内转到室外时，需要同时调度室内外切换算法以及定位算法程序，并选择定位终端当前所处的定位场景。
S3：定位终端自动选择所处区域覆盖定位信号所对应的定位模式，并通过相匹配的定位芯片获取定位信号并发送至存储器进行储存；
定位模式具体包括Lora定位模式、蓝牙定位模式、UWB定位模式、北斗定位模式以及GPS定位模式，通过相对应的Lora芯片、蓝牙AOA芯片、UWB定位芯片、北斗定位芯片以及GPS定位芯片接收当前定位模式下的定位信号，并将定位信号实时发送至存储器中。
S4：定位终端的定位信号在向定位平台***发送之前，需要通过中央处理器进行变频，然后将变频后的定位信号通过无线通讯单元发送至定位平台***。
S5：定位平台***根据信号处理后的目标位置数据进行位置坐标解算，实现定位追踪。
通过本发明中的定位方法，有效兼容了Lora、iBeacon、蓝牙、UWB、北斗以及GPS各种定位技术，采用地面基站定位和空间卫星定位技术手段，实现星地融合，无缝平滑衔接，使得室内人员定位、室外人员定位、车辆定位各自优势的不同定位技术手段组合得以实现。
当定位终端进入不同信号覆盖区域范围内时，终端通过内置芯片接收定位信号并判断定位信号类型，根据信号类型自动选择切换目标所在当前区域覆盖信号对应的定位技术，实现室内外不同场景下无缝精确定位。
最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多源融合的定位终端，其特征在于，包括：存储器、中央处理器、芯片集以及无线通讯单元，所述芯片集与所述中央处理器连接，所述中央处理器分别与所述无线通讯单元及存储器连接；
所述芯片集包括多种不同类型的定位芯片，用于每隔设定时间获取定位终端的定位信号并将定位信号储存在存储器中，所述中央处理器通过无线通讯单元将存储在存储器中的定位信号发送至定位平台***；
所述中央处理器能够根据定位终端接收到的定位信号类型自动切换定位模式并通过与定位信号类型相匹配的定位芯片对定位终端进行定位。
2.根据权利要求1所述的定位终端，其特征在于，所述定位芯片包括地面基站定位芯片和卫星定位芯片，所述地面基站定位芯片包括Lora、蓝牙AOA以及UWB定位技术所支持的芯片；所述卫星定位芯片包括北斗定位和GPS定位技术所支持的芯片。
3.根据权利要求1所述的定位终端，其特征在于，所述存储器中包括室内外切换算法以及定位算法程序。
4.根据权利要求1所述的定位终端，其特征在于，所述定位平台***包括地面基站及空间卫星，所述中央处理器将所述存储器中的定位信号进行变频后发送至定位平台***，定位平台***对定位信号处理后，将定位终端的位置数据进行位置坐标解算，实现定位跟踪。
5.根据权利要求1-5中任一项所述的定位终端，其特征在于，所述中央处理器采用多信号最大似然估计、粒子滤波以及差分去噪算法对定位信号进行处理。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的定位终端，其特征在于，在定位过程中，定位目标呈现结合AStar算法，并通过3D数据建模。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的多源融合的定位终端进行的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：定位终端接收定位信号；
S2：中央处理器通过调度存储器中的室内外切换算法和定位算法程序，选择定位终端所处的定位场景；
S3：定位终端自动选择所处区域覆盖定位信号所对应的定位模式，并通过相匹配的定位芯片获取定位信号并发送至存储器进行储存；
S4：中央处理器将存储器中的定位信号进行变频后，通过无线通讯单元发送至定位平台***；
S5：定位平台***根据信号处理后的目标位置数据进行位置坐标解算，实现定位追踪。
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