一种室内设备定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种室内设备定位系统及方法，该系统包括至少两个室内设备和至少四个基站。各个基站间保持时钟同步；基站的设置位置满足条件：任意四个基站均不位于同一平面上，室内设备在任意位置均可接收到至少三个基站发射的信号；基站个数为满足该条件的最小个数；室内设备当前可接收到三个基站的信号时，利用TOF据此确定当前三维定位位置，当前可接收到至少四个基站的信号时，利用TDOA据此确定当前三维定位位置；基站顺序排列接收到的各信号，首个信号未标记且不在末位、上次处理同源信号的时间与当前时间在一定时长内时，将其移至末位并标记，否则处理首个信号。本方案能够及时处理各个室内设备的信号，从而提高定位精准度。

A positioning system and method for indoor equipment

【技术实现步骤摘要】
一种室内设备定位系统及方法
本专利技术涉及计算机
，特别涉及一种室内设备定位系统及方法。
技术介绍
GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)定位，是目前最为常用的一种设备定位实现方式，但不适用于室内设备的定位。现有常见的室内无线定位技术，有蜂窝、WiFi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID(RadioFrequencyIdentification，射频识别)、ZigBee(紫蜂协议)和超声波。以超宽带定位为例，可以在室内安装若干基站，室内设备在室内移动过程中，根据其与各个基站间的距离参数，采用定位算法来进行定位。定位算法的执行，会涉及到基站和室内设备间的信号收发，当存在多个室内设备时，基站通常依次顺序处理各个室内设备发来的信号。不过，当短时间内收到的信号数量较多时，有可能出现基站一直在处理某一室内设备发来的信号，而晚于处理其他室内设备所发信号的情况，造成信号处理不够及时，从而影响定位精准度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种室内设备定位系统及方法，能够及时处理各个室内设备的信号，从而提高定位精准度。为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：一方面，本专利技术提供了一种室内设备定位系统，包括：至少两个室内设备和至少四个基站；其中，所述基站安装在室内墙壁上；各个所述基站间保持时钟同步；所述基站的设置位置满足条件一；基站个数为满足所述条件一的最小个数；所述室内设备在室内空间区域内可自由移动；所述条件一包括：任意四个所述基站均不位于同一平面上，且任一所述室内设备位于其可移动范围内的任一室内空间位置处时，该室内设备可接收到至少三个基站发射的信号；其中，每一个所述室内设备，均用于当前可接收到三个基站发射的信号时，利用TOF(Timeofflight，飞行时间测距法)基于该三个基站以确定当前三维定位位置；当前可接收到至少四个基站发射的信号时，利用TDOA(TimeDifferenceofArrival，到达时间差法)基于该至少四个基站以确定当前三维定位位置；每一个所述基站，均用于顺序排列接收到的每一个信号；针对排序在前的首个信号，所述首个信号未标记、所述首个信号不在末位、上次处理同源信号的时间与当前时间在预设时间间隔范围内时，标记所述首个信号并移至末位，否则处理所述首个信号，其中，同源信号的发送方相同。进一步地，每一个所述室内设备，均用于当前可接收到至少四个基站发射的信号时，判断该至少四个基站中，是否存在距离自身的间距相对更接近的四个第一基站，且任意两个第一基站距离自身的间距的差值均不大于预设阈值，若是，利用TDOA基于该四个第一基站以确定当前三维定位位置，否则，从该至少四个基站中确定出距离自身相对更近的四个基站，利用TDOA基于该四个基站以确定当前三维定位位置。