专利名称：一种反射式室内定位的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络和定位导航技术领域，具体涉及了ー种反射式室内定位的方法及系统。
背景技术：
关于定位系统，在生活中应用广泛的是GPS全球定位系统，该系统能在全球范围内提供精度为数米的定位服务，然而在室内环境下GPS信号受到建筑物的影响，信号严重衰减，定位精度变差，甚至不能进行定位服务，并且室内环境中的人、物体等目标一般为米级大�。匀籊PS的定位精度不能满足要求，为了能够更好的区分物体，估计位置，需要定位系统提供更高的定位精度，而无线传感器网络定位技术恰好能满足高精度的定位需求。在传感器网络中，位置信息对传感器网络的检测活动至关重要，事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测消息中所包含的重要信息，这是进一步采取措施和做出决策的基础。无线传感器网络定位技术在环境监测、机器人导航、火灾救援、跟踪系统等领域都有非常重要的地位，尤其是家庭服务机器人领域，人们需要ー种应用于室内的、能够对自身物理位置进行精确定位的系统。在室内定位系统中，人们常常使用超声波信号，利用超声波信号的到达时间来估算位置的原理在麻省理工大学的Cricket系统和中国发明专利一种跟踪多移动目标的室内精确定位方法和自治超声波室内定位系统、装置和方法中均有类似应用。麻省理工大学的Cricket系统中，包含若干不相连接的超声波定位信标发射机，每个超声波定位信标发射机都包含射频和超声波发射器。其工作方式采用了被动检测方式，在工作期间，各个射频发射器如果侦听到清楚的射频频道就同时发射射频和超声波信号，被动检测接收机首先将接收到的射频信号用干与各个超声波定位信标发射机建立同步，然后接收超声波信号，从而使用TDOA(到达时间差)方式来測量其自身与发射机之间的距离，当接收到多于3个TDOA样本时接收机就可以估算其自身位置。但是，其各个信标发射机要根据其协调机制不断发射超声波射频信号，増加了系统功耗；被动检测接收机一次只能与ー个信标进行TDOA测距，完成定位至少需要三次TDOA测距，増加了系统完成一次定位的时间，减小了系统定位频率；对于放在移动物体上的接收机，与不同信标发射机进行TDOA测距，其位置可能发生移动，导致移动目标距离样本不同歩，从而导致对动态目标的定位精度变差。在一种跟踪多移动目标的室内精确定位方法中，同样利用射频和超声波的TDOA测距原理，采用徽章主动发射方式，通过位置计算单元实现了对多个移动徽章的跟踪，但其中描述徽章不能获得自身的位置信息，不能实现自定位功能，其结构图见图I。自治超声波室内定位系统、装置和方法描述了ー种自治超声波室内定位系统，与Cricket系统相似，采用了被动接收同步信号和超声波信号的方法，其中定位信标发射装置被配置为在发射包括同步信息的信号之后按照预定顺序以预定时间间隔轮发多个超声波信号，其中发射超声波信号的装置为信标发射装置上的多个不同位置的超声波发射器；定位信标接收装置被配置为在检测到同步信息之后执行与定位信标发射装置的时间同步，基于所获得的同步时间来确定接收到的各个超声波信号的发射顺，根据发射顺序来推断所接收的各个超声波信号的发射时间，使用所接收到的各个超声波信号的发射时间和接收时间来计算其相对应的TDOA信息，基于定位信标发射装置中的各个超声波发射器的位置和所计算得到的TDOA信息序列来确定定位信标接收装置自己的位置，但其信标定位发射装置包括多个在不同位置部署的超声波发射器，増加了系统的复杂度和部署难度；与Cricket系统类似，在对移动目标定位时会増大定位误差，其系统结构图见图2。