專利名稱：基于三臺(tái)通信車的室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于三臺(tái)通信車的室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法，屬于電子信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，具體說屬于利用電子信息產(chǎn)品及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在建筑物內(nèi)進(jìn)行室 內(nèi)精確定位的系統(tǒng)和方法的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，自然災(zāi)害和突發(fā)公共安全事件頻頻發(fā)生，室內(nèi)救援和危機(jī)處置人員在遇 險(xiǎn)時(shí)的救護(hù)工作也成為了救援過程中的重要一環(huán)。例如消防部隊(duì)在火災(zāi)救援過程中不時(shí)出 現(xiàn)消防員的傷亡事故，由于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的情況復(fù)雜，易燃易爆物品、有毒氣體和粉塵及空氣含 氧量低等因素時(shí)刻威脅消防員的生命安全。在消防員意外受傷無法移動(dòng)時(shí)，快速找到受傷 消防員，并將其帶離現(xiàn)場(chǎng)救治，對(duì)保障消防員的人身安全有著重要的意義。在現(xiàn)有的定位技術(shù)中，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)是利用定位衛(wèi)星來實(shí)施室外的 定位、測(cè)速及導(dǎo)航服務(wù)的主流技術(shù)，目前主要為2D的。但是，GPS所使用的電磁波頻率在 1. 5GHz左右，波長較短，適合視距的直線傳播，但穿透障礙物的能力不強(qiáng)，由于建筑物的屏 蔽，GPS無法進(jìