[发明专利]一种利用声信号与惯性导航融合的室内定位系统及定位方法

说明书

本发明公开一种利用声信号与惯性导航融合的室内定位系统及定位方法，该系统包括智能移动终端、信标节点、局域网及服务器，定位方法分为声信号定位和惯性导航定位，其中声信号定位为通过到达时间差算法获得声信号定位信息，惯性导航定位为通过智能移动终端自带的加速度计、陀螺仪和电子罗盘，获得惯性导航定位信息，并通过异步信息融合算法将声信号定位信息和惯性导航定位信息进行数据融合，进而输出准确的导航定位结果。本发明将声信号定位和惯性导航定位相融合，实现优势互补，一方面利用声信号定位消除了惯性导航定位的累积误差，另一方面弥补了声信号定位由于遮挡情况导致定位信息造成严重误差的缺陷，定位精度高，更好地满足用户定位需求。

技术领域

本发明属于基于位置的服务(Location Based Service,LBS)领域，尤其涉及一种利用声信号与惯性导航融合的室内定位系统及定位方法。

背景技术

随着移动通信技术的快速发展，LBS越来越受到人们的青睐。LBS广泛支持与地理空间信息相关的应用，比如信息查询、急救服务、道路导航、资产管理、人员跟踪、定位广告等，为人们的生产和生活带来了很大的便捷。由于技术方案及应用场景不同，基于位置服务技术可分为室外定位技术和室内定位技术：在室外环境，全球导航卫星系统(GlobalPositioning System,GPS)在军事、民用领域应用非常广泛，且可按要求达到精确的实时定位导航；然而在室内环境，由于受到建筑物的遮挡而发生多路径效应影响，导致卫星信号急剧衰减甚至不存在，使得室内环境无法通过卫星系统实现位置信息的实时获取和导航功能，高精度室内定位的需求使得不依赖于GPS的室内定位技术与服务成为研究热点。

惯性导航定位方法和声信号定位方法，是当下较为普遍的两种室内定位方法。其中惯性导航定位，能实现位置信息的实时更新，受外界环境影响小，然而其初始位置需要人为设定，定位存在累积误差，随着用户行进距离的增加，定位精度随之降低，需要阶段性，通过融合其他方式，对其位置进行修正。而声信号定位，有较高的定位精度，精度可达分米级，不存在累积误差，然而其存在复杂环境下易受遮挡影响导致定位出现很大误差或定位信息缺失等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用声信号与惯性导航融合的室内定位系统及定位方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种利用声信号与惯性导航融合的室内定位系统，其特征在于，所述系统包括智能移动终端、信标节点、服务器以及局域网，其中：

所述的智能移动终端上安装有用户端定位软件，该软件包括惯性导航模块、声信号定位模块及定位信息融合模块；所述的惯性导航模块通过对用户进行步伐检测、步长估计、运动方向估计及运动速度估计来获得惯性导航定位信息；所述的声信号定位模块通过智能移动终端自带的扬声器，发射调制声信号，并接收来自局域网的声信号定位信息；所述的定位信息融合模块用于对所述的惯性导航定位信息和声信号定位信息进行异步信息融合，获得更加准确的定位信息；

所述的信标节点数量至少为3个，所述的信标节点包括麦克风、微处理器、A/D芯片、SD卡、无线通信模块及电源模块，用于监测和采集所述的智能移动终端发出的调制声信号，对该调制声信号进行到达时刻估计，并将估计结果通过局域网传输至服务器；

所述的局域网用于传输系统运行指令、各信标节点到达时刻估计结果及声信号定位信息；

所述的服务器安装上位机软件，通过发出系统运行指令控制系统运行，并接收来自各信标节点的到达时刻估计结果，进而计算到达时间差，并利用基于最小二乘的到达时间差定位算法，获得声信号定位信息，并通过局域网将所述的声信号定位信息传送至用户智能移动终端。

进一步地，所述的智能移动终端为具有惯性测量元件、扬声器模块、无线通信模块和微处理器的通用智能设备。

进一步地，所述局域网为无线局域网WLAN或蓝牙短距离局域网络。