一种基于移动方向实时动态调整的室内定位方法技术

本发明专利技术采用的是一种基于移动方向实时动态调整的室内定位方法。在定位过程中，待定位人员携带的定位装置周期性地向服务器发送加速度数据。服务器接收到定位装置发送来的加速度数据后，通过4个模块实现移动方向的实时动态调整。所述4个模块分别是：初始移动方向判定模块、移动同方向加速度最大值实时调整模块、移动方向反转判定模块、静止状态判定模块。该方法以较低的复杂度解决了加速度传感器器件的零点漂移问题和惯性漂移问题，改善了移动方向识别的可靠度，提高了定位的稳定度和精确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及室内定位
、惯性导航
和无线传感器网络

技术介绍
全球卫星导航系统包括美国的GPS系统(GlobalPositioningSystem)、俄罗斯的GLONASS系统(GlobalNavigationSatelliteSystem)、欧盟的伽利略卫星导航系统和中国的北斗系统等等。全球卫星导航系统通过测量多颗卫星到待测目标的距离计算出待测目标的三维坐标，定位精度在10米左右。然而，全球卫星导航系统存在一定的局限性，即无法进行室内定位。主要是因为卫星信号功率低，无法穿透建筑物等障碍物，存在定位遮挡问题。随着近年来移动互联网的迅速发展，数据和多媒体业务的快速增加，人们对于室内定位的需求日益增加。生活中实现低成本且高精度的室内定位，具有越来越重要的现实意义。室内定位技术包括基于测距的定位技术和基于惯性导航的定位技术。基于测距的定位技术的基本原理是通过对接收到的无线电波的一些参数进行测量，根据特定的算法对某一移动终端或个人在某一时间所处的地理位置进行精确测定，以便为移动终端用户提供相关的位置信息服务。基于测距的定位技术包括基于接收信号强度、基于到达角度和基于到达时间的定位技术等等。基于接收信号强度的定位技术通过接收到的信标节点的信号强度信息，以电波传播经验公式推算距离信息，再利用数据的或拟合的方法即可得目标节点的位置信息，其定位精度很容易受到无线电环境的影响；基于到达角度的定位技术通过目标节点向信标节点发射信号，信标节点测定信号到达的角度，解算出目标节点的坐标，其定位精度受天线测角精度的影响；基于到达时间的定位技术通过测量目标节点与信标节点之间的信号到达时间，再乘以信号速度，计算出目标节点到信标节点之间的距离，然后通过三边测量法计算目标节点的坐标，其定位精度受时钟同步的影响。这三种定位技术都需要在通信范围内至少三个信标节点。与基于测距的定位技术相比，基于惯性导航的定位技术不需要信标节点。惯性导航系统是一种根据惯性传感器模块测量行人运动参数，并通过导航计算机进行导航解算，实时确定行人行进方向、速度、位置等信息，为行人提供可视导航信息的导航系统。其中，惯性传感器模块一般是指由三轴加速度计与三轴陀螺仪构成的微惯性测量单元。惯性导航系统通常需要一个外部系统提供初始条件，然后在惯性参考系中不断测量和修正系统的位置信息。基于惯性导航的定位技术，主要运用在以下两类场景中。第一类是特殊应用场景，例如消防员定位，因为当建筑物失火时，建筑物内已安装的信标节点容易损毁；第二类场景是建筑物内未安装信标节点。近年来，基于惯性导航的定位技术受到越来越多的科研工作人员的关注和研究。比如在CKSchindhelm、FGschwandtner和MBanholzer发表在IEEEInternationalSymposiumonPersonalIndoor&MobileRadioCommunications中的一篇题为UsabilityofAppleiPhonesforInertialNavigationSystems的论文中，作者利用iPhone3GS和iPhone4内置的惯性传感器模块研制出惯性导航室内定位系统，并且成功绘制了行人行走的轨迹。但已有的室内定位技术还未能成功解决漂移问题。本专利技术的目的在于，进一步解决传感器器件的零点漂移问题和惯性漂移问题，提高室内定位的精确度和稳定度。
技术实现思路
加速度传感器器件存在零点漂移问题和惯性漂移问题。零点漂移问题是指静止时，加速度传感器器件输出非零加速度值。惯性漂移问题是指加速度传感器器件由运动到静止时，由于惯性，器件输出的加速度数值不能立刻下降为零。针对加速度传感器器件的零点漂移问题和惯性漂移问题，本专利技术提出一种基于移动方向实时动态调整的室内定位方法，具体的技术方案如下。在定位过程中，定位装置周期性地向服务器发送加速度数据，其中加速度数据已去除重力加速度在各轴上的分量，服务器接收到定位装置发送来的加速度数据后，通过初始移动方向判定模块、移动同方向加速度最大值实时调整模块、移动方向反转判定模块和静止状态判定模块进行数据分析和处理，实现移动方向的实时动态调整，所述的4个模块具体内容如下。1.初始移动方向的判定模块设定阈值δ1，如果服务器接收到的加速度数据的绝对值小于δ1，则将当前加速度寄存器内数值置为零，并将静止状态计数器的数值增加1，否则将此时接收到的加速度数值写入当前加速度寄存器，并将静止状态计数器的数值置为零。如果此时接收到的加速度数据的绝对值首次超过δ1，则判定为已出现初始移动方向，并将此时接收到的加速度数值写入加速度最大值寄存器。这里，δ1与器件相关，具体取值要根据加速度传感器器件静止时输出数据的零点漂移大小设定。2.移动同方向加速度最大值实时调整模块如果服务器接收到的加速度数据与加速度最大值寄存器内数值的乘积大于零，并且前者的绝对值比后者的绝对值大，则将此时接收到的加速度数值写入加速度最大值寄存器，从而实现移动同方向加速度最大值的实时调整。3.移动方向反转判定模块判定是否反转成功的关键在于找准移动方向反转临界时刻。当以下三种情况之一出现时，判定已出现移动方向反转临界时刻。情况一是前一速度寄存器内数值为零；情况二是前一速度寄存器内数值与前二速度寄存器内数值的乘积小于零；情况三是前一速度寄存器内数值与前二速度寄存器内数值的乘积大于零，并且前一速度寄存器内数值接近于零。这里，前一速度寄存器存储的是前一时刻的速度数据，前二速度寄存器存储的是再前一时刻的速度数据。在此移动方向反转临界时刻，如果此时接收到的加速度数据的绝对值大于加速度最大值寄存器内数值的n倍，则判定反转成功，将此时接收到的加速度数值写入加速度最大值寄存器，否则将当前加速度寄存器和当前速度寄存器内数值置为零。这里n不宜取得太小，太小则易误判成反转成功。4.静止状态判定模块服务器首先将最近接收到的N个加速度数据分别存储在N个加速度临时寄存器，然后对这N个加速度数据进行处理。当以下两种情况之一出现时，判定待定位人员处于静止状态。情况一是最近N个加速度数值均在设定阈值δ2内，并且这N个数值的方差的绝对值小于阈值δ3，这里N的选取与采样频率有关，δ2、δ3的取值与传感器惯性和延迟特性相关；情况二是静止状态计数器的数值超过设定值。这里，设定值不宜取得太大或者太小，太大有可能长时间找不到移动方向，太小有可能找到错误的移动方向。当判定待定位人员处于静止状态时，需要将当前加速度寄存器内数值、当前速度寄存器内数值、加速度最大值寄存器内数值置为零。最后对4个模块处理后的加速度数据进行积分处理，获得待定位人员的位置信息。采用该技术方案，其有益效果是，以较低的复杂度解决了零点漂移问题和惯性漂移问题，改善了移动方向识别的可靠度，提高了定位的稳定度和精确度。附图说明图1一种基于移动方向实时动态调整的室内定位方法示意图图2初始移动方向判定模块示意图图3移动同方向加速度最大值调整模块示意图图4移动方向反转判定模块示意图图5静止状态判定模块示意图图6静止时X轴加速度传感器数据实时示意图图7未采用移动方向实时动态调整的位移示意图图8加速度最大值实时示意图图9采用移动方向实时动态调整的位移示意图具体实施方式下面结合附图对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于移动方向实时动态调整的室内定位方法，其特征在于包括以下四个步骤，S1：初始移动方向的判定；S2：移动同方向加速度最大值的实时调整；S3：移动方向反转的判定；S4：静止状态的判定。