进一步地，每一个所述室内设备，均用于当前可接收到至少四个基站发射的信号时，判断该至少四个基站中，是否存在至少四个目标基站，任一目标基站距离自身的间距均不大于预设间距值，若是，利用TOF基于该至少四个目标基站中的三个基站以确定定位位置所在区间，以及利用TDOA基于该至少四个目标基站中的四个基站以确定定位位置所在区间，取确定出的两定位位置所在区间的交集，根据所述交集以确定当前三维定位位置，否则，执行A1或A2；其中，所述A1包括：从该至少四个基站中确定出距离自身相对更近的三个基站，并利用TOF基于该三个基站以确定当前三维定位位置；其中，所述A2包括：从该至少四个基站中确定出距离自身相对更近的三个基站，并利用TOF基于该三个基站以确定定位位置所在区间，从该至少四个基站中确定出距离自身相对更近的四个基站，并利用TDOA基于该四个基站以确定定位位置所在区间，取确定出的两定位位置所在区间的交集，根据所述交集以确定当前三维定位位置。进一步地，每一个所述室内设备，均用于在判断出存在至少四个目标基站时，执行下述操作：S1：判断该至少四个目标基站中，是否存在距离自身的间距相对更接近的四个第二基站，且任意两个第二基站距离自身的间距的差值均不大于预设阈值，若是，执行S2，否则，执行S4；S2：利用TDOA基于该四个第二基站以确定定位位置所在区间，并执行S3；S3：从该四个第二基站中，确定出距离自身的间距相对更接近的三个第三基站，并利用TOF基于该三个第三基站以确定定位位置所在区间，并执行S8；S4：从该至少四个目标基站中确定出距离自身相对更近的四个基站，并利用TDOA基于该四个基站以确定定位位置所在区间，并执行S5；S5：判断该至少四个目标基站中，是否存在距离自身的间距相对更接近的三个第四基站，且任意两个第四基站距离自身的间距的差值均不大于所述预设阈值，若是，执行S6，否则，执行S7；S6：利用TOF基于该三个第四基站以确定定位位置所在区间，并执行S8；S7：从该至少四个目标基站中确定出距离自身相对更近的三个基站，并利用TOF基于该三个基站以确定定位位置所在区间，并执行S8；S8：取确定出的两定位位置所在区间的交集；将包括该交集的最小球体的球心坐标确定为当前三维定位位置。进一步地，所述条件一还包括：任一所述室内设备位于其可移动范围内的任一室内空间位置处时，该室内设备可接收到至少三个基站发射的信号，且该至少三个基站中，与该室内设备的间距不大于预设间距值的基站至少有三个。进一步地，所述预设间距值为取值范围[8m，12m]中的任意一个数值。进一步地，该室内设备定位系统还包括：时钟芯片；其中，所述时钟芯片通过物理线路，分别与每一个所述基站相连；所述时钟芯片，用于支持各个所述基站间保持时钟同步。进一步地，该室内设备定位系统还包括：中央控制系统；其中，所述室内设备为无人机；所述无人机，用于将确定出的当前三维定位位置，通过无线方式，实时发送给所述中央控制系统；所述中央控制系统，用于在前端显示屏上，基于预先配置好的室内空间区域模型，对所述当前三维定位位置进行实时对应显示，以使所述当前三维定位位置在所述室内空间区域模型中的相对位置，与所述无人机在室内空间区域中的相对位置相一致。进一步地，各个室内设备的信号频段均位于2.42GHz～2.48GHz范围内，且各个频点的带宽均为20MHz。另一方面，本专利技术提供了一种室内设备定位方法，应用于上述任一所述的室内设备定位系统，所述室内设备定位系统中的各个基站间保持时钟同步，还包括：对于所述室内设备定位系统中的任一基站，顺序排列接收到的每一个信号，针对排序在前的首个信号，所述首个信号未标记、所述首个信号不在末位、上次处理同源信号的时间与当前时间在预设时间间隔范围内时，标记所述首个信号并移至末位，否则处理所述首个信号，其中，同源信号的发送方相同；对于所述室内设备定位系统中的任一室内设备，当前可接收到三个基站发射的信号时，利用飞行时间测距法TOF基于该三个基站以确定当前三维定位位置，当前可接收到至少四个基站发射的信号时，利用到达时间差法TDOA基于该至少四个基站以确定当前三维定位位置。本专利技术提供了一种室内设备定位系统及方法，该系统包括至少两个室内设备和至少四个基站。