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供ー种反射式室内定位的方法及系统，以达到结构简单、信标装置部署密度低、方便实现信标装置自部署、计算量小、精度高等目的。一种反射式室内定位的方法，该方法包括以下步骤
步骤I :启动放置在室内地面的信标装置，各个信标装置内部的温度传感器�？榻形露葴y量，并立即进入射频信号接收状态；步骤2 :待定位目标装置的通信�？榻邮盏狡渌拗髯爸玫亩ㄎ磺肭蠛螅蛐疟曜爸梅⑺蜕淦敌藕藕统ㄐ藕牛渲械纳淦敌藕判瘞〈ㄎ荒勘曜爸玫纳矸荼晔逗怕胄畔ⅲ徊街�3 :信标装置初始化，令定时器记录值为零，并进入实时监测射频信号状态当信标装置接收到射频信号后，立即检测接收到射频信号携帯的身份标识号码信息与待定位目标装置的身份标识号码信息是否相同，若不相同则放弃，返回等待射频接收状态；若相同则进行一次测距；步骤4 :所有信标装置在检测到从待定位目标装置发送经过屋顶反射的超声波信号后，记录超声波到达时间，并将信标装置编号、时间信息和温度信息打包成数据包，根据信标装置编号顺序依次将数据包通过无线通讯的形式发送给数据收集器，其中的温度信息为信标装置在启动时通过信标装置内部温度传感器�？椴饬康玫剑徊街�5 :数据收集器将收到的数据信息传送给位置计算装置，位置计算装置首先根据各个信标装置的温度信息计算出室内的平均温度，然后计算出超声波在空气中的传播速度；根据超声波在空气中的传播速度和各信标装置的时间信息，计算出待定位装置的屋顶平面镜像与各个信标装置的距离；步骤6 :位置计算装置根据事先建立的室内坐标系、信标装置坐标和信标装置的屋顶平面镜像与待定位目标装置的距离，计算出待定位目标装置的屋顶平面镜像点的平面坐标，其与待定位目标装置具有相同的平面坐标，至此完成一次定位。上述方法中步骤5所述的计算出超声波在空气中的传播速度，其计算公式如下V = 331. 5+0. 607T式中V为超声波在空气中的传播速度；
T为室内平均温度；所述的根据超声波在空气中的传播速度和各信标装置测得的时间，计算出待定位装置的屋顶平面镜像与各信标装置的距离，其计算公式如下Di = VXTimi+ ε
式中=Di为各信标装置的屋顶平面镜像与待定位目标装置的距离；Timi为超声波信号从待定位目标装置传播到达各个信标装置的时间；ε为距离补偿因子。本发明的反射式室 内定位方法的系统，包括宿主装置、位置计算装置和移动装置，还包括信标装置、待定位目标装置和数据收集器，其中信标装置用于接收射频信号和经屋顶平面发射的超声波信号，通过信标装置内部的处理器測量超声波信号从待定位目标装置传播到信标装置的到达时间，并将上述时间信息、信标装置内部温度传感器�？椴饬康奈露刃畔⒑托疟曜爸帽嗪判畔⒋虬墒莅⑺透菔占鳎淮ㄎ荒勘曜爸糜糜诮邮账拗髯爸梅⒊龅亩ㄎ幻睿蛐疟曜爸梅⑺蜕淦敌藕藕统ㄐ藕牛皇菔占饔糜诮邮沾有疟曜爸梅⒊龅纳淦敌藕牛⒔鲜錾淦敌藕欧⑺透�
