[发明专利]一种动态随机布设信标的室内人员定位导航系统及方法

说明书

一种动态随机布设信标的室内人员定位导航系统及方法，导航模块具备蓝牙终端，可以通过蓝牙信号与iBeacon信标进行交互。导航模块还具备检测当前角速度和加速度的惯性测量单元。导航模块还具备接收、处理、存储惯性测量单元、蓝牙接收单元数据，输出当前位置和航向的导航软件，导航模块还具有将导航软件存储信息发送给手持式终端的通讯单元。当持有蓝牙终端的导航模块进入信标感应区，接收到信标广播的UUID号并通过RSSI信号强弱即可对导航模块进行辅助定位。本发明不受外界信号干扰，全程自主定位，可应用在室内、室外、地下、矿洞等多种环境，解决无卫星定位系统时人员导航定位问题。

技术领域

本发明涉及一种动态随机布设信标的室内人员定位导航系统及方法，属于室内行人导航技术领域。

背景技术

惯性导航系统是基于已知位置，加速度，速度，方向信息，来估算下一位置信息来进行导航的系统。惯性导航系统运用加速度计来测量动作力度大小，陀螺仪通过感应设备的加速度来测量方向，电脑来解算导航信息。加速度计输出三个轴的加速度，通过积分计算出加速度，结合运动方向，进一步估算出位置信息。根据计算原理，惯性导航在长时间导航后会产生很大的误差，无法进行准确定位导航。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种动态随机布设信标的室内人员定位导航系统及方法，解决了现有惯性导航系统在长时间导航过程中定位精度会严重下降，无法正确地进行导航及定位等功能，甚至还会提供错误的定位及导航信息给使用者问题。

本发明的技术方案是：

一种动态随机布设信标的室内人员定位导航系统，包括：导航模块，iBeacon信标以及手持式信息设备；

被放置在使用者的行走路径上的iBeacon信标周期性地向外界广播，广播的信号包括：与位置信息对应的UUID值和标志信号强弱的RSSI值；

所述手持式信息设备通过无线电波传播方式与导航模块建立通信；

手持式信息设备接收导航模块发送的导航信息并显示给使用者；

导航模块内置惯性传感器，能够测量使用者当前的角速度、加速度；所述惯性传感器包括：三轴陀螺仪传感器和三轴加速度计传感器；

导航模块内置惯性导航软件；惯性导航软件通过对惯性传感器测量数据的处理，进行定位解算，得到定位结果PI；

使用者穿戴导航模块在行走路径上进入任一iBeacon信标感应区内时，导航模块实时接收并存储iBeacon信标广播的信号；导航模块根据广播获得的数据，利用惯性导航软件的RSSI信号序列辨识算法，估算使用者达到iBeacon信标的时刻和iBeacon信标的位置信息PB，利用所述iBeacon信标的位置信息PB和惯性定位结果PI，进行位置更新计算，并利用扩展卡尔曼滤波算法，对三轴陀螺仪传感器的随机漂移进行估计，获得三轴陀螺仪传感器的随机漂移估计结果；在下一个解算周期内，利用三轴陀螺仪传感器的随机漂移估计结果对三轴陀螺仪传感器的输出进行补偿。

定位结果x_ins为东向位移，y_ins为北向位移，为航向角度。

所述对三轴陀螺仪传感器的输出进行补偿，具体为：

在使用者在第t个解算周期进入UUID值为k的iBeacon信标的广播范围时，导航模块中的蓝牙终端接收并存储第k个iBeacon信标广播的信号：其中，UUID_t和RSSI_t分别为第t个解算周期接收到的UUID值和RSSI值；k∈(1,2,3…K)；t＝1,2,3…；