各个基站间保持时钟同步；基站的设置位置满足条件：任意四个基站均不位于同一平面上，室内设备在任意位置均可接收到至少三个基站发射的信号；基站个数为满足该条件的最小个数；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内设备定位系统，其特征在于，包括：至少两个室内设备和至少四个基站；其中，所述基站安装在室内墙壁上；各个所述基站间保持时钟同步；所述基站的设置位置满足条件一；基站个数为满足所述条件一的最小个数；所述室内设备在室内空间区域内可自由移动；所述条件一包括：任意四个所述基站均不位于同一平面上，且任一所述室内设备位于其可移动范围内的任一室内空间位置处时，该室内设备可接收到至少三个基站发射的信号；其中，每一个所述室内设备，均用于当前可接收到三个基站发射的信号时，利用飞行时间测距法TOF基于该三个基站以确定当前三维定位位置；当前可接收到至少四个基站发射的信号时，利用到达时间差法TDOA基于该至少四个基站以确定当前三维定位位置；每一个所述基站，均用于顺序排列接收到的每一个信号；针对排序在前的首个信号，所述首个信号未标记、所述首个信号不在末位、上次处理同源信号的时间与当前时间在预设时间间隔范围内时，标记所述首个信号并移至末位，否则处理所述首个信号，其中，同源信号的发送方相同。

【技术特征摘要】
1.一种室内设备定位系统，其特征在于，包括：至少两个室内设备和至少四个基站；其中，所述基站安装在室内墙壁上；各个所述基站间保持时钟同步；所述基站的设置位置满足条件一；基站个数为满足所述条件一的最小个数；所述室内设备在室内空间区域内可自由移动；所述条件一包括：任意四个所述基站均不位于同一平面上，且任一所述室内设备位于其可移动范围内的任一室内空间位置处时，该室内设备可接收到至少三个基站发射的信号；其中，每一个所述室内设备，均用于当前可接收到三个基站发射的信号时，利用飞行时间测距法TOF基于该三个基站以确定当前三维定位位置；当前可接收到至少四个基站发射的信号时，利用到达时间差法TDOA基于该至少四个基站以确定当前三维定位位置；每一个所述基站，均用于顺序排列接收到的每一个信号；针对排序在前的首个信号，所述首个信号未标记、所述首个信号不在末位、上次处理同源信号的时间与当前时间在预设时间间隔范围内时，标记所述首个信号并移至末位，否则处理所述首个信号，其中，同源信号的发送方相同。2.根据权利要求1所述的室内设备定位系统，其特征在于，每一个所述室内设备，均用于当前可接收到至少四个基站发射的信号时，判断该至少四个基站中，是否存在距离自身的间距相对更接近的四个第一基站，且任意两个第一基站距离自身的间距的差值均不大于预设阈值，若是，利用TDOA基于该四个第一基站以确定当前三维定位位置，否则，从该至少四个基站中确定出距离自身相对更近的四个基站，利用TDOA基于该四个基站以确定当前三维定位位置。3.根据权利要求1所述的室内设备定位系统，其特征在于，每一个所述室内设备，均用于当前可接收到至少四个基站发射的信号时，判断该至少四个基站中，是否存在至少四个目标基站，任一目标基站距离自身的间距均不大于预设间距值，若是，利用TOF基于该至少四个目标基站中的三个基站以确定定位位置所在区间，以及利用TDOA基于该至少四个目标基站中的四个基站以确定定位位置所在区间，取确定出的两定位位置所在区间的交集，根据所述交集以确定当前三维定位位置，否则，执行A1或A2；其中，所述A1包括：从该至少四个基站中确定出距离自身相对更近的三个基站，并利用TOF基于该三个基站以确定当前三维定位位置；其中，所述A2包括：从该至少四个基站中确定出距离自身相对更近的三个基站，并利用TOF基于该三个基站以确定定位位置所在区间，从该至少四个基站中确定出距离自身相对更近的四个基站，并利用TDOA基于该四个基站以确定定位位置所在区间，取确定出的两定位位置所在区间的交集，根据所述交集以确定当前三维定位位置。4.根据权利要求3所述的室内设备定位系统，其特征在于，每一个所述室内设备，均用于在判断出存在至少四个目标基站时，执行下述操作：S1：判断该至少四个目标基站中，是否存在距离自身的间距相对更接近的四个第二基站，且任意两个第二基站距离自身的间距的差值均不大于预设阈值，若是，执行S2，否则，执行S4；S2：利用TDOA基于该四个第二基站以确定定位位置所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡信伟，
申请(专利权)人：上海知白智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31