置计算装置。所述的信标装置包括温度传感器�？�、超声波接收�？�、信标装置的处理器�？楹托疟曜爸玫纳淦的？椋渲形露却衅髂？橛糜诓饬炕肪澄露龋⒔露刃畔⒋莞疟曜爸媚诓康拇砥髂？椋怀ń邮漳？橛糜诮邮沾哟ㄎ荒勘曜爸梅⑺偷木荻テ矫娣⑸涑ㄐ藕牛⒔ㄐ藕糯莞疟曜爸媚诓康拇砥髂？椋恍疟曜爸玫拇砥髂？橛糜诓饬看哟ㄎ荒勘曜爸梅⑺偷某ùサ酱镄疟曜爸玫氖奔洌⒔鲜鍪奔湫畔�、温度传感器�？椴饬康奈露刃畔⒑托疟曜爸玫慕诘惚嗪判畔⒋虬墒莅莞淦的？椋恍疟曜爸玫纳淦的？橛糜诮邮蘸头⑺蜕淦敌藕牛邮沾哟ㄎ荒勘曜爸梅⑺偷纳淦敌藕牛⒔淦敌藕糯莞疟曜爸媚诓康拇砥髂？椋唤奔湫畔ⅰ⑽露却衅髂？椴饬康奈露刃畔⒑托疟曜爸帽嗪判畔⒌氖莅⑺透菔占�。所述的待定位目标装置包括待定位目标装置的射频�？�、超声波发射�？�、待定位目标装置的通信模块和待定位目标装置的处理器�？椋渲写ㄎ荒勘曜爸玫纳淦的？橛糜诜⑺蜕淦敌藕牛猩矸荼晔逗怕胄畔⒌纳淦敌藕欧⑺透疟曜爸茫怀ǚ⑸淠？橛糜诜⑺统ㄐ藕胖列疟曜爸茫淮ㄎ荒勘曜爸玫耐ㄐ拍？橛糜谑迪执ㄎ荒勘曜爸玫拇砥髂？橛胨拗髯爸玫耐ㄐ牛淮ㄎ荒勘曜爸玫拇砥髂？橛糜诮邮账拗髯爸枚ㄎ幻睿豢刂粕淦的？榉⑺蜕淦敌藕牛豢刂瞥？榉⑺统ㄐ藕�。所述的数据收集器包括数据收集器的射频�？�、数据收集器的通信模块和数据收集器的处理器�？椋渲惺菔占鞯纳淦的？橛糜诮邮沾有疟曜爸梅⑺偷陌莅纳淦敌藕牛⒔淦敌藕糯莞菔占髂诓看砥髂？椋皇菔占鞯耐ㄐ拍？橛糜谑迪执砥髂？橛胛恢眉扑阕爸玫耐ㄐ牛�
数据收集器的处理器�？榻邮招疟曜爸檬莅奔湫畔�、温度信息和信标装置的节点编号信息发送给位置计算装置。本发明的优点本发明ー种反射式室内定位的方法及系统，其中，信标装置放置在地面位置，便于实现信标装置部署，可通过移动机器人等装置实现自部署；超声波信号经过平面屋顶的反射后到达信标装置，超声波信号在地面的作用范围扩大一倍，减小了信标装置的部署密度；数据传输均通过无线形式，信标装置可以独立工作，系统耦合性弱，便于部署；通过对信号的身份标识号码(ID)进行识别，増加了系统的抗干扰能力；该系统定位精度高，平均定位误差小于5cm ;该系统定位速度快，具有较高的定位频率；信标装置和待定位目标装置结构简单，体积�。奖惆沧昂托瘞�。
图I为ー种跟踪多移动目标的室内精确定位方法系统结构图；图2为自治超声波室内定位系统、装置和方法系统结构图；图3为本发明一种实施例的系统组成和工作原理不意图；图4为本发明一种实施例的信标装置感知范围原理图；图5为本发明一种实施例的信标装置结构框图；图6为本发明一种实施例的信标装置电源�？榈缏吩硗迹煌�7为本发明一种实施例的信标装置温度传感器模块电路原理图；图8为本发明一种实施例的信标装置处理器�？榈缏吩硗迹煌�9为本发明一种实施例的信标装置超声波接收�？榈缏吩硗迹煌�10为本发明一种实施例的待定位目标装置结构框图；图11为本发明一种实施例的待定位目标装置超声波发射�？榈缏吩硗迹煌�12为本发明一种实施例的待定位目标装置、数据收集器电源�？榈缏吩硗迹煌�13为本发明一种实施例的数据收集器结构框图；图14为本发明一种实施例反射式室内定位的方法的流程图；图15为本发明一种实施例的待定位目标装置的平面屋顶镜像与各信标装置的距离示意图；图16为本发明一种实施例的信标装置工作流程图；图17为本发明一种实施例的待定位目标装置工作流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作进ー步描述。如图3为本发明一种实施例的系统组成和工作原理示意图，该系统包括信标装置、待定位目标装置、宿主装置、移动装置、数据收集器和位置计算装置。