[发明专利]基于超声波的室内定位系统及其定位方法

权利要求书

1.基于超声波的室内定位系统，包括位于天花板上的信标节点和位于移动设备上的移动节点，其特征在于，所述信标节点的数量至少为一个，每个信标节点由超声波发射探头S1和超声波发射探头S2组成，每个移动节点包括至少三个超声波接收探头，所述超声波接收探头与接收控制系统连接，其中：

超声波发射探头S1：以时间T为周期，在一个周期内等时间间隔重复发射超声波信号给超声波接收探头；

超声波发射探头S2：以时间T为周期，在一个周期内等时间间隔重复发射超声波信号给超声波接收探头；

超声波接收探头：依次接收超声波发射探头S1和超声波发射探头S2发射的超声波信号，并将超声波信号传输给接收控制系统；

接收控制系统：接收超声波接收探头传输的超声波信号，并处理。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，超声波发射探头S1和超声波发射探头S2之间的距离为6～8cm。

3.根据权利要求1所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，当每个移动节点由三个超声波接收探头组成时，三个超声波接收探头围成一个三角形接收阵列。

4.根据权利要求1所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，当每个移动节点由四个超声波接收探头组成时，四个超声波接收探头位于同一平面，且四个探头中相对的两个探头的连线与另外两个相对的探头的连线相互垂直。

5.根据权利要求1所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，所述接收控制系统内的存储器采用FIFO存储器，所述FIFO存储器用于存储超声波接收探头接收的数据，当数据存储满了之后，自动覆盖掉最初始的数据。

6.基于超声波的室内定位系统的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：设定一个信标节点中的两个超声波发射探头分别为S1和S2，以超声波发射探头S1和S2的基线延长线为y轴，在同一水平面上，以基线延长线的法线方向为x轴，以x轴、y轴所在面的垂直线为z轴，x、y、z轴的相交点为圆心O建立一个三维坐标系；

B：所述信标节点以时间间隔T为周期，重复发射超声波信号，一个周期内相邻两次超声波信号发射的间隔时间相等；

C：所述移动节点接收信标节点发射的超声波信号，得到一个周期T内三个超声波信号的到达时间，分别为t₁₁、t₁₂、t₁₃，定义τ₁＝t₁₂-t₁₁，τ₂＝t₁₃-t₁₂，再根据Δτ＝τ₁-τ₂＝d_scosθ/c计算出移动节点的水平角θ；

在上式中，d_s为一个信标节点中两个超声波发射探头的间距，c为声速；

D：根据阵列测向理论，测得信标节点到移动节点的俯仰角水平角ψ，以此得到移动设备的姿态角ψ-θ；再根据俯仰角以及信标节点到移动节点的垂直高度h，通过计算得到移动节点距离信标节点在水平面上的投影长度l；

E：已知三维坐标系信标节点中S1和S2坐标为(x₀,y₀)，再根据方程组x₁＝x₀+l·cosθ，y₁＝y₀+l·sinθ计算得到移动节点的坐标为(x₁,y₁)，以此得到移动设备的位置。

7.根据权利要求6所述的基于超声波的室内定位系统的定位方法，其特征在于，所述步骤B中，一个周期内的超声波信号发射具体包括以下步骤：

B1：超声波发射探头S1在T₁₁时刻和T₂₁时刻分别发射超声波信号，并设T₁₁与T₂₁时刻的间隔时间为τ；

B2：当距离T₂₁时刻间隔τ时长时，所述超声波发射探头S2在T₃₁时刻发射超声波信号。