[发明专利]一种基于WiFi和声波结合的室内定位方法

摘要

本发明公开了一种基于WiFi和声波结合的室内定位方法，在室内架设三个以上信标，每个信标周期性地同时向移动终端发送WiFi信号和声波信号，根据两个信号到达移动终端的时间差来确定信标和移动终端之间的距离，然后根据多个信标一起测得的距离值和已知每个信标的空间坐标来计算移动终端的空间位置。本发明使用WiFi信号和声波信号结合，两个信号各有其作用，相比于使用单个测距信号来说，测距更加精准，达到0.5分米级，并且能够节省测距时间。

主权项

1.一种基于WiFi和声波结合的室内定位方法，其特征在于：在室内架设三个以上信标，每个信标周期性地同时向移动终端发送WiFi信号和声波信号，根据两个信号到达移动终端的时间差来确定信标和移动终端之间的距离：将声波信号的传输速度记为vs，将WiFi信号的传播速度记为vr，考虑到vr＞＞vs，因此忽略WiFi信号的传输时间，将移动终端接收到WiFi信号的时刻t1作为声波信号的发出时刻，将移动终端接收到声波信号的时刻t2的到达时刻，则信标与移动终端的距离为s＝(t2‑t1)×vs；所述信标发送出的WiFi信号和声波信号均携带信标标识，同一个信标发送出的WiFi信号携带的信标标识和声波信号携带的信标标识一一对应；移动终端通过识别信标标识确定同一信标发送出的WiFi信号和声波信号，移动终端通过识别信标标识确定WiFi信号的到达时刻和声波信号的到达时刻；所述WiFi信号同时携带信标的位置信息；该方法包括如下步骤：(1)室内架设的N个信标周期性地同时向移动终端发送WiFi信号和声波信号，WiFi信号和声波信号均携带信标标识，WiFi信号同时携带信标的位置信息；(2)移动终端根据接收到的N个WiFi信号得到N个信标的空间位置，根据同一个信标发出的WiFi信号和声波信号得到自身与该信标的直线距离；将第n个信标的空间位置记为(xn,yn,zn)，将移动终端与第n个信标的直线距离记为sn；(3)移动终端根据N个信标的空间位置及对应的直线距离计算出移动终端的空间位置(x,y,z)，并在移动终端的地图上显示；或者移动终端将N个信标的空间位置及对应的直线距离发送给后台，通过后台计算出移动终端的空间位置(x,y,z)并反馈给移动终端，并在移动终端的地图上显示；持续静止的移动终端的空间位置(x,y,z)实时定位方法为：首先基于方程(x‑xn)2+(y‑yn)2+(z‑zn)2＝sn列出方程组，然后采用最小二乘法求解方程组得到(x,y,z)；持续移动的移动终端的空间位置(x,y,z)实时定位方法为：根据k‑1时刻的最优位置(x_k‑1,y_k‑1,z_k‑1)计算k时刻的预测位置并通过卡尔曼滤波法对预测位置进行矫正，得到算k时刻的最优位置(x_k,y_k,z_k)；当移动终端所处的楼层高度保持不变时，认为移动终端在z方向的数值维持不变；对于x方向和y方向采用卡尔曼滤波法进行计算，具体过程为：(31)：根据k‑1时刻x方向和y方向的最优值x_k‑1和y_k‑1计算k时刻x方向和y方向的预测值和其中：A和B为系统环境参数，根据系统所处环境测得；uk‑1为k‑1时刻的系统控制量；(32)根据k‑1时刻x方向和y方向的误差协方差矩阵Px(k‑1)和Py(k‑1)计算k时刻x方向和y方向的误差协方差矩阵Pxk和Pyk为：其中：C为系统噪声协方差矩阵；(33)根据k时刻x方向和y方向的误差协方差矩阵Pxk和Pyk计算k时刻x方向和y方向的卡尔曼增益Jxk和Jyk为：其中：H为系统硬件参数，根据系统硬件结构设定；D为测量噪声协方差矩阵；(34)根据计算k时刻x方向和y方向的卡尔曼增益J_xk和J_yk对k时刻x方向和y方向的预测值和进行优化，k时刻x方向和y方向的最优值x_k和y_k：其中：(exk,eyk)为k时刻x方向和y方向的测量值，rk为测量噪声，其协方差矩阵为D。