其中，宿主装置(可以是手持个人计算机机、嵌入式设备或者移动机器人上的处理器，本实施例中采用的是移动机器人上的处理器)通过数据输出端将定位命令传递给的待定位目标装置数据输入 端，所述的宿主装置安装在移动装置的一端，待定位目标装置安装在移动装置的另一端。待定位目标装置向信标装置发送射频信号和超声波信号，所述的超声波信号由室内屋顶平面反射后，传递给信标装置，信标装置放置在室内地面(放置位置没有具体要求)，其位置已事先测量获得，并将信标装置的坐标数据保存在位置计算装置(可以是手持个人计算机或者嵌入式计算机，本实施例中计算装置采用嵌入式计算机)建立的坐标系中。数据收集器通过数据输出端将收集到的信标装置的信息传递给位置计算装置的数据输入端。在本发明实施例中，为了使待定位目标装置获得准确的位置信息，待定位目标装置需要至少在三个信标装置的感知范围内。射频信号的感知范围一般可以充满整个房间，故其感知范围可忽略不计，而超声波信号一般具有一定的作用角度，超声波信号经过屋顶反射后其作用半径扩大一倍，具体部署方法随信标装置的位置不同而不同。图4为本发明实施例的信标装置感知范围原理图，相对信标装置放置在天花板的情况而言，超声波传感器的感知半径扩大一倍，部署密度大大降低。例如对于同一块待定位面积，如果信标装置在天花板上，定位系统需要100个信标装置，则本实施例的信标装置放置在地面只需要25个即可满足要求。由于待定位目标装置放置在地面，部署方便，且容易实现信标装置的动态部署，尤其适合移动机器人在未知区域动态部署定位网络。图5为本发明一种实施例的信标装置结构框图，本实施例中信标装置处理器模 块503中的处理器采用了 TI公司的CC2430型芯片。由于CC2430芯片内嵌ー个高性能的2. 4GHz直接序列扩频(DSSS)射频收发器核心，故在本实施例中不再需要単独的射频�？�504 ;本实施例超声波接收�？�505的超声波接收电路采用了 SONY公司的CX20106A型红外线接收电路专用集成芯片，处理器Pl_5引脚连接超声波接收电路的输出端；本实施例温度传感器模块502采用DALLAS公司生产的DS18B20型ー线制数字温度传感器，处理器Pl_4引脚连接温度传感器�？�502的输出端；电源�？�501采用美国国家半导体公司的LM7805电源稳压芯片、美国国家半导体公司的LM1117电源稳压芯片，并采用7. 2V锂电池或5节I. 5V电池，通过3. 3V电压输出端为信标装置的处理器�？�503、温度传感器�？�502提供工作电压，通过5V电压输出端为超声波接收�？�505提供工作电压。图6为本发明一种实施例的信标装置电源�？�501电路原理图，本实施例采用
7.2V锂电池输入电源，首先通过电容进行滤波，再通过LM7805电源稳压芯片输出稳定的5V电压。5V电源其中一路输出给超声波接收模块505中的CX20106A芯片，另一路通过LMl 117电源稳压芯片输出稳定的3. 3V电压,为信标装置的处理器模块503和温度传感器�？�502提供工作电压。图7为本实施例信标装置温度传感器模块502电路原理图。该温度传感器通过低温度系数晶振和高温度系数晶振的计数比较获得測量温度，并通过斜率累加器补偿和修正测温过程中的非线性，最終通过简单的一线制数据传输协议输出測量温度，将上述測量温度通过温度传感器�？�502的输出端输出给处理器CC2430芯片的Pl_4引脚。图8本发明一种实施例的信标装置处理器�？