【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于室内定位领域，具体涉及到一种基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统和方法。
技术介绍
1、当前社会下人们对基于位置的服务(location-based service,lbs)需求强烈。其中，室外定位目前已通过全球卫星导航系统(global navigation satellite system,gnss)实现亚米级的室外定位精度；但是由于卫星信号无法穿透建筑物，因此，室内定位无法利用gnss实现。故而在gnss无法提供室内定位服务的情况下，准确的室内位置信息已成为开展室内lbs的重点研究方向。
2、目前，精度与可靠性较高的室内lbs有运用在超宽带(uwb)定位、wifi定位、射频识别(rfid)定位、蓝牙定位、视觉定位和超声波定位等方面。其中，wifi定位、蓝牙定位的精度为米级，具备有易部署、难维护的缺点；uwb定位的精度达亚米级，具备有成本极高的缺点；rfid定位的定位精度达分米级，但具备易部署、难维护且定位范围小的缺点；视觉定位的精度受传感器的限制较大，难以在低成本下广泛运用；超声波定位的定位精度达到分米甚至厘米级，其具有易部署、易维护且成本低的优点，但由于其使用的超声波为机械波，因此容易因为超声波信号易受阻挡而导致定位失效的情况的发生。
3、综上，目前能够推广应用的能够兼具高精度、低成本、易维护的室内lbs已成为室内lbs研究中的瓶颈。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位方法。
3、本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：
4、一种基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统，包括定位目标装置、信号接收装置和控制系统，其中，
5、所述定位目标装置包括设置在所需要坐标定位的定位目标上的超声波发射器和蓝牙装置一；所述信号接收装置包括多组信号接收传感器；每组信号接收传感器包括超声波换能器和蓝牙装置二；多组信号接收传感器中的蓝牙装置二和控制系统共同组成蓝牙mesh组网；
6、当定位目标到达检测区域内时，所述定位目标上的超声波发射器所发射的超声波被多组信号接收传感器中的超声波换能器接收；同时，该定位目标中的蓝牙装置一接入到所述的蓝牙mesh组网中，以同步定位目标装置和信号接收装置中的时序；所述控制系统根据定位目标与各个信号接收传感器之间的距离，计算出定位目标的坐标。
7、优选的，所述信号接收传感器还包括温度传感器和湿度传感器，通过温度传感器和湿度传感器来监测检测区域内的温度和湿度，以实现对超声波的速度进行实时补正；所述定位目标装置还包括惯性测量imu装置，所述惯性测量imu装置用于采集定位目标的线速度和角速度。
8、优选的，所述超声波发射器和所述超声波换能器均呈矩阵排列，或者通过电机控制其旋转的方式使其能够发射多方向的超声波信号。
9、优选的，所述信号接收传感器至少为三组。
10、一种基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位方法，包括以下步骤：
11、s1、定位目标进入到待检测区域，该定位目标中的蓝牙模装置一接入到蓝牙mesh组网中；
12、s2、定位目标通过阵列排布的超声波发射器实时发射超声波信号，多组信号接收传感器中的超声波换能器接收到超声波信号后，通过控制系统计算各组信号接收传感器与定位目标之间的距离。
13、s3、控制系统结合所得到的定位目标与各组信号接收传感器之间的距离，以此计算出定位目标的实际坐标；同时结合定位目标的运动状态和得到的定位目标的实际坐标，对蓝牙指纹库中的数据进行更新；
14、s4、控制系统对定位目标的连续多次位置进行处理，估计出该定位目标的运动状态。
15、优选的，在步骤s2中，所述控制系统根据蓝牙mesh组网来获得超声波列阵中超声波信号的发射时间以及各组信号接收传感器接收到超声波信号的接收时间，并依据超声波的传播速度来计算出定位目标与各组信号接收传感器之间的距离，并以此计算出该定位目标的实际坐标。
16、优选的，在步骤s3中，通过对比原始蓝牙指纹数据库，以定位目标已经过的实际坐标为基础，读取该实际坐标时的rssi指纹向量并通过插值法更新该实际坐标及坐标周围的蓝牙指纹库。
17、优选的，在步骤s3中，当有且仅有两组信号接收传感器接收到超声波列阵组所发送的超声波信号时，则通过搭建运动状态预测模型估计出定位目标的下一坐标范围，并通过以两组信号接收传感器为焦点、两组信号接收传感器的距离差为长轴，建立双曲线方程，以此计算得出定位目标的下一步具体坐标范围，推算出定位目标的位置坐标。
18、优选的，在步骤s3中，当仅有一组信号接收传感器接收到超声波列阵组所发送的超声波信号时，则通过定位目标装置内的蓝牙装置一所检测到的蓝牙信号强度进行指纹特征定位匹配算法并结合运动状态预测模型，推算出定位目标装置的位置坐标。
19、优选的，在步骤s3中，当有三组或三组以上的信号接收传感器接收到超声波列阵组所发送的超声波信号时，通过采用基于定位目标与各组信号接收传感器之间的距离的toda算法来计算出所述定位目标的位置坐标。
20、本专利技术与现有技术相比具有以下的有益效果：
21、1、本专利技术的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统通过将超声波与蓝牙指纹库定位方法结合，采用蓝牙mesh组网，指纹库自更新，超声波列阵等方式，针对不同情况下的算法进行改进，克服了室内定位中超声波无法识别定位目标的问题，并通过改进定位方法以及信息处理方法，实现了高精度室内定位。
