一種室內(nèi)超聲波定位位置修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種室內(nèi)超聲波定位位置修正方法;采用位置修正方法進行誤差補償 提高室內(nèi)定位精度，用于對室內(nèi)物體的精確定位，屬于導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 室內(nèi)定位技術(shù)在最近幾年成為研究的熱點，隨著室內(nèi)定位技術(shù)的不斷發(fā)展，人們 的生活也會隨之越來越便捷。
[0003] 超聲波室內(nèi)定位技術(shù)具有低成本、抗電磁干擾能力強、不受光線煙霧影響、時間信 息直觀和定位精度高等特點。因此，超聲波定位技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在各種測距和定位系統(tǒng) 中。
[0004] 常用的基于超聲波的室內(nèi)定位技術(shù)主要有：
[0005] 第一種為在需定位物體上安裝射頻發(fā)射器(或紅外發(fā)射模塊)和超聲波發(fā)射器陣 列，在室內(nèi)固定位置安裝超聲波接收器和射頻接收器，定位物體同時發(fā)射射頻信號和超聲 波信號，接收端通過兩個信號到達的時間差定位物體與各個超聲波接收器之間的距離，基 站接收到從固定位置處發(fā)射過來的距離信息并進行定位運算，然后將運算結(jié)果通過數(shù)據(jù)鏈 送往定位物體。
[0006] 第二種為基于CDMA的超聲波定位方法。運種技術(shù)是在室內(nèi)布置多個信標節(jié)點發(fā)射 超聲波信號，定位端安裝超聲波接收器陣列，信標節(jié)點同時發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的超聲波信號，在 定位端通過自相關(guān)運算提取到達時間，進行定位運算。
[0007] 通過運些超聲波定位方法，只需要測得定位終端與Ξ個信標節(jié)點之間的距離就可 W進行Ξ維定位運算，解算出定位終端位置信息。由于存在超聲波速度誤差(超聲波速度隨 環(huán)境溫度變化而變化）、硬件延時誤差、安裝誤差W及其他誤差，使得解算出的坐標與實際 位置信息是不一樣的，存在誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引針對現(xiàn)有的超聲波室內(nèi)定位方法存在的缺陷，本發(fā)明提供了 一種室內(nèi)超聲波定位 位置修正方法。
[0009] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：
[0010] 本發(fā)明所述室內(nèi)超聲波定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括:室內(nèi)超聲波定位系統(tǒng)由中屯、站、信標 節(jié)點、目標節(jié)點W及參考站四部分。
[0011] 本發(fā)明所述室內(nèi)超聲波定位位置修正方法步驟為：
[0012] 設(shè)布設(shè)在屋頂固定位置處的Ξ個信標節(jié)點坐標分別為（xi，yi，zi)，（X2，y2，Z2)， (X3，y3，Z3);設(shè)定參考站位置坐標為(Xu，yu，Zu)，下標U為參考站標號；
[0013] (1)中屯、站發(fā)射射頻信號，作為時間同步信號；
[0014] (2)參考站接收到中屯、站發(fā)送來的時間同步信號后，發(fā)射超聲波信號;安裝在室內(nèi) 固定位置處的信標節(jié)點接收到中屯、站發(fā)來的時間同步信號后，啟動定時器，進行測距，得到 參考站到信標節(jié)點k的距離信息Puk;
[0015] 上述k為Ξ個信標節(jié)點編號，k = l，2,3;
[0016] 上述Puk為測得的參考站到信標節(jié)點k的距離；
[0017] (3)根據(jù)第（2)步得到的距離信息通過公式（1)解算得到參考站測量Ξ維坐標 (X'U,y'U,Z'U);
[001引
（I)
[0019] (4)根據(jù)公式(2)將測量坐標與參考站標準值進行比較得到測量位置誤差修正數(shù) A ;
[0020]
(2)
[0021] (5)中屯、站再次發(fā)射時間同步信號，目標節(jié)點接收到中屯、站發(fā)送來的時間同步信 號后，發(fā)射超聲波信號；安裝在室內(nèi)固定位置處的信標節(jié)點接收到中屯、站發(fā)來的時間同步 信號后，啟動定時器，進行測距，得到目標節(jié)點到信標節(jié)點k的距離信息Prk，Prk為測得的目 標節(jié)點到信標節(jié)點k的距離；