�503电路原理图,本实施例中处理器采用了 TI公司的CC2430芯片；通过处理器内部的16位定时器測量超声波信号的到达时间，并将上述时间信息、DS18B20测量的温度信息和信标装置的编号信息(例三个信标装置编号信息则分别为I号、2号、3号)打包成数据包，并传递给射频�？�。所述射频�？榻邮招藕诺墓ぷ髟砦邮盏缴淦敌藕藕螅砥髂诓康牡驮肷糯笃鞣糯螅⑶医盏降耐嘈藕藕驼幌辔恍藕沤灯底晃衅敌藕牛说舨杏嘣谥衅敌藕胖械腎/Q(同相正交)信号后，放大中频信号，然后通过ADC(模数变换器)数字化、自动增益控制、信道的过滤、解扩频、符号相关和字节同步处理，并且置位帧开始界定符，处理器可以通过帧开始界定符判断是否接收到射频信号。处理器�？�503内部CC2430芯片将收到的数据缓冲存入128字节的RX FIFO(接收先入先出)队列，用户通过处理器内部的特殊功能寄存器来读取RX FIFO队列中的数据，完成射频信号检测及数据的接收。射频信号同样由处理器�？�503内部的CC2430芯片内的射频�？榉⒊觯涔ぷ髟砦荽娣旁�128字节的TX FIFO(发送先入先出)之中，要发送的帧引导序列和帧开始界定符由处理器�？�503内部CC2430芯片内的射频�？樽远扛龇攀褂肐EEE (电气和电子工程师协会)802. 15. 4扩展序列扩展为32位码片序列，输出到处理器内部DAC中，经过DAC转换的信号，通过射频�？槟诓磕Ｄ獾屯瞬ㄆ魉偷缴淦的？槟诓�90° I/Q相移升频转换混频器，最后射频信号通过射频�？槟诓抗β史糯笃骼∷偷教煜呓浞⑺统鋈�。图9为本发明一种实施例的信标装置超声波接收�？�505电路原理图，处理器通过Pl_5引脚接收来自超声波接收�？�505的信号。超声波接收�？�505中的超声波接收探头采用了订制的大角度超声波接收探头，其中心谐振频率为40±2. OKHz，发射声压大 于105dB，接收灵敏度大于-74dB，发射波束角为60°，工作温度为-40 +80°C，工作电压为300 500VP-P。为了增加系统的稳定性，本实施例超声波接收电路采用了 SONY公司的CX20106A型红外线接收电路专用集成芯片，信号通过芯片内部的前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路后，将信号传递给处理器CC2430芯片。图10为本实施例的待定位目标装置结构框图，待定位目标装置的处理器�？�1003中的处理器同样采用了 TI公司的CC2430型芯片，内嵌ー个高性能的2. 4GHz射频收发器核心，使用其内嵌射频�？槿〈鷧g独的射频�？椋淮送猓ü砥鰿C2430型芯片内部的UART(通用异步接收/发送装置)实现与宿主装置的命令通信，取代単独的通信�？�1005 ;处理器CC2430芯片通过Pl_4引脚向超声波发射�？�1001发送信号；计算装置为电源�？�1002提供5V电源，电源模块1002采用LMl117稳压芯片，3. 3V输出端给处理器CC2430芯片提供稳定的3. 3V工作电压，计算装置为超声发射�？�1001提供5V工作电压。本实施例的待定位目标装置的处理器�？�1003与信标装置中的处理器模块503一祥，均采用了 TI公司的CC2430芯片；通过处理器CC2430芯片的Pl_4 ロ控制超声波发射�？�1001发送超声波信号；通过处理器内部的UART (通用异步接收/发送装置)实现与宿主装置的命令通信，取代単独的通信�？