[发明专利]集成卫星导航与蓝牙技术的室内外无缝定位系统及其方法

摘要

本发明涉及一种集成卫星导航与蓝牙技术的室内外无缝定位系统及其方法，包括室外卫星定位模块、室内蓝牙定位模块、室内外定位融合切换模块及电子地图显示模块；室外卫星定位模块利用GPS或北斗卫星导航终端进行室外定位；室内蓝牙定位模块采用场强衰减原理和三维空间定位算法进行室内定位；室内外定位融合切换模块根据室内外定位通信信号的强度，基于联邦卡尔曼滤波器，对室内外定位方式进行融合、切换和集成，实现室内外定位的平滑过渡；电子地图显示模块以二维电子地图或室内平面图、三维建筑物模型场景图为基础，显示定位结果。该系统不仅可为智能移动设备提供室内外一体化定位功能，而且定位速度快、定位精度高。

主权项

一种集成卫星导航与蓝牙技术的室内外无缝定位方法，其特征在于，提供一种集成卫星导航与蓝牙技术的室内外无缝定位系统，包括：一室外卫星定位模块、一室内蓝牙定位模块、一室内外定位融合切换模块以及一电子地图显示模块；所述室外卫星定位模块用于通过GPS/北斗卫星导航系统进行室外空间定位，输出GPS和/或北斗卫星导航信号定位数据；所述室内蓝牙定位模块用于通过采用场强衰减模型和三维空间定位算法进行室内空间定位，输出蓝牙通信信号定位数据；所述室内外定位融合切换模块用于通过采用基于联邦卡尔曼滤波器的方式，建立基于所述GPS和/或北斗卫星导航信号定位数据与所述蓝牙通信信号定位数据的融合模型，对室内外定位方式进行融合；所述电子地图显示模块用于通过以二维电子地图、室内平面图或三维建筑物模型场景图为基础，显示室内室外定位结果；按照如下方式实现：步骤S10：所述定位系统根据所述室外卫星定位模块接收到的GPS和/或北斗卫星导航信号或所述室内蓝牙定位模块接收到的蓝牙通信信号的强度选择该定位系统的定位方式；若所述室外卫星定位模块接收到GPS和/或北斗卫星导航信号，则转入步骤S11；若所述室内蓝牙定位模块收到室内布设的蓝牙基站发出的蓝牙通信信号，则转入步骤S12；若所述室外卫星定位模块接收到GPS和/或北斗卫星导航信号且所述室内蓝牙定位模块收到室内布设的蓝牙基站发出的蓝牙通信信号，则转入步骤S13；步骤S11：所述室外卫星定位模块采用GPS/北斗双模定位模块进行室外定位，即所述GPS/北斗双模定位模块通过GPS/北斗卫星导航系统对所述定位系统进行室外空间定位，输出GPS和/或北斗卫星导航信号定位数据，并转入步骤S14；步骤S12：所述室内蓝牙定位模块检测各个蓝牙基站发出的蓝牙通信信号，采用场强衰减模型获取所述定位系统与各个蓝牙基站的距离，并采用高斯分布模型对所获取的所述定位系统与各个蓝牙基站的距离的距离值进行修正，再采用三维空间定位算法获取该定位系统的室内位置，输出蓝牙通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤S14；步骤S13：所述室外卫星定位模块采用GPS/北斗双模定位模块进行综合定位，输出GPS和/或北斗卫星导航信号定位数据；所述室内蓝牙定位模块检测各个蓝牙基站发出的蓝牙信号，采用场强衰减模型获取所述定位系统与各个蓝牙基站的距离，并采用高斯分布模型对所获取的所述定位系统与各个蓝牙基站的距离的距离值进行修正，再通过采用三维空间定位算法获取该定位系统的位置，输出蓝牙通信信号定位数据，并转入步骤S14；步骤S14：所述室内外定位融合切换模块采用基于联邦卡尔曼滤波器的方式，建立基于所述GPS和/或北斗卫星导航信号定位数据与所述蓝牙通信信号定位数据的融合模型，对室内和室外定位方式进行融合、切换和集成，完成室内和室外定位的平滑过渡，以提高所述定位系统的定位精度；步骤S15：所述电子地图显示模块以二维电子地图、室内平面图或三维建筑物模型场景图为基础，通过结合所述室内外定位融合切换模块输出的定位数据融合信息，显示室内室外定位结果；在所述步骤S12中，还包括如下步骤：步骤S121：所述室内蓝牙定位模块在同一个检测位置接收蓝牙基站发送的蓝牙信号若干次；步骤S122：所述室内蓝牙定位模块根据接收的该蓝牙基站每次发出的蓝牙信号，解析获取该次蓝牙信号强度或能量以及所述定位系统对应接收的该次蓝牙信号强度或能量，并采用接收信号强度指示(RSSI)衰减传播模型获取所述定位系统与该蓝牙基站的距离；步骤S123：采用如下所示的高斯分布模型对若干次采集的距离值进行筛选：F(x)=1σ2πexp(-(x-μ)22σ2)]]>其中，xi为第i次测量得到的距离值，n为总体测量次数；除去误差为F(x)＜0.6的测量值，经过高斯过滤后，再对剩下的距离值求均值，获取所述定位系统与该蓝牙基站误差处于0.6≤F(x)≤1内的距离值，并将该距离值作为该蓝牙基站与所述定位系统的距离；步骤S124：所述室内蓝牙定位模块通过所述步骤S121、所述步骤S122以及所述步骤S123分别获取所述定位系统与其余蓝牙基站的距离值；步骤S125：所述室内蓝牙定位模块通过比对所获取的所述定位系统与蓝牙基站的距离值，选择距离值最小的3个蓝牙基站，并分别以每个蓝牙基站布设的位置坐标为圆心、以每个蓝牙基站到所述定位系统的距离值为半径构造3个球体，获取该3个球体的交集，并根据该交集的几何中心确定所述定位系统的位置坐标；在所述步骤S125中，所述室内蓝牙定位模块在获取3个球体的交集过程中，还包括如下步骤：S1251：将3个球体分别对应投影到XOY平面和YOZ平面，在XOY平面和YOZ平面分别形成3个圆；S1252：分别在XOY平面或YOZ平面上对应建立3个圆的外切正方形；若所建立的3个外切正方形间有交集，获取该交集的几何中心；若3个外切正方形间没有交集，则对应建立同时包含这3个正方形的最小外包正方形，获取该外包正方形的几何中心；S1253：根据XOY平面获取的几何中心确定所述定位系统的X坐标和Y坐标，根据YOZ平面获取的几何中心确定所述定位系统的Z坐标；在所述步骤S1252中，在获取外切正方形的交集时，以外切正方形的左下角顶点(x1,y1)和右上角顶点(x2,y2)表示，即将外切正方形表示为：Square＝[(x1,y1),(x2,y2)]；两个外切正方形a和b在有交集的情况下，其交集表示为：[(max(xa1,xb1),max(ya1,yb1)),(min(xa2,xb2),min(ya2,yb2))]，其中，max和min分别是用于求取两个数中的最大值和最小值的函数；两个外切正方形在没有交集的情况下，其最小外包正方形表示为：[(min(xa1,xb1),min(ya1,yb1)),(max(xa2,xb2).max(ya2,yb2))]。