[0022] (6)根據(jù)第(5)步得到的距離信息通過公式(3)解算得到目標節(jié)點Ξ維坐標 y'r'Z'r);
[0023]
0、
[0024] (7)利用第(4)步得到的測量位置誤差修正數(shù)Δ通過公式(4)修正解算出的Ξ維坐 標，得到更高精度的目標節(jié)點位置坐標信息。
[0025]
(4)
[0026] 由此可知，根據(jù)參考站得到位置誤差修正數(shù)，通過位置修正方法即可精確測得目 標節(jié)點的Ξ維坐標(X，y，Ζ)。
[0027] 表1定位誤差結(jié)果對比表
[002引
[0029] 本發(fā)明的有益效果：室內(nèi)超聲波定位位置修正方法可W消除由于超聲波速度誤 差、硬件延時誤差、安裝誤差W及其他誤差引起的定位誤差，相對于現(xiàn)有的超聲波定位方法 而言，通過室內(nèi)超聲波定位位置修正方法得到的目標節(jié)點的位置信息精度更高。
【附圖說明】
[0030] 圖1是室內(nèi)超聲波定位方系統(tǒng)構(gòu)成圖；
[0031] 圖2是信標節(jié)點布設(shè)圖；
[0032] 圖3是定位誤差結(jié)果對比圖；
[0033] 圖中：A為傳統(tǒng)定位誤差、B為位置修正方法定位誤差、橫坐標為數(shù)據(jù)編號、縱坐標 為定位誤差八皿。
【具體實施方式】
[0034] 為了實現(xiàn)高精度的室內(nèi)超聲波Ξ維定位，本發(fā)明提供了一種室內(nèi)超聲波定位位置 修正方法。下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明：
[0035] 室內(nèi)超聲波定位系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：
[0036] 如圖1室內(nèi)超聲波定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖，其主要由中屯、站、信標節(jié)點、目標節(jié)點W 及參考站四部分組成。四部分具體定位步驟如下：
[0037] 設(shè)布設(shè)在屋頂固定位置處的Ξ個信標節(jié)點坐標分別為（xi，yi，zi)，（X2，y2，Z2)， (X3，y3，Z3);設(shè)定參考站位置坐標為(Xu，yu，Zu)，下標U為參考站標號；
[0038] (1)中屯、站發(fā)射射頻信號，作為時間同步信號。
[0039] (2)參考站接收到中屯、站發(fā)送來的時間同步信號后，發(fā)射超聲波信號;安裝在室內(nèi) 固定位置處的信標節(jié)點接收到中屯、站發(fā)來的時間同步信號后，啟動定時器，進行測距，得到 參考站到信標節(jié)點k的距離信息Puk;
[0040]上述k為Ξ個信標節(jié)點編號，k = l，2,3;
[0041 ]上述Puk為測得的參考站到信標節(jié)點k的距離；
[0042] (3)根據(jù)第（2)步得到的距離信息通過公式（5)解算得到參考站測量Ξ維坐標 (X'U,y'U,Z'U);
[0043]
(5)
[0044] (4)根據(jù)公式(6)將測量坐標與參考站標準值進行比較得到測量位置誤差修正數(shù) A ;
[0045]
(6)
[0046] (5)中屯、站再次發(fā)射時間同步信號，目標節(jié)點接收到中屯、站發(fā)送來的時間同步信 號后，發(fā)射超聲波信號；安裝在室內(nèi)固定位置處的信標節(jié)點接收到中屯、站發(fā)來的時間同步 信號后，啟動定時器，進行測距，得到目標節(jié)點到信標節(jié)點k的距離信息Prk，Prk為測得的目 標節(jié)點到信標節(jié)點k的距離；
[0047] (6)根據(jù)第(5)步得到的距離信息通過公式(7)解算得到目標節(jié)點Ξ維坐標 y'r'Z'r);
[004引
（7)
[0049] (7)利用第(4)步得到的測量位置誤差修正數(shù)Δ通過公式(8)修正解算出的Ξ維坐 標，得到更高精度的目標節(jié)點位置坐標信息。
[00加]
輯）
[0051] 由此可知，根據(jù)參考站得到位置誤差修正系數(shù)，通過位置修正方法即可精確測得 目標節(jié)點的Ξ維坐標(X，y，Z)。