22、2、本专利技术的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统具有高精度、低成本且易维护的优点。
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1.一种基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统，其特征在于，包括定位目标装置、信号接收装置和控制系统，其中，
2.根据权利要求1所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统，其特征在于，所述信号接收传感器还包括温度传感器和湿度传感器，通过温度传感器和湿度传感器来监测检测区域内的温度和湿度，以实现对超声波的速度进行实时补正；所述定位目标装置还包括惯性测量IMU装置，所述惯性测量IMU装置用于采集定位目标的线速度和角速度。
3.根据权利要求1所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统，其特征在于，所述超声波发射器和所述超声波换能器均呈矩阵排列，或者通过电机控制其旋转的方式使其能够发射多方向的超声波信号。
4.根据权利要求1所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统，其特征在于，所述信号接收传感器至少为三组。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统的室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位方法，其特征在于，在步骤S2中，所述控制系统根据蓝
7.根据权利要求5所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位方法，其特征在于，在步骤S3中，通过对比原始蓝牙指纹数据库，以定位目标已经过的实际坐标为基础，读取该实际坐标时的RSSI指纹向量并通过插值法更新该实际坐标及坐标周围的蓝牙指纹库。
8.根据权利要求5所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位方法，其特征在于，在步骤S3中，当有且仅有两组信号接收传感器接收到超声波列阵组所发送的超声波信号时，则通过搭建运动状态预测模型估计出定位目标的下一坐标范围，并通过以两组信号接收传感器为焦点、两组信号接收传感器的距离差为长轴，建立双曲线方程，以此计算得出定位目标的下一步具体坐标范围，推算出定位目标的位置坐标。
9.根据权利要求5所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位方法，其特征在于，在步骤S3中，当仅有一组信号接收传感器接收到超声波列阵组所发送的超声波信号时，则通过定位目标装置内的蓝牙装置一所检测到的蓝牙信号强度进行指纹特征定位匹配算法并结合运动状态预测模型，推算出定位目标装置的位置坐标。
10.根据权利要求5所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位方法，其特征在于，在步骤S3中，当有三组或三组以上的信号接收传感器接收到超声波列阵组所发送的超声波信号时，通过采用基于定位目标与各组信号接收传感器之间的距离的TODA算法来计算出所述定位目标的位置坐标。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统，其特征在于，包括定位目标装置、信号接收装置和控制系统，其中，
2.根据权利要求1所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统，其特征在于，所述信号接收传感器还包括温度传感器和湿度传感器，通过温度传感器和湿度传感器来监测检测区域内的温度和湿度，以实现对超声波的速度进行实时补正；所述定位目标装置还包括惯性测量imu装置，所述惯性测量imu装置用于采集定位目标的线速度和角速度。
3.根据权利要求1所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统，其特征在于，所述超声波发射器和所述超声波换能器均呈矩阵排列，或者通过电机控制其旋转的方式使其能够发射多方向的超声波信号。
4.根据权利要求1所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统，其特征在于，所述信号接收传感器至少为三组。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位系统的室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于超声波与蓝牙指纹库的室内定位方法，其特征在于，在步骤s2中，所述控制系统根据蓝牙mesh组网来获得超声波列阵中超声波信号的发射时间以及各组信号接收传感器接收到超声波信号的接收时间，并依据超声波的传播速度来计算出定位目标与各组信号接收传感器之间的距离，并以此计算出该定位目标的实际坐标。...
【专利技术属性】
技术研发人员：李声乐，张以璇，刘力斌，孙雨瑶，罗望超，邓力栗，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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