[发明专利]超声射频信号联合处理的室内定位系统及定位方法

权利要求书

1.一种超声射频信号联合处理的室内定位系统，其特征是，包括三类基本节点：锚节点、移动节点和显控节点；

锚节点固定在室内屋顶，是空间位置已知的固定节点，与移动节点间采用射频超声信号进行联系；

移动节点是空间中需要被确定位置坐标的活动节点；

锚节点和移动节点间通过收发超声信号实现对移动节点的定位；

在移动节点或者显控节点上对接收的超声信号进行数据处理，运算定位，解算出移动节点的空间三维坐标。

显控节点实时显示系统拓扑结构和移动节点定位结果并对整个系统进行协调控制。

2.根据权利要求1所述的超声射频信号联合处理的室内定位系统，其特征在于：显控节点包括控制器、处理器、显示器、射频通信模块，控制器控制处理器、显示器和射频通信模块进行工作。

3.根据权利要求1所述的超声射频信号联合处理的室内定位系统，其特征在于：锚节点包括控制器、信号发生器、超声发射探头、射频通信模块，控制器控制信号发生器、超声发射探头和射频通信模块进行工作。

4.根据权利要求1所述的超声射频信号联合处理的室内定位系统，其特征在于：移动节点包括控制器、处理器、超声接收探头、射频通信模块，控制器控制处理器、超声接收探头和射频通信模块进行工作。

5.根据权利要求3所述的超声射频信号联合处理的室内定位系统，其特征在于：各锚节点间通过射频通信模块发射和接受同步信号，同步信号是射频信号。

6.根据权利要求1所述的超声射频信号联合处理的室内定位系统，其特征在于：锚节点和移动节点间工作于同步模式或异步模式。

7.根据权利要求6所述的超声射频信号联合处理的室内定位系统，其特征在于：同步模式，目标的精确定位依赖于锚节点和移动节点间的时钟准确同步。

8.根据权利要求6所述的超声射频信号联合处理的室内定位系统，其特征在于：异步模式，在满足一定拓扑结构的前提下，目标的精确定位不依赖于锚节点和移动节点间的时钟准确同步。

9.根据权利要求1所述的超声射频信号联合处理的室内定位系统的定位方法，其特征是，包含以下步骤：

(1)在室内屋顶按照特定拓扑结构安装不少于4个以上的锚节点，并准确标定每个锚节点的地理坐标；

(2)锚节点间使用射频信号进行同步并与移动节点间进行超声信号的收发；

(3)在移动节点或者显控节点上进行数据处理、运行定位算法，得出定位结果；

(4)在显控节点上进行定位结果显示。

10.根据权利要求9所述的超声射频信号联合处理的室内定位方法，其特征是，步骤(3)中的定位算法采用球面交汇法确定移动节点坐标，在使用m个锚节点的情况下，已知屋顶m个锚节点的位置分别为坐标(x_n,y_n,z_n)，其中，n＝1,2,3,4…m，求解移动节点位置P坐标(x,y,z)；

由收发位置和斜距得如下球面方程组：

(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2=r12---(1)]]>

(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2=r22---(2)]]>

(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2=r32---(3)]]>

(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2=r42---(4)]]>

(xm-x)2+(ym-y)2+(zm-z)2=rm2---(m)]]>

利用最小二乘法得下式

x^y^z^=A-1B]]>

其中，为x的估计量，为y的估计量，为z的估计量，式中，中间参量A、B如下：

A=2x1-x1y2-y1z2-z1x3-x1y3-y1z3-z1x4-x1y4-y1z4-z1.........xm-x1ym-y1zm-z1]]>

B=d2-d1+r12-r22d3-d1+r12-r32d4-d1+r12-r42···dm-d1+r12-rm2]]>

其中，n＝1,2,3,4…m。