Wi-Fi蓝牙一体化基站定位系统技术方案

本发明专利技术涉及一种利用新型Wi‑Fi 802.11mc测距协议与蓝牙一体化基站确定用户位置的技术。用户可通过Wi‑Fi FTM测量用户设备与基站之间的距离，并解析基站蓝牙播发的电文获得基站的精确坐标，最终实现实时，高精度，高可用的定位系统。其中Wi‑Fi AP支持最新的IEEE802.11mc测距协议，可实时测得用户设备到AP点的距离，同时还可获取蓝牙实时广播的基站位置信息。用户设备可以是包含Wi‑Fi模块和蓝牙模块的智能终端，如智能手机，可穿戴设备，嵌入式模块等，需要支持蓝牙4.2（及以上）以及IEEE802.11mc协议。本系统可以实现不改变用户习惯，不增加用户硬件成本的基础上实现室内外无缝定位，定位结果准确，可靠，可用性高。

Wi-Fi Bluetooth Integrated Base Station Positioning System

【技术实现步骤摘要】
Wi-Fi蓝牙一体化基站定位系统
本专利技术专利涉及到电子信息技术和室内导航定位技术。具体地说，将Wi-FiFTM功能和蓝牙广播功能进行集成化，组成一体化基站。整个定位系统由三个或三个以上的一体化基站组成，用户终端通过捕获和解码一体化基站发布的导航电文，获得基站和定位所需相关信息，并获取用户终端到基站的实时距离，计算得到高精度高可用的室内位置坐标。多个基站能自动组网，基站间具备信号自动校准和通信功能。
技术介绍
定位是位置服务、万物互联、人工智能和未来超智能(机器人+人类)应用的核心技术之一。然而，与开放的室外空间相比，室内环境在空间布局、拓扑、约束等方面更加复杂，导致室内定位理论、定位源、定位技术及空间信息处理方式方面与室外有很多不同。高可用高精度的室内外无缝定位技术对人们未来的生活起着至关重要的作用，是推动大众创新、万众创业的科技源动力，是支撑国家战略需求的重要组成部分。室外定位在GNSS导航定位技术的支撑下已经日趋成熟，在有广域增强服务的支持下更可显著提高定位可用性，并实现优于1米的定位精度。另一方面，随着市场(特别是大众消费相关行业)对室内定位需求的不断增加，室内定位已逐渐成为学术界的研究热点和工业界的投资热点。投入研发的企业不仅包括初创公司，还包括Apple、Google、Qualcomm、Intel、Cisco、阿里巴巴、百度、华为等商业巨头。然而当前国内外高可用室内定位技术精度在2-5米之间。高成本的定位技术可达厘米级，但是优于1米定位精度、低成本和广域覆盖的室内定位技术依然是实现高精度室内外无缝定位的最大障碍。所以室内定位技术在精度可靠性上还有很大的提升空间。因此，在不改变大众手机硬件、不改变用户使用习惯的前提下，需要从信号发射基站硬件和手机定位软件上进行改进和创新。室内定位技术基本定位方式包括几何定位、惯性导航、航迹推算、场景信号匹配和靠近感知等方式来得获得位置信息。其中几何定位方法是目前发展相对比较成熟也是可用性比较高的定位技术，其常见的几何定位算法，包括TOA(TimeofArrival，到达时间)测距、RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator，接收信号强度)测距、TDOA(TimeDifferenceofArrival，到达时间差)、AOA(AngleofArrival，到达角)等方式定位。目前大多数的室内定位技术需要使用无线电信号，因此需要相关无线电发射和接收设备的支持，而相关硬件的安装、部署和维护都需要投入相应的资金和时间成本，且对发射设备空间部署结构的优化也是在实际生成应用中需要考虑的问题。随着近年来无线局域网的飞速发展，Wi-Fi通信设备部署广泛，例如大型商场、超市、学校、企业等各类公共场所都已经覆盖了Wi-Fi信号，这些广泛部署的基础设施极有利于基于Wi-Fi的室内定位系统。同时，当前智能手机平台上Wi-Fi功能已经成为标配，相比较于基站通信而言，Wi-Fi通信拥有较低的联网成本，而相比较于蓝牙而言，Wi-Fi联网更广域且具有更高的速率，故智能手机用户偏向于开启Wi-Fi。因此，从基站覆盖和终端接入的角度，基于Wi-Fi的定位系统均具有较大的应用优势。通过GNSS技术已经可以实现行人室外精准的定位导航，在室内，IEEE.802.1mc协议即将扮演同样的角色，即在室内提供精确的时间同步功能。此协议的特点就是精确测量RTT(RoundTripTime)即通过测量信号从智能设备到至少三个AP点的时差(ns级)来确定行人在室内的位置坐标。在实现定位过程中，移动终端本身不需要与AP接入点相连接，只需要发送测距请求，再接收附近AP返回的时间测量值即可。实现Wi-FiRTT的测量需要硬件技术标准和软件API接口同时支持，首先Wi-FiAP端和智能终端内置Wi-Fi基带芯片均需要支持IEEE.802.11mc协议，这是实现测距的基础，其次，应用程序接口API需要在协议层实现数据的交互和RTT信息的获取。Wi-Fi蓝牙一体化基站硬件配置是将由单个或多个BLE蓝牙发射器和支持IEEE802.11mc协议的无线网卡集成于miniPC主板上，通过自研发的支持mc协议的linux驱动，实现单个基站对Wi-FiFTM功能和蓝牙广播功能的控制。