一种基于超声波信标系统的融合定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于超声波信标系统的融合定位方法及系统。方法包括：获取固定信标和移动信标的原始坐标信息；根据固定信标和移动信标的原始坐标信息，得到固定信标和移动信标之间的原始距离信息；采用卡尔曼滤波方法对距离信息进行修正，得到修正距离信息；根据固定信标的原始坐标信息和修正距离信息，得到移动信标的真实坐标信息；将真实坐标信息通过调制解调器上传至客户端。本发明专利技术针对实际应用中由非视距传播引起的测量误差，采用卡尔曼滤波算法对测距进行优化，能够提高定位精度，同时通过采用最小二乘法将数据信息化，也能进一步提高定位精度。

A Fusion Location Method and System Based on Ultrasound Beacon System

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波信标系统的融合定位方法及系统
本专利技术涉及无线传感网络领域，特别是涉及一种基于超声波信标系统的融合定位方法及系统。
技术介绍
伴随移动通信、数据和多媒体等技术的高速发展，定位服务已然成为了一项拥有巨大市场的应用需求，尤其在复杂的室内环境，如餐馆、超市、停车场、仓库等，常常需要通过移动终端确定目标的当前位置信息。例如，在户外旅游时，移动终端定位系统可以为我们提供当前的位置信息，给出附近的景点信息，推荐附近的餐厅和酒店等服务；车载导航系统也被广泛应用于获取车辆的实时位置，提供交通信息，帮助驾驶员选择正确的道路，减轻交通负荷等应用场景。可见，定位服务系统正逐步应用于我们生活的各个方面，给我们的生活带来了更多的便利。根据应用范围的不同，定位服务可被分为户外定位和室内定位。户外定位：指代的是已然实现了全球覆盖的无线GPS定位，主要用于车载导航系统、智能手机内置导航系统等。它的优势在于利用GPS卫星定位有效覆盖范围广，且定位和导航信号都是免费使用的。然而，在实际应用中，GPS卫星发射的无线电信号无法穿透大部分建筑，这导致GPS系统在室内定位场景中无法应用。室内定位：目前市面上还没有统一的室内定位系统(IndoorPositioningSystem,IPS)标准。为了解决GPS失效区域的定位问题，有人提出使用距离传感器和光流技术与同步定位和映射(SimultaneousLocalizationAndMapping,SLAM)技术相结合。然而，SLAM和光流的性能取决于环境的优劣。例如，如果视觉传感器无法获得足够的特征来识别无人机的位置，就会导致较高的计算成本，并积累定位误差。另一种方法是基于运动捕捉的室内定位，它能够应用于复杂和高精度的导航，不需要任何卫星信号。然而，它的实现需要一个复杂和昂贵的运动捕捉系统。这之后，科学家开发了超宽带信标系统(Ultra-wideBandwidth,UWB)，提供高精度的定位。然而，一些实验表明，毫米级精度的超宽带信标定位系统，由于成本高和缺乏集成度，直接应用于移动机器人系统目前来看并不现实。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于超声波信标系统的融合定位方法及系统，能够得到高精度的室内定位信息。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于超声波信标系统的融合定位方法，所述方法基于一种超声波信标系统，所述超声波信标系统包括固定信标、移动信标和调制解调器，所述移动信标搭载在可移动机器人上，所述方法包括：获取所述固定信标和所述移动信标的坐标信息；根据所述固定信标和所述移动信标的原始坐标信息，得到所述固定信标和所述移动信标之间的原始距离信息；采用卡尔曼滤波方法对所述原始距离信息进行修正，得到修正距离信息；根据所述固定信标的原始坐标信息和所述修正距离信息，得到所述移动信标的真实坐标信息；将所述真实坐标信息通过所述调制解调器上传至客户端。可选的，所述根据所述固定信标和所述移动信标的原始坐标信息，得到所述固定信标和所述移动信标之间的原始距离信息，具体包括：根据所述固定信标的原始坐标信息和所述移动信标的原始坐标信息通过飞行时间测距法，得到所述固定信标和所述移动信标之间的原始距离信息。可选的，所述采用卡尔曼滤波方法对所述原始距离信息进行修正，得到修正距离信息，具体包括：采用卡尔曼滤波方法滤除所述原始距离信息的非视距误差，得到修正距离信息。可选的，所述根据所述固定信标的原始坐标信息和所述修正距离信息，得到所述移动信标的真实坐标信息，具体包括：根据所述固定信标的原始坐标信息和所述修正距离信息采用最小二乘法，得到真实坐标信息。一种基于超声波信标系统的融合定位系统，包括：获取模块，用于获取固定信标和移动信标的原始坐标信息；距离信息确定模块，用于根据所述固定信标和所述移动信标的原始坐标信息，得到所述固定信标和所述移动信标之间的原始距离信息；卡尔曼滤波修正模块，用于采用卡尔曼滤波方法对所述原始距离信息进行修正，得到修正距离信息；真实坐标信息确定模块，用于根据所述固定信标的原始坐标信息和所述修正距离信息，得到所述移动信标的真实坐标信息；数据上传模块，用于将所述真实坐标信息通过所述调制解调器上传至客户端。可选的，所述距离信息确定模块，具体包括：距离信息确定单元，用于根据所述固定信标的原始坐标信息和所述移动信标的原始坐标信息通过飞行时间测距法，得到所述固定信标和所述移动信标之间的原始距离信息。可选的，所述卡尔曼滤波修正模块，具体包括：卡尔曼滤波修正单元，用于采用卡尔曼滤波方法滤除所述原始距离信息的非视距误差，得到修正距离信息。可选的，所述真实坐标信息确定模块，具体包括：真实坐标信息确定单元，用于根据所述固定信标的原始坐标信息和所述修正距离信息采用最小二乘法，得到真实坐标信息。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种基于超声波信标系统的融合定位方法，所述方法基于一种超声波信标系统，所述超声波信标系统包括固定信标、移动信标和调制解调器，所述移动信标搭载在可移动机器人上，方法包括：获取固定信标和移动信标的原始坐标信息；根据固定信标的坐标信息和移动信标的原始坐标信息，得到固定信标和移动信标之间的原始距离信息；采用卡尔曼滤波方法对原始距离信息进行修正，得到修正距离信息；根据固定信标的原始坐标信息和修正距离信息，得到移动信标的真实坐标信息；将真实坐标信息通过调制解调器上传至客户端。本专利技术针对实际应用中由非视距传播引起的测量误差，采用卡尔曼滤波算法对测距进行优化，能够提高定位精度，同时通过采用最小二乘法将数据信息化，也能进一步提高定位精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于超声波信标系统的融合定位方法流程图；图2为本专利技术基于超声波信标系统的融合定位系统结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于超声波信标系统的融合定位方法及系统，能够得到高精度的定位信息。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。针对目前室内定位系统存在的各种问题，超声波信标系统(UltrasonicBeaconSystem,UBS)可以作为使用低成本硬件的实际测绘和定位系统的替代方案。UBS拥有与UWB类似的概念和机制，但它比UWB更便宜，更容易集成到移动机器人中。因此，选择UBS作为移动机器人的定位传感器和地图生成装置。UBS的硬件组成包含固定信标、移动信标与调制解调器三种器件。其中，固定信标辅助确定机器人的工作空间与生成虚拟地图，移动信标搭载在机器人本体上负责室内定位，调制解调器用以初始化系统和负责信标与上位机之间的通信。信标之间的距离信息通过飞行时间测距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声波信标系统的融合定位方法，所述方法基于一种超声波信标系统，所述超声波信标系统包括固定信标、移动信标和调制解调器，所述移动信标搭载在可移动机器人上，其特征在于包括：获取所述固定信标和所述移动信标的原始坐标信息；根据所述固定信标和所述移动信标的原始坐标信息，得到所述固定信标和所述移动信标之间的原始距离信息；采用卡尔曼滤波方法对所述原始距离信息进行修正，得到修正距离信息；根据所述固定信标的原始坐标信息和所述修正距离信息，得到所述移动信标的真实坐标信息；将所述真实坐标信息通过所述调制解调器上传至客户端。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波信标系统的融合定位方法，所述方法基于一种超声波信标系统，所述超声波信标系统包括固定信标、移动信标和调制解调器，所述移动信标搭载在可移动机器人上，其特征在于包括：获取所述固定信标和所述移动信标的原始坐标信息；根据所述固定信标和所述移动信标的原始坐标信息，得到所述固定信标和所述移动信标之间的原始距离信息；采用卡尔曼滤波方法对所述原始距离信息进行修正，得到修正距离信息；根据所述固定信标的原始坐标信息和所述修正距离信息，得到所述移动信标的真实坐标信息；将所述真实坐标信息通过所述调制解调器上传至客户端。2.根据权利要求1所述的基于超声波信标系统的融合定位方法，其特征在于，所述根据所述固定信标和所述移动信标的原始坐标信息，得到所述固定信标和所述移动信标之间的原始距离信息，具体包括：根据所述固定信标的原始坐标信息和所述移动信标的原始坐标信息通过飞行时间测距法，得到所述固定信标和所述移动信标之间的原始距离信息。3.根据权利要求1所述的基于超声波信标系统的融合定位方法，其特征在于，所述采用卡尔曼滤波方法对所述原始距离信息进行修正，得到修正距离信息，具体包括：采用卡尔曼滤波方法滤除所述原始距离信息的非视距误差，得到修正距离信息。4.根据权利要求1所述的基于超声波信标系统的融合定位方法，其特征在于，所述根据所述固定信标的原始坐标信息和所述修正距离信息，得到所述移动信标的真实坐标信息，具体包括：根据所述固定信...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙桂玲，杨灏，郑博文，王世杰，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12