�1005 ;通过控制射频�？橄蛐疟曜爸梅⑺蜕淦敌藕牛涔ぷ髟碛胄疟曜爸弥械拇砥髂？�503 —致，在此不再复述。图11为本发明一种实施例的待定位目标装置超声波发射模块1001电路原理图。处理器CC2430芯片通过Pl_5引脚控制超声波发射模块1001发射超声波信号。超声波发射�？�1001同样采用了订制的大角度超声波发射探头，其中心谐振频率为40±2. OKHz，发射声压大于105dB，接收灵敏度大于_74dB，发射波束角为60°，工作温度为-40 +80°C，工作电压为300 500VP-P。处理器CC2430芯片产生20个周期的40KHz方波脉冲，通过Pl_4引脚发送给超声波发射�？�1001，方波脉冲信号送入超声波发射�？�1001电路中三极管基板，然后将其脉冲信号加到超声波发射模块1001内部的高频升压变压器进行电压信号的放大，使电压幅值增加到300V，高频升压变压器的次级线圈与发射器构成谐振回路，从而使发射器发出超声波信号。该电路提高了超声波发射传感器的瞬间发射功率，且有较低的系统功耗。
图12为本发明一种实施例的待定位目标装置、数据收集器电源�？榈缏吩硗�。由于电源�？�1002与宿主装置配合使用，所以可从宿主装置获得5V电源，待定位装置的电源电路输入的5V电源首先通过电容滤波，再通过LMl117稳压芯片输出给处理器CC2430芯片稳定的3. 3V工作电压。宿主装置为超声波发射�？�1001提供5V工作电压。图13为本发明一种实施例的数据收集器结构框图。数据收集器内部处理器�？�1302中的处理器同样采用了 TI公司的CC2430型芯片，此外，通过处理器CC2430型芯片内部的UART (通用异步接收/发送装置)实现与位置计算装置的数据通信，取代単独的通信�？�1304 ;处理器CC2430芯片通过Pl_4引脚向超声波发射�？�1303发送信号；位置计算装置为电源�？�1301提供5V电源，电源�？�1301采用LMl117稳压芯片，3. 3V输出端给处理器CC2430芯片提供稳定的3. 3V工作电压。本实施例的数据收集器内部的处理器�？�1302与信标装置中的处理器�？�503一祥，均采用了 TI公司的CC2430芯片；通过控制射频�？榻邮沾有疟曜爸梅⑺偷纳淦敌� 号，其工作原理与信标装置中的处理器�？�503 —致，在此不再复述。数据收集器内部的电源模块1301工作原理与待定位目标装置内部电源�？�1002工作原理相同，在此不再复述。图14为本发明一种实施例反射式室内定位的方法的流程图，该方法利用超声波和射频技术并基于由信标装置、待定位目标装置、宿主装置、移动装置、数据收集器和位置计算装置所构成的系统以实现对室内移动装置的自定位，包括以下步骤步骤I :启动放置在室内地面的信标装置，各个信标装置内部的温度传感器�？榻形露葴y量，并立即进入射频信号接收状态；步骤2 :待定位目标装置的通信�？榻邮盏狡渌拗髯爸玫亩ㄎ磺肭蠛螅蛐疟曜爸梅⑺蜕淦敌藕藕统ㄐ藕牛渲械纳淦敌藕判瘞〈ㄎ荒勘曜爸玫纳矸荼晔逗怕胄畔ⅲ徊街�3 :信标装置初始化，令定时器记录值为零，并进入实时监测射频信号状态当信标装置接收到射频信号后，立即检测接收到射频信号携帯的身份标识号码信息与待定位目标装置的身份标识号码信息是否相同，若不相同则放弃，返回等待射频接收状态；若相同则进行一次测距；步骤4 :所有信标装置在检测到从待定位目标装置发送经过屋顶反射的超声波信号后，记录超声波到达时间，并将信标装置编号、时间信息和温度信息打包成数据包，根据信标装置编号顺序依次将数据包通过无线通讯的形式发送给数据收集器，其中的温度信息为信标装置在启动时通过信标装置内部温度传感器�？