基站具有尺寸小，成本低，稳定性好，超低功耗，部署方便，覆盖范围广，可同时支持互联网接入和FTM多功能，维护成本超低等特点。目前，室内定位技术存在基准不统一，以及单项技术之间不融合等问题，所以很难得到商业普及应用。因此在实际应用中要实现与室外GNSS导航定位技术无缝对接，需要进行坐标参考框架的统一。本系统基于WGS84(WorldGeodeticSystem1984)参考框架，采用最小二乘原理解算出7个转换参数，其中7个转换参数是指3个平移参数、3个旋转角度参数和1个尺度参数。利用室外GNSS快速定位技术并配以测量机器人实现室内外定位参考框架的转换。基站位置信息以导航电文的形式进行传输，对一体化基站的位置信息进行二进制编码，通过数据传输将电文改正数据发给用户端，可充分发挥内室空间三维准确定位。室内定位算法及软件开发是整个定位系统的关键核心技术。利用最小二乘和多维校准和滤波算法，建立实时的测距模型，实现距离测量的准确计算。最终利用软件开发工具包(SDK)将所有算法和导航电文进行封装。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术背景中提出的基站位置未知、测距可靠性差以及室内外定位无缝对接问题，设计一种基于Wi-Fi和蓝牙的一体化基站，通过自研发的驱动和系统控制程序协调Wi-Fi和蓝牙的功能，进而解决室内信号覆盖不足和AP点未知的问题。基于WGS84坐标框架室内外坐标参考框架的参数转换，实现室内外框架的统一。通过对导航电文设计编码，将基站的位置等信息通过导航电文的方式实时传输给用户端。利用最小二乘和多维校准和滤波算法，建立实时的测距模型，实现精确的距离测量。形成一套基于Wi-Fi和蓝牙的高可用高精度室内一体化定位系统。该基于新型Wi-Fi蓝牙一体化基站的定位系统，每个一体化基站可同时发射Wi-Fi和蓝牙信号，其中用户终端到一体化基站的距离可通过Wi-FiFTM和蓝牙信号强度测得，基站的位置坐标可通过接收基站蓝牙的广播获得，利用三个或三个以上的一体化基站作为定位信号源，即可求得携带智能终端用户实时精确的二维或三维位置信息。优选的，定位系统具备开机即得的功能，用户定位时不需要预先知道定位环境的任何信息。优选的，一体化基站可当作Wi-FiAP以提供互联网接入功能，还可向用户终端传递用于定位用的导航电文包括但不限于一体化基站的标识码、坐标、楼层、发射器信号传播参数、工作模式。优选的，一体化基站可当作Wi-FiAP以提供互联网接入功能，还可向用户终端传递用于定位用的导航电文包括但不限于一体化基站的标识码、坐标、楼层、发射器信号传播参数、工作模式。优选的，一体化基站通过蓝牙向用户终端传递的坐标信息，包括全球坐标系统坐标如WGS84坐标、独立坐标系坐标、室内坐标系坐标或加密后坐标系坐标。优选的，用户终端只需扫描到Wi-Fi和蓝牙信号即可获得用于定位的信息，而不需要配对链接和互联网接入。优选的，用户终端的定位工作模式包括获取空间三维坐标，获取水平面二维坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Wi‑Fi蓝牙一体化基站的定位系统，其特征在于：每个一体化基站可同时发射Wi‑Fi和蓝牙信号，其中用户终端到一体化基站的距离可通过Wi‑Fi FTM和蓝牙信号强度测得，基站的位置坐标可通过接收基站蓝牙的广播获得，利用三个或三个以上的一体化基站作为定位信号源，即可求得携带智能终端用户实时精确的二维或三维位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种Wi-Fi蓝牙一体化基站的定位系统，其特征在于：每个一体化基站可同时发射Wi-Fi和蓝牙信号，其中用户终端到一体化基站的距离可通过Wi-FiFTM和蓝牙信号强度测得，基站的位置坐标可通过接收基站蓝牙的广播获得，利用三个或三个以上的一体化基站作为定位信号源，即可求得携带智能终端用户实时精确的二维或三维位置信息。2.根据权利要求1所述的Wi-Fi蓝牙一体化基站定位系统，其特征在于：定位系统具备开机即得的功能，用户定位时不需要预先知道定位环境的任何信息。3.根据权利要求1所述的Wi-Fi蓝牙一体化基站定位系统，其特征在于：一体化基站可当作Wi-FiAP以提供互联网接入功能，还可向用户终端传递用于定位用的导航电文包括但不限于一体化基站的标识码、坐标、楼层、发射器信号传播参数、工作模式。4.根据权利要求1所述的Wi-Fi蓝牙一体化基站定位系统，其特征在于：一体化基站通过蓝牙向用户终端传递的坐标信息，包括全球坐标系统坐标如WGS84坐标、独立坐标系坐标、室内坐标系坐标或加密后坐标系坐标。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐志，
申请(专利权)人：苏州普息导航技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32