[发明专利]一种单基站室内定位系统及定位方法

说明书

本发明属于无线通信定位技术领域，涉及一种单基站室内定位系统及定位方法，包括可固定或可移动的基站和设置于目标体上的定位标签，所述基站与定位标签通讯连接，所述基站包括测距模块和步长定位模块，所述测距模块用于测量基站与定位标签之间的距离，所述步长定位模块用于监测目标体的实时姿态及通过步长计算监测目标体发生的位移，根据测距模块得到的基站与定位标签实际距离，结合步长定位模块测得的目标体的实时姿态及步长得到监测目标体行动轨迹。此方法通过单基站实现室内定位，将LoRa测距和IMU步长定位用于修正定位点，将LoRa用于穿墙和远距离通信。

技术领域

本发明涉及室内定位领域，具体涉及一种单基站室内定位系统及定位方法，室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位、动作捕捉等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。

背景技术

室内定位是指在室内环境中，采用WiFi、蓝牙、ZigBee、RFID、CSS，超宽带等其他技术来实现位置定位。其中CSS、超宽带无线定位系统中，广泛采用TDOA来完成位置解算，TDOA通过测量信号到达不同基站的时间差来估算目标节点的坐标值，多个TDOA测量值可以构成一组关于目标节点位置的双曲线方程组，但常用的解析算法如Fang、Chan、Friedlander等不能满足室内定位的需求，在于室内环境通常属于近场定位，忽略基站的高度进行二维定位会导致水平位置的定位偏差；结合室内环境，基站往往需要沿四周布设，定位基站通常为圆周布设，而目前常用的解析算法，在基站为圆周布设分布时，在近场会出现定位坐标误差偏大的情况，无法进行有效定位。除通讯网络的蜂窝定位技术外，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee、动作捕捉和超声波。

目前室内定位技术主要依靠提前布置多个固定基站，覆盖某个区域，从而实现该区域内人员/物品定位。由于室内接收不到GPS/BD信号，所以需要在室内环境组建传输网络，使得被定位人员/物品联网获取定位信息，但是室内环境蓝牙、WiFi等信号较多，人员分布复杂，传输网络会受到较强的干扰。目前室内定位技术主要依靠在某个固定场景提前布置固定基站，这样使得系统的灵活性和适用性大大降低，室内环境一般墙体较多，但是信号的穿墙能力有限，频率越高穿墙能力越弱。

发明内容

本发明提出一种单基站实现室内定位，无需预设固定基站，将LoRa测距和IMU步长定位用于修正定位点，将LoRa用于穿墙和远距离通信的单基站室内定位系统及定位方法，解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种单基站室内定位系统，包括可固定或可移动的基站和设置于目标体上的定位标签，所述基站与定位标签通讯连接，所述基站包括测距模块和步长定位模块，所述测距模块用于测量基站与定位标签之间的距离，所述步长定位模块用于监测目标体的实时姿态及通过步长计算监测目标体发生的位移，根据测距模块得到的基站与定位标签实际距离，结合步长定位模块测得的目标体的实时姿态及步长得到监测目标体行动轨迹。所述目标体的实时姿态包括目标体的俯仰角、横滚角和航向角。所述测距模块为LoRa测距模块，步长定位模块为IMU步长定位模块；所述基站还包括有用于确认基站的位置的GPS模块和用于将获取的测距信息传输到服务器解算标签位置的4G模块。

一种单基站室内定位系统的定位方法，所述IMU步长定位模块定位目标体包括以下步骤：

步骤一：获得监测目标体的实时姿态，即目标体的俯仰角、横滚角和航向角；

步骤二：修正加速度的积分误差：加入静态约束以修正加速度的积分误差，静态约束即以佩戴标签的目标体落地时作为一步的结束，将此时的速度归0，并修正这一步期间速度偏差造成的位移变化量，即如下式：

积分结果通过数据修正以获得更准确的轨迹；