[0052] 如圖2所示為本發(fā)明的一個具體實施案例信標節(jié)點布設(shè)圖，在屋頂6m的區(qū) 域布設(shè)四個信標節(jié)點，四個信標節(jié)點Ξ維坐標(坐標單位:mm)分別為(〇,〇,3925)、（1600,0， 3925 )、（ 1600，1600，3925 )、（ 0，1600，3925 )，地面放置目標節(jié)點，進行室內(nèi)超聲波定位實驗， 分別采用傳統(tǒng)超聲波定位方法W及超聲波定位位置修正方法(取正方形區(qū)域中屯、點作為參 考點）進行定位運算，定位誤差表W及誤差比較圖分別見表1和圖3,結(jié)合圖表可W看出，采 用超聲波定位位置修正方法可W更好地提高定位精度，適用于室內(nèi)精確定位。
[0053] 表1定位誤差結(jié)果對比表
[0化4]
[0055] 上述給出了本發(fā)明的一個具體實施案例，室內(nèi)超聲波定位位置修正方法可W實現(xiàn) 室內(nèi)物體的精確定位。本發(fā)明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn) 有技術(shù)。
[0056] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了說明，但本發(fā)明并不局限于上述實施方 式，在本領(lǐng)域的技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可W在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出 各種變化。
【主權(quán)項】
1. 一種室內(nèi)超聲波定位位置修正方法，其特征在于:所述定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括:室內(nèi)超聲 波定位系統(tǒng)由中心站、信標節(jié)點、目標節(jié)點以及參考站四部分。 所述室內(nèi)超聲波定位位置修正方法其主要定位步驟為： 設(shè)布設(shè)在屋頂固定位置處的三個信標節(jié)點坐標分別為(11，71，21)，（12,72,22)，（13,73， Z3);設(shè)定參考站位置坐標為(xu，yu，ZU)，下標U為參考站標號； (1 )中心站發(fā)射射頻信號，作為時間同步信號； (2) 參考站接收到中心站發(fā)送來的時間同步信號后，發(fā)射超聲波信號;安裝在室內(nèi)固定 位置處的信標節(jié)點接收到中心站發(fā)來的時間同步信號后，啟動定時器，進行測距，得到參考 站到信標節(jié)點k的距離信息Puk; 上述k為三個信標節(jié)點編號，k = 1，2，3; 上述Puk為測得的參考站到信標節(jié)點k的距離； (3) 根據(jù)第(2)步得到的距離信息通過公式（1)解算得到參考站測量三維坐標(x'j、， z、)；(4) 根據(jù)公式(2)將測量坐標與參考站標準值進行比較得到測量位置誤差修正數(shù)△;(5) 中心站再次發(fā)射時間同步信號，目標節(jié)點接收到中心站發(fā)送來的時間同步信號后， 發(fā)射超聲波信號；安裝在室內(nèi)固定位置處的信標節(jié)點接收到中心站發(fā)來的時間同步信號 后，啟動定時器，進行測距，得到目標節(jié)點到信標節(jié)點k的距離信息P rk，PrA測得的目標節(jié) 點到信標節(jié)點k的距離； (6) 根據(jù)第（5)步得到的距離信息通過公式(3)解算得到目標節(jié)點三維坐標(χ%，7%， z/r);(7) 利用第(4)步得到的測量位置誤差修正數(shù)△通過公式(4)修正解算出的三維坐標， 得到更高精度的目標節(jié)點位置坐標信息； 一r : -,ζ由此可知，根據(jù)參考站得到位置誤差修正數(shù)，通過位置修正方法即可精確測得目標節(jié) 點的三維坐標(X，y，z)。
【專利摘要】一種室內(nèi)超聲波定位位置修正方法，所述定位系統(tǒng)由中心站、信標節(jié)點、目標節(jié)點以及參考站四部分組成。本發(fā)明所述室內(nèi)超聲波定位位置修正方法可以消除由于超聲波速度誤差、硬件延時誤差、安裝誤差以及其他誤差引起的定位誤差，相對于現(xiàn)有的超聲波定位方法而言，通過室內(nèi)超聲波定位位置修正方法得到的目標節(jié)點的位置信息精度更高。
【IPC分類】G01S5/18
【公開號】CN105629201
【申請?zhí)枴緾N201610004556
【發(fā)明人】熊劍, 周先贊, 楊祖華, 楊歡, 郭杭, 林舟杰, 馬號, 徐江穎
【申請人】南昌大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月6日