椴饬康玫剑徊街�5 :数据收集器将收到的数据信息传送给位置计算装置，位置计算装置首先根据各个信标装置的温度信息计算出室内的平均温度，然后计算出超声波在空气中的传播速度；根据超声波在空气中的传播速度和各信标装置的时间信息，计算出待定位装置的屋顶平面镜像与各个信标装置的距离；步骤6 :位置计算装置根据事先建立的室内坐标系、信标装置坐标和信标装置的屋顶平面镜像与待定位目标装置的距离，计算出待定位目标装置的屋顶平面镜像点的平面坐标，其与待定位目标装置具有相同的平面坐标，至此完成一次定位。在本实施例中，数据收集器将收集到的数据包发送给位置计算装置，位置计算装置获得的第i个信标装置所测量的环境温度Ti,通过对各个信标的測量温度求均值，获得环境平均温度T。具体计算公式如公式(I)，η为收到的信标装置数据的信标装置个数，
权利要求
1.一种反射式室内定位的方法，其特征在于该方法包括以下步骤 步骤I :启动放置在室内地面的信标装置，各个信标装置内部的温度传感器�？榻形露炔饬浚⒘⒓唇肷淦敌藕沤邮兆刺� 步骤2 :待定位目标装置的通信�？榻邮盏狡渌拗髯爸玫亩ㄎ磺肭蠛螅蛐疟曜爸梅⑺蜕淦敌藕藕统ㄐ藕牛渲械纳淦敌藕判ㄎ荒勘曜爸玫纳矸荼晔逗怕胄畔ⅲ徊街�3 :信标装置初始化，令定时器记录值为零，并进入实时监测射频信号状态当信标装置接收到射频信号后，立即检测接收到射频信号携带的身份标识号码信息与待定位目标装置的身份标识号码信息是否相同，若不相同则放弃，返回等待射频接收状态；若相同则进行一次测距； 步骤4 :所有信标装置在检测到从待定位目标装置发送经过屋顶反射的超声波信号后，记录超声波到达时间，并将信标装置编号、时间信息和温度信息打包成数据包，根据信标装置编号顺序依次将数据包通过无线通讯的形式发送给数据收集器，其中的温度信息为信标装置在启动时通过信标装置内部温度传感器�？椴饬康玫剑� 步骤5 :数据收集器将收到的数据信息传送给位置计算装置，位置计算装置首先根据各个信标装置的温度信息计算出室内的平均温度，然后计算出超声波在空气中的传播速度；根据超声波在空气中的传播速度和各信标装置的时间信息，计算出待定位装置的屋顶平面镜像与各个信标装置的距离； 步骤6:位置计算装置根据事先建立的室内坐标系、信标装置坐标和信标装置的屋顶平面镜像与待定位目标装置的距离，计算出待定位目标装置的屋顶平面镜像点的平面坐标，其与待定位目标装置具有相同的平面坐标，至此完成一次定位。
2.根据权利要求I所述的反射式室内定位的方法，其特征在于步骤5所述的计算出超声波在空气中的传播速度，其计算公式如下V = 331. 5+0. 607T 式中V为超声波在空气中的传播速度； T为室内平均温度； 所述的根据超声波在空气中的传播速度和各信标装置测得的时间，计算出待定位装置的屋顶平面镜像与各信标装置的距离，其计算公式如下Di = VXTimi+ ε 式中=Di为各信标装置的屋顶平面镜像与待定位目标装置的距离； Timi为超声波信号从待定位目标装置传播到达各个信标装置的时间； ε为距离补偿因子。
