一种预定空间内的定位系统和方法技术方案

本发明专利技术提出了一种预定空间内的定位系统和方法。至少四个声波信号发射单元，分别布置在预定空间内的不同固定位置处且不位于同一个圆上，分别用于发射声波信号；所述至少四个声波信号发射单元时间同步；被定位设备，位于所述预定空间内且不与所述至少四个声波信号发射单元时间同步，用于接收所述至少四个声波信号发射单元发射的声波信号，分别确定与所述至少四个声波信号发射单元的测量距离，并基于与所述至少四个声波信号发射单元的测量距离计算所述被定位设备在所述预定空间内的相对位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施方式涉及无线通信
，更具体地，涉及一种预定空间内的定位系统和方法。
技术介绍
随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如楼宇、机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。还有，室外小范围如有多栋厂房的工厂、公司，社区，建筑群等，需要确定移动终端或其持有者、设施的位置信息，GPS等定位技术无法精确到某栋具体的建筑。关于室内定位技术，专家学者提出了许多解决方案，如A-GPS定位技术、声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。除了以上提及的定位技术，还有基于计算机视觉、光跟踪定位、基于图像分析、磁场以及信标定位等。此外，还有基于图像分析的定位技术、信标定位、三角定位等。目前很多技术还处于研究试验阶段，如基于磁场压力感应进行定位的技术。以上各种定位技术各有优缺点，但并不意味着这些技术就应该因其优点而全面使用或者因其缺点而被抛弃。无论现有技术中的何种定位手段，都难以在室内楼层之间定位上保持精确度，而且如何同时保持使用的方便性以及成本低廉性，都或多或少存在着缺陷。关于室外小范围的位置信息目前基本都是应用GPS等方法，但GPS无法精确到某栋具体的建筑，有些建筑物GPS可以定位，但建筑物的具体信息，如建筑物的入口、出口、建筑物内部信息、建筑物分布都无法获取。GPS对建筑物信息更新速度非常慢，成本很高，商场、建筑群或者厂房等无法及时更新这些信息。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施方式提出一种预定空间内的定位系统和方法。本专利技术实施方式的技术方案如下：本专利技术提出一种预定空间内的定位系统，包括：至少四个声波信号发射单元，分别布置在预定空间内的不同固定位置处且不位于同一个圆上，分别用于发射声波信号；所述至少四个声波信号发射单元时间同步；被定位设备，位于所述预定空间内且不与所述至少四个声波信号发射单元时间同步，用于接收所述至少四个声波信号发射单元发射的声波信号，分别确定与所述至少四个声波信号发射单元的测量距离，并基于与所述至少四个声波信号发射单元的测量距离计算所述被定位设备在所述预定空间内的相对位置。优选地，所述预定空间为具有多个楼层的室内空间，而且在每一个楼层都分别布置所述定位系统；或所述预定空间为具有一个楼层的室内空间，在该楼层中布置所述定位系统；或所述预定空间为具有多个楼层的室内空间，而且在至少一个楼层中布置所述定位系统；或所述预定空间为一可移动的空间，所述可移动的空间包括下列中的至少一个：地铁、火车、汽车、飞机或轮船。优选地，所述声波信号发射单元为四个；被定位设备具有钟差Vto；被定位设备，用于基于下列公式计算被定位设备在预定空间内的坐标(x、y、z)；还用于基于所述公式计算所述钟差Vto：[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+c(Vt1-Vt0)＝d1；[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+c(Vt2-Vt0)＝d2；[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+c(Vt3-Vt0)＝d3；[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+c(Vt4-Vt0)＝d4；其中：(x、y、z)为被定位设备在预定空间内的坐标；(x1、y1、z1)为第一个声波信号发射单元在预定空间内的坐标；(x2、y2、z2)为第二个声波信号发射单元在预定空间内的坐标；(x3、y3、z3)为第三个声波信号发射单元在预定空间内的坐标；(x4、y4、z4)为第四个声波信号发射单元在预定空间内的坐标；d1为被定位设备与第一个声波信号发射单元的测量距离；d2为被定位设备与第二个声波信号发射单元的测量距离；d3为被定位设备与第三个声波信号发射单元的测量距离；d4为被定位设备与第四个声波信号发射单元的测量距离；Vt1为第一个声波信号发射单元的钟差；Vt2为第二个声波信号发射单元的钟差；Vt3为第三个声波信号发射单元的钟差；Vt4为第四个声波信号发射单元的钟差；C为声波在空气中的传播速度。优选地，还包括：转发信号单元，布置在预定空间内的固定位置处或预定空间外的固定位置处，用于接收GPS定位信号以确定所述转发信号单元的GPS坐标；至少四个声波信号发射单元，用于从转发信号单元接收所述GPS定位信号，并分别基于与转发信号单元的预定位置关系确定各自的GPS坐标；被定位设备，用于基于在所述预定空间内的相对位置以及所述至少四个声波信号发射单元的GPS坐标，确定所述被定位设备的GPS坐标。优选地，所述GPS坐标包括经度、纬度和大地高。优选地，所述被定位设备为具有麦克风的移动终端，所述移动终端包括下列中的至少一个：功能手机、个人数字助理、平板电脑或智能手机。