【技术特征摘要】
1.一种基于移动方向实时动态调整的室内定位方法，其特征在于包括以下四个步骤，S1：初始移动方向的判定；S2：移动同方向加速度最大值的实时调整；S3：移动方向反转的判定；S4：静止状态的判定。2.如权利要求1所述的一种基于移动方向实时动态调整的室内定位方法，所述步骤S1进一步包括：如果服务器接收到的加速度数据的绝对值小于设定阈值，则将当前加速度寄存器内数值置为零，并将静止状态计数器的数值增加1，否则将此时接收到的加速度数值写入当前加速度寄存器，并将静止状态计数器的数值置为零。如果此时接收到的加速度数据的绝对值首次超过设定阈值，则判定为已出现初始移动方向，并将此时接收到的加速度数值写入加速度最大值寄存器。3.如权利要求1所述的一种基于移动方向实时动态调整的室内定位方法，所述步骤S2进一步包括：如果服务器接收到的加速度数据与加速度最大值寄存器内数值的乘积大于零，并且前者的绝对值比后者的绝对值大，则将此时接收到的加速度数值写入加速度最大值寄存器，从而实现移动同方向加速度最大值的实时调整。4.如权利要求1所述的一种基于移动方向实时动态调整的室内定位方法，所述步骤S3进一步包括：当以下三种情况之一出现时，判定已出现移动方向反转临界...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂林卿，杨帅，房鹏，陈洪洋，束锋，陆锦辉，余海，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32