3.实现权利要求I所述的反射式室内定位方法的系统，包括宿主装置、位置计算装置和移动装置，其特征在于还包括信标装置、待定位目标装置和数据收集器，其中 信标装置用于接收从待定位目标装置发送的射频信号和经屋顶平面发射的超声波信号，通过信标装置内部的处理器测量超声波信号从待定位目标装置传播到信标装置的到达时间，并将上述时间信息、信标装置内部温度传感器�？椴饬康奈露刃畔⒑托疟曜爸帽嗪判畔⒋虬墒莅⑺透菔占鳎� 待定位目标装置用于接收宿主装置发出的定位命令，并向信标装置发送射频信号和超声波信号；数据收集器用于接收从信标装置发出的射频信号，并将上述射频信号发送给位置计算装置。
4.根据权利要求3所述的反射式室内定位的系统，其特征在于所述的信标装置包括温度传感器�？�、超声波接收�？�、信标装置的处理器�？楹托疟曜爸玫纳淦的？椋渲� 温度传感器�？橛糜诓饬炕肪澄露龋⒔露刃畔⒋莞疟曜爸媚诓康拇砥髂？椋� 超声波接收�？橛糜诮邮沾哟ㄎ荒勘曜爸梅⑺偷木荻テ矫娣⑸涑ㄐ藕牛⒔ㄐ藕糯莞疟曜爸媚诓康拇砥髂？椋� 信标装置的处理器�？橛糜诓饬看哟ㄎ荒勘曜爸梅⑺偷某ùサ酱镄疟曜爸玫氖奔洌⒔鲜鍪奔湫畔�、温度传感器�？椴饬康奈露刃畔⒑托疟曜爸帽嗪判畔⒋虬墒莅莞淦的？椋� 信标装置的射频�？橛糜诮邮蘸头⑺蜕淦敌藕牛邮沾哟ㄎ荒勘曜爸梅⑺偷纳淦敌藕牛⒔淦敌藕糯莞疟曜爸媚诓康拇砥髂？椋唤奔湫畔�、温度传感器�？椴饬康奈露刃畔⒑托疟曜爸帽嗪判畔⒌氖莅⑺透菔占�。
5.根据权利要求3所述的反射式室内定位的系统，其特征在于所述的待定位目标装置包括待定位目标装置的射频模块、超声波发射�？�、待定位目标装置的通信�？楹痛ㄎ荒勘曜爸玫拇砥髂？椋渲� 待定位目标装置的射频�？橛糜诜⑺蜕淦敌藕牛猩矸荼晔逗怕胄畔⒌纳淦敌藕欧⑺透疟曜爸茫� 超声波发射�？橛糜诜⑺统ㄐ藕胖列疟曜爸茫� 待定位目标装置的通信�？橛糜谑迪执ㄎ荒勘曜爸玫拇砥髂？橛胨拗髯爸玫耐ㄐ牛� 待定位目标装置的处理器�？橛糜诮邮账拗髯爸枚ㄎ幻睿豢刂粕淦的？榉⑺蜕淦敌藕牛豢刂瞥？榉⑺统ㄐ藕�。
6.根据权利要求3所述的反射式室内定位的系统，其特征在于所述的数据收集器包括数据收集器的射频�？�、数据收集器的通信模块和数据收集器的处理器�？椋渲� 数据收集器的射频�？橛糜诮邮沾有疟曜爸梅⑺偷陌莅纳淦敌藕牛⒔淦敌藕糯莞菔占髂诓看砥髂？椋� 数据收集器的通信�？橛糜谑迪执砥髂？橛胛恢眉扑阕爸玫耐ㄐ牛� 数据收集器的处理器�？榻邮招疟曜爸檬莅奔湫畔�、温度信息和信标装置编号信息发送给位置计算装置。
全文摘要
一种反射式室内定位的方法及系统，属于无线传感器网络和定位导航技术领域。该系统包括宿主装置、位置计算装置、移动装置、信标装置、待定位目标装置和数据收集器，待定位目标装置发送射频信号和超声波信号，超声波信号经过平面屋顶的反射到达地面放置的信标装置，多个信标装置测量出超声波到达的时间和环境温度，并传输给数据收集器，数据收集器将收到的数据传输给位置计算装置，位置计算装置根据事先建好的室内坐标系计算出待定位目标装置的位置。本发明具有结构简单、信标装置部署密度低、方便实现信标装置自部署、计算量小、精度高等优点。
文档编号G01S5/18GK102662159SQ20121012476
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者刘鹏达, 吴成东, 张云洲, 程龙, 韩泉城 申请人:东北大学
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