本专利技术还提出一种预定空间内的定位方法，包括：在预定空间内的不同固定位置处且不位于同一个圆上分别布置至少四个声波信号发射单元，所述至少四个声波信号发射单元时间同步；至少四个声波信号发射单元分别发射声波信号；位于所述预定空间内且不与所述至少四个声波信号发射单元时间同步的被定位设备，接收所述至少四个声波信号发射单元发射的声波信号，分别确定与所述至少四个声波信号发射单元的测量距离，并基于与所述至少四个声波信号发射单元的测量距离计算所述被定位设备在所述预定空间内的相对位置。优选地，该方法还包括：在预定空间内的固定位置处或预定空间外的固定位置处布置用于接收GPS定位信号的转发信号单元，从而确定所述转发信号单元的GPS坐标；至少四个声波信号发射单元从转发信号单元接收所述GPS定位信号，并分别基于与转发信号单元的预定位置关系确定各自的GPS坐标；被定位设备基于在所述预定空间内的相对位置以及所述至少四个声波信号发射单元的GPS坐标，确定所述被定位设备的GPS坐标。优选地，所述声波信号发射单元为四个；被定位设备具有钟差Vto；被定位设备基于下列公式计算被定位设备在预定空间内的坐标(x、y、z)；还基于所述公式计算所述钟差Vto；其中：[(x1-x)2+(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预定空间内的定位系统，其特征在于，包括：至少四个声波信号发射单元，分别布置在预定空间内的不同固定位置处且不位于同一个圆上，分别用于发射声波信号；所述至少四个声波信号发射单元时间同步；被定位设备，位于所述预定空间内且不与所述至少四个声波信号发射单元时间同步，用于接收所述至少四个声波信号发射单元发射的声波信号，分别确定与所述至少四个声波信号发射单元的测量距离，并基于与所述至少四个声波信号发射单元的测量距离计算所述被定位设备在所述预定空间内的相对位置。

【技术特征摘要】
2015.12.07 CN 20151088647791.一种预定空间内的定位系统，其特征在于，包括：
至少四个声波信号发射单元，分别布置在预定空间内的不同固定位置处且
不位于同一个圆上，分别用于发射声波信号；所述至少四个声波信号发射单元
时间同步；
被定位设备，位于所述预定空间内且不与所述至少四个声波信号发射单元
时间同步，用于接收所述至少四个声波信号发射单元发射的声波信号，分别确
定与所述至少四个声波信号发射单元的测量距离，并基于与所述至少四个声波
信号发射单元的测量距离计算所述被定位设备在所述预定空间内的相对位置。
2.根据权利要求1所述的预定空间内的定位系统，其特征在于，所述预定
空间为具有多个楼层的室内空间，而且在每一个楼层都分别布置所述定位系统；
或
所述预定空间为具有一个楼层的室内空间，在该楼层中布置所述定位系统；
或
所述预定空间为具有多个楼层的室内空间，而且在至少一个楼层中布置所
述定位系统；或
所述预定空间为一可移动的空间，所述可移动的空间包括下列中的至少一
个：
地铁、火车、汽车、飞机或轮船。
3.根据权利要求1所述的预定空间内的定位系统，其特征在于，
所述声波信号发射单元为四个；
被定位设备具有钟差Vto；
被定位设备，用于基于下列公式计算被定位设备在预定空间内的坐标(x、
y、z)；还用于基于所述公式计算所述钟差Vto：
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+c(Vt1-Vt0)＝d1；
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+c(Vt2-Vt0)＝d2；
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+c(Vt3-Vt0)＝d3；
[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+c(Vt4-Vt0)＝d4；
其中：
(x、y、z)为被定位设备在预定空间内的坐标；(x1、y1、z1)为第一个声
波信号发射单元在预定空间内的坐标；(x2、y2、z2)为第二个声波信号发射单
元在预定空间内的坐标；(x3、y3、z3)为第三个声波信号发射单元在预定空间
内的坐标；(x4、y4、z4)为第四个声波信号发射单元在预定空间内的坐标；d1
为被定位设备与第一个声波信号发射单元的测量距离；d2为被定位设备与第二
个声波信号发射单元的测量距离；d3为被定位设备与第三个声波信号发射单元
的测量距离；d4为被定位设备与第四个声波信号发射单元的测量距离；Vt1为
第一个声波信号发射单元的钟差；Vt2为第二个声波信号发射单元的钟差；Vt3为第三个声波信号发射单元的钟差；Vt4为第四个声波信号发射单元的钟差；C
为声波在空气中的传播速度。
4.根据权利要求1所述的预定空间内的定位系统，其特征在于，还包括：
转发信号单元，布置在预定空间内的固定位置处或预定空间外的固定位置
处，用于接收GPS定位信号以确定所述转发信号单元的GPS坐标；
至少四个声波信号发射单元，用于从转发信号单元接收所述GPS定位信号，
并分别基于与转发信号单元的预定位置关系确定各自的GPS坐标；
被定位设备，用于基于在所述预定空间内的相对位置以及所述至少四个声
波信号发射单元的GPS坐标，确定所述被定位设备的GPS坐标。
5.根据权利要求4所述的预定空间内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦新玉，
申请(专利权)人：苏州触达信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32