[发明专利]一种室内超声波差分定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种室内超声波差分定位方法；将差分定位方法应用于室内超声波定位，用于精确定位室内目标，属于室内定位领域。

背景技术

几年来，导航定位技术成为研究热点，鉴于室外导航定位方法日趋成熟，人们逐渐将研究重点放在室内定位上。在众多室内定位技术中，超声波定位技术作为一种非接触式的检测方法，有着方向性好、纵向分辨率高、对色彩、光照度不敏感等优势，在定位技术中有广泛应用。

超声波定位系统一般由标识、接收器和控制中心组成。控制中心负责时间同步；标识用于发射超声波信号；接收器用于接收并处理信号进行测距，当三个以上接收器收到数据(即伪距)就可以进行三维定位运算，解算出标识位置信息。由于存在超声波速度误差(超声波速度随环境温度变化而变化)、硬件延时误差、安装误差以及其他误差，使得测量伪距与实际距离存在一定的误差，导致解算出的坐标与实际位置信息误差较大。

发明内容

传统的超声波定位方法由于信号串扰、声速、时间同步误差等影响定位精度，针对这一问题，本发明提供了一种室内超声波差分定位方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

室内超声波差分定位系统结构包括：室内超声波定位系统由中心站、信标节点、定位终端以及参考站四部分。

所述室内超声波差分定位方法步骤为：

设布设在屋顶固定位置处的三个信标节点坐标分别为(x₁,y₁,z₁)，(x₂,y₂,z₂)，(x₃,y₃,z₃)，设定参考站位置坐标为(x_u,y_u,z_u)，下标u为参考站标号；

(1)中心站发射射频信号，作为时间同步信号；

(2)参考站和定位终端接收到中心站发送来的时间同步信号后，发射经过伪随机码调制超声波信号；

参考站和定位终端同时发射超声波信号，在信标节点处接收到的超声波信号会存在串扰现象；针对这一问题，该系统采用了扩频编码方式即CDMA：参考站及定位终端分别采用两种不同的伪随机码调制超声波信号并发射；信标节点处，接收并处理超声波信号以区分参考站及定位终端信号达到时间；

(3)安装在室内固定位置处的信标节点接收到中心站发来的时间同步信号后，启动定时器，接收超声波信号，并进行自相关运算以区分参考站及定位终端信号。进行测距，分别得到参考站及定位终端到信标节点k的距离信息ρ′_uk,ρ′_rk；

上述k为三个信标节点编号，k＝1,2,3；

上述ρ′_uk为测得的参考站到信标节点k的距离，ρ′_rk为测得的定位终端到信标节点k的距离；

(4)将参考站到信标节点之间距离测量值与标准值通过公式(1)比较得到参考站到信标节点k的测量伪距误差Δ_uk，Δ_uk为参考站到信标节点k的测量伪距误差距离；

Δ_uk＝ρ_uk-ρ′_uk(1)

式中ρ_uk为参考站到信标节点k的标准距离；

(5)根据第(4)步得到的伪距修正数Δ_uk通过公式(2)修正定位终端到信标节点之间的测量距离；

ρ_rk＝ρ′_rk+Δ_uk(2)

(6)当得到定位终端到三个信标节点之间的修正后的伪距测量值，通过公式(3)即可解算出三维坐标，得到更高精度的定位终端位置坐标信息。

由此可知，根据参考站得到目标节点到信标节点的测量伪距修正系数，通过差分方法即可精确测得目标节点的三维坐标(x,y,z)。

表1是本发明定位误差结果对比表。

表1 定位误差结果对比表

本发明的有益效果：室内超声波差分定位方法可以消除由于超声波速度误差、硬件延时误差、安装误差以及其他误差引起的测量伪距误差，从而提高定位解算精度；引入了扩频编码技术可以消除各路超声波信号之间的串扰现象；相对于现有的超声波定位方法而言，通过超声波差分定位方法得到的定位终端的位置信息精度更高。