一种基于MIMU的室内3D定位方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种基于MIMU的室内3D定位方法，本发明专利技术是为了解决全球卫星导航系统无法满足室内定位的难题以及全球卫星导航系统和大多数室内定位技术，不能实现对定位目标3D定位的问题。将定位装置安装在定位目标的脚部，将高度传感器安装在定位目标的胸部；定位装置和高度传感器采集定位目标的运动数据，经过BLE蓝牙模块无线传输到上位机；通过上位机对运动数据的解析处理，实现定位目标高精度的、实时的室内3D定位。本发明专利技术一种基于MIMU的室内3D定位方法以低成本、高精度实现了定位目标室内3D定位的实时显示。目标室内3D定位的实时显示。目标室内3D定位的实时显示。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MIMU的室内3D定位方法


[0001]本专利技术涉及的是一种定位方法，具体地说是室内定位方法。

技术介绍

[0002]目前，最常用的定位技术是卫星导航技术，利用全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)来获取位置信息。卫星导航系统通过获取卫星信号可以在室外环境下提供高精度的位置和速度信息，但是卫星信号受制于信号强度，极易受到遮挡和干扰，这会导致卫星导航系统在室内环境下定位效果极差或者无法定位。
[0003]为了解决室内环境下的定位难题，近年来出现了很多解决方案，如地磁定位技术、WiFi定位技术；以及基于短距离无线通信的定位技术，包括蓝牙定位和红外线定位等。对于地磁定位和WiFi定位技术，前者需要提前对室内目标环境进行磁场测量和指纹匹配，后者需要提前在室内目标环境布置WiFi节点、设置指纹匹配，两种定位技术的前期采集工作量大，且稳定性和适应性较差。基于短距离无线通信的定位技术，对硬件条件要求高，且需要额外的硬件支持，成本高、适用性低。
[0004]不管是全球卫星导航系统，还是近几年发展起来的诸多室内定位技术，它们大多是对定位目标做二维平面的定位，缺少了高度信息。事实上，随着科技发展和城市建设的进步，室内环境变得错综复杂，单纯的二维平面定位远远不能满足人们对室内定位的需求。对定位目标实现高精度的、实时的室内3D定位才是未来的发展趋势，也是当前迫切需要解决的难题。
[0005]随着微型机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)技术的发展，微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit，MIMU)形成了低成本、小体积、高精度的特点。基于MIMU的惯性导航室内定位技术可以快速、精准的对目标进行定位，在飞行器、车辆、行人等定位场景中得到了广泛的应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供能解决全球卫星导航系统无法满足室内定位等问题的一种基于MIMU的室内3D定位方法。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：
[0008]本专利技术一种基于MIMU的室内3D定位方法，其特征是：将定位装置安装在定位目标的脚部，将高度传感器安装在定位目标的胸部；定位装置和高度传感器采集定位目标的运动数据，无线传输到上位机；通过上位机对运动数据的解析处理，实现定位目标高精度的、实时的室内3D定位；所述定位装置包括MIMU模块、BLE蓝牙模块；所述上位机利用LabVIEW所开发而成的软件；所述MIMU模块利用其集成的加速度计、陀螺仪和气压计实时获得定位目标运动时脚部的三轴加速度数据、三轴陀螺仪数据和目标的高度数据，并发送给BLE蓝牙模块为上位机提供原始运动数据；所述BLE蓝牙模块包括定位装置端的BLE蓝牙模块和上位机端的BLE蓝牙模块；定位装置端的BLE蓝牙模块与MIMU模块组合在一起，构成了室内定位系
统的定位装置，接收MIMU模块传输的数据，再将数据无线传输给上位机；上位机端的BLE蓝牙模块一方面接收定位装置端的BLE蓝牙模块传输过来的数据，另一方面为上位机提供原始运动数据。
[0009]本专利技术还可以包括：
[0010]1、所述MIMU模块采用型号为JY901B的十轴姿态陀螺仪传感器模块，所述传感器模块内部集成微惯性传感器和气压高度传感器；利用气压计获得的高度数据，对加速度计数据经过解算后的高度数据进行一次修正，获得较高精度的三维数据；所述BLE蓝牙模块采用基于BLE5.0的无线蓝牙技术；所述定位装置通过MIMU模块、BLE蓝牙模块所设计而成，完成定位目标运动数据的采集和发送功能；所述高度传感器采集定位目标的相对高度数据，对脚部定位装置采集后解析出的高度数据进行二次修正，获得高精度的三维数据；所述上位机通过调用惯性导航算法，在上位机中进行实时数据解析处理，实现定位目标高精度的、实时的室内3D定位功能。
[0011]2、在LabVIEW设计开发的上位机中，使用开源的LabSQL工具包进行LabVIEW和数据库的数据交互，将LabVIEW接收的定位目标的运动数据储存到数据库；使用数据库和MATLAB混合编程的方式实现惯性导航算法对数据库所保存数据的获取；使用MATLAB自带的.NET技术对惯性导航算法进行封装；最后在LabVIEW设计开发的上位机程序中调用之前封装好的惯性导航算法，利用循环结构程序实现定位目标室内3D定位实时显示。
[0012]3、对MIMU模块中加速度计所采集的目标运动数据，采用惯性导航算法中的积分法解算出定位目标的实时x、y、z三轴数据；利用MIMU模块中气压计所采集的目标的实时高度数据，即z轴数据，对由加速度计解算出的x、y、z三轴数据进行一次高度修正，获得较高精度的(x，y，z)数据；接着对安装在定位目标胸部的高度传感器所采集到的相对高度数据，减去定位目标未运动时的初始高度差数据，得到一个新的绝对高度数据，即z轴数据，再对经过一次修正后的(x，y，z)数据进行二次高度修正，以此获得高精度的(x，y，z)数据；实现定位目标高精度的室内3D定位。
[0013]本专利技术的优势在于：采用MIMU进行3D室内定位，自主性高、成本低、稳定性和适应性好，不受制于卫星信号强弱，可以应对复杂的室内环境；采用BLE5.0技术的无线蓝牙模块进行BLE蓝牙模块的设计，传输距离更远，功耗更低，传输效率高；利用气压计和高度传感器对高度数据分别进行一次修正、二次修正，获得高精度的定位数据；再使用LabVIEW设计开发的上位机，实时进行数据处理，实现定位目标高精度的、实时的室内3D定位。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的整体框架图；
[0015]图2为定位装置原理图；
[0016]图3为上位机原理图；
[0017]图4为实现定位目标高精度的室内3D定位的原理图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：
[0019]结合图1
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4，本专利技术一种基于MIMU的室内3D定位方法，将定位装置安装在定位目标
的脚部，将高度传感器安装在定位目标的胸部；定位装置和高度传感器采集定位目标的运动数据，无线传输到上位机；通过上位机对运动数据的解析处理，实现定位目标高精度的、实时的室内3D定位。
[0020]定位装置包括MIMU模块、BLE(Bluetooth Low Energy)蓝牙模块；所述高度传感器用于采集定位目标的相对高度数据；所述上位机主要是利用美国NI公司发布的LabVIEW所开发而成的软件。
[0021]MIMU模块利用其集成的加速度计、陀螺仪和气压计实时获得定位目标运动时脚部的三轴加速度数据、三轴陀螺仪数据和目标的高度数据，并发送给BLE蓝牙模块为上位机提供原始运动数据。
[0022]BLE蓝牙模块包括定位装置端的BLE蓝牙模块和上位机端的BLE蓝牙模块。定位装置端的BLE蓝牙模块与MIMU模块组合在一起，构成了室本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MIMU的室内3D定位方法，其特征是：将定位装置安装在定位目标的脚部，将高度传感器安装在定位目标的胸部；定位装置和高度传感器采集定位目标的运动数据，无线传输到上位机；通过上位机对运动数据的解析处理，实现定位目标高精度的、实时的室内3D定位；所述定位装置包括MIMU模块、BLE蓝牙模块；所述上位机利用LabVIEW所开发而成的软件；所述MIMU模块利用其集成的加速度计、陀螺仪和气压计实时获得定位目标运动时脚部的三轴加速度数据、三轴陀螺仪数据和目标的高度数据，并发送给BLE蓝牙模块为上位机提供原始运动数据；所述BLE蓝牙模块包括定位装置端的BLE蓝牙模块和上位机端的BLE蓝牙模块；定位装置端的BLE蓝牙模块与MIMU模块组合在一起，构成了室内定位系统的定位装置，接收MIMU模块传输的数据，再将数据无线传输给上位机；上位机端的BLE蓝牙模块一方面接收定位装置端的BLE蓝牙模块传输过来的数据，另一方面为上位机提供原始运动数据。2.根据权利要求1所述的一种基于MIMU的室内3D定位方法，其特征是：所述MIMU模块采用型号为JY901B的十轴姿态陀螺仪传感器模块，所述传感器模块内部集成微惯性传感器和气压高度传感器；利用气压计获得的高度数据，对加速度计数据经过解算后的高度数据进行一次修正，获得较高精度的三维数据；所述BLE蓝牙模块采用基于BLE5.0的无线蓝牙技术；所述定位装置通过MIMU模块、BLE蓝牙模块所设计而成，完成定位目标运动数据的采集和发送功能；所述高度传感器采集定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学广，王瑞，高畅，刘宇涛，任贝贝，王国宏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：