一种基于多个现有通信网络的室内定位系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多个现有通信网络的室内定位系统，包括多个AP和待定位的智能设备，还包括控制芯片和中央处理器，所述多个AP通过各自通信网络无线连接智能设备，所述中央处理器连接AP，所述控制芯片连接中央处理器；多个AP通过各自通信网络与智能设备通信并接收信号，中央处理器根据多个AP接收的信号获得智能设备的位置信息，控制芯片选择AP与智能设备的通信网络以及与中央处理器通信的AP。与现有技术相比，本发明专利技术利用不同频率的信号的绕射能力不同，以及定位精度的不同联合进行室内定位，具有测量精度高、结构简单、成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，尤其是涉及一种基于多个现有通信网络的室内定位系 统。
技术介绍
随着社会的进步，信息技术的不断发展，商业的驱动，人们对精确的室内定位服务 要求越来越迫切。例如当人处于大型购物广场中，当发生火灾，此时传统的GPS定位信号无 法穿透高楼大厦，因此定位系统失灵，消防员无法定位可能处于昏迷状态的人，从而延误最 佳的救治时间。因此迫切需要一种精确的室内的定位技术，可以通过定位用户的智能手持 设备，从而找到危难之中的人员。近些年来是室内定位技术逐渐成为研宄的热点，不断吸引 着专家学者的注意。 室内定位技术受到关注度比较高的包括：利用RFID(RadioFrequency Identification，射频识别）进行目标的自动识别和获取位置信息；利用WLAN进行室内定 位；基于Android手机和基于Zigbee的定位，甚至一些学者正在利用LED可见光进行室内 定位的研宄。目前室内定位已经有了不少的研宄成果。 RFID系统一般是基于信号到达时间差进行定位，定位精度在2-3米，它的优点是 非视距，体积小，成本低，但是包括时钟，放大器，射频电路在内的各种器件，系统复杂度较 高。超声波定位精度较高，但是需要专门的硬件，受非视距和多径传播影响较大。超宽带技 术定位精度很高，并且穿透力很强，抗多径效果很好，但是成本较高，理论研宄不足。采用红 外线定位最高可以获得毫米级的定位精度，安装方便，但是非常容易受到房间灯光的干扰。 采用Zigbee技术平均定位误差在3-5米，成本较低，但是距离较短，需要大量的传感器组成 网络，难以大规模推广应用。WLAN定位可以基于信号强度进行定位，基于到达角进行定位， 平均误差在1-3米，缺点是信号强度分辨率有限，易受到多径影响。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多个现有 通信网络的室内定位系统，利用不同频率的信号的绕射能力不同，以及定位精度的不同联 合进行室内定位，具有测量精度高、结构简单、成本低等优点。 本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现： -种基于多个现有通信网络的室内定位系统包括多个AP、待定位的智能设备、控 制芯片和中央处理器，所述多个AP通过各自通信网络无线连接智能设备，所述中央处理器 连接AP，所述控制芯片连接中央处理器； 多个AP通过各自通信网络与智能设备通信并接收信号，中央处理器根据多个AP 接收的信号获得智能设备的位置信息，控制芯片选择AP与智能设备的通信网络以及与中 央处理器通信的AP。 所述控制芯片检测室内的通信网络和AP的位置信息，根据通信频率选择AP与智 能设备之间通信的两个或两个以上通信网络，并根据AP的位置信息任意选择位于不同位 置与中央处理器通信的AP，被选择的AP在选定的通信网络下接收智能设备发送的信号。 所述控制芯片根据通信频率将通信网络分为低频网络和高频网络，所述低频网络 和高频网络之间的通信频率之差至少为1GHz。 所述低频网络为1GHz以下的通信网络，所述高频网络为2GHz以上的通信网络。 当AP与智能设备之间存在多种通信网络，中央处理器根据单个AP在不同通信网 络下接收的信号并采用AOA估计算法获得在不同通信网络下单个AP对应的多组AOA数据， 对比在不同通信网络下单个AP对应的多组AOA数据后获得单个AP对应的最优AOA数据， 中央处理器联合多个AP对应的最优AOA数据和AP的位置信息，通过几何方法获得智能设 备的最优位置信息。 对比在不同通信网络下单个AP对应的多组AOA数据的方法包括：中央处理器将低 频网络接受信号下得到的AOA数据记为集合巾a，高频网络接受信号下得到的AOA数据的集 合记为集合4>b，在集合4>a中找到一个最大角0i，即91=max(<i)a)，再从集合<i>b中找到 一个和^最接近角度的Qb作为最优AOA数据，g卩S=min|乂 -戎，g为0# 0 1 之差最小值，所述集合4>a和巾1均为根据AOA估计算法得到的峰值的集合。 当AP与智能设备之间仅存在一种通信网络，中央处理器根据同一通信网络下AP 接收的信号并采用AOA估计算法获得该通信网络下AP对应的AOA数据，进而结合AP的位 置信息采用几何方法得到该通信网络下智能设备的位置信息的集合，对比不同通信网络下 智能设备的位置信息的集合获得智能设备的最优位置信息。 对比不同通信网络下智能设备的位置信息的集合的方法包括：中央处理器选择高 频网络下智能设备的位置信息的集合中与低频网络下智能设备的位置信息最接近的位置 信息，作为智能设备的最优位置信息。 所述中央处理器根据不同制式的网络通信协议对AP所接收智能设备的信号进行 分析。 所述通信网络包括GSM、WCDMA、LTE、CDMA和WIFI网络。 与现有技术相比，本专利技术涉及到达角的估计、自动控制系统的搭建、室内的几何定 位法和信号处理系统的搭建，能够广泛应用于室内定位，具有以下优点： 1)本专利技术采用不同的通信网络进行室内定位，不同的通信网络采用不同的通信频 率，利用该系统并运用高精度的AOA估计算法进行多次到达角的测量，利用几何作图的方 法就可以得到测量点的方位，能够显著克服多径效应对于AOA定位的影响，减少误差，保证 定位数据的精准。 2)高频定位精度较高，但是绕射能力较差，必然带来穿透损耗；低频的绕射能力 较强，但是精度较差。本专利技术室内定位系统很好的综合了两种频率的优点，对于室内如果有 物体阻挡的话，低频信号能够很好地绕过该物体，进行到达角的估计，但是精度不足；高频 部分无法绕射该物体，发生各种折射，散射最终才到达接收机。此时将低频部分得到的到达 角的估计和高频部分的到达角进行对比分析，可以得到较为精确的到达角估计，提高室内 定位精度。 3)本专利技术很好地利用室内的现有的多个通信网络，例如可以使用但不仅限于GSM 网络和WIFI网络进行综合定位，比单纯的使用一个网络得到的结果要更精确，且不需要部 署额外的网络设备。 4)系统简单，便于大规模部署。AP是本来室内就有的接入点，不用再专门为了定 位大规模的铺设网络；用户手持智能设备也是本系统的重要一环，智能手机等设备存在于 用户身上，本专利技术系统可以定位设备，以便于最终定位人本身。现有的移动设备如手机，可 以跟AP进行通信，用以交换信号强度等信息，捕获该信息进行分析就可以得到手机的位置 信息，也就得到了伤员的位置信息。 5)本专利技术因为使用了多个商用的通信网络可以减小衰落损耗。 6)因为本专利技术系统是利用现有的商用的通信网络进行定位的，因此定位的信号 要和正常的通信的信号彼此之间不发生干扰，同时中央控制器兼容不同制式的网络通信协 议，从而对AP所接收智能设备的信号进行分析，能很好的完成测量的任务。【附图说明】 图1为本专利技术结构示意图； 图2为本实施例中室内定位系统运行流程图； 图3为高频信号与低频信号的无线传播路径示意图； 图4为信号发射频率为2. 4GHz时AOA估算曲线图； 图5为信号发射频率为850MHz当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多个现有通信网络的室内定位系统，包括多个AP和待定位的智能设备，其特征在于，还包括控制芯片和中央处理器，所述多个AP通过各自通信网络无线连接智能设备，所述中央处理器连接AP，所述控制芯片连接中央处理器；多个AP通过各自通信网络与智能设备通信并接收信号，中央处理器根据多个AP接收的信号获得智能设备的位置信息，控制芯片选择AP与智能设备的通信网络以及与中央处理器通信的AP。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊鹤，王辉，胡青松，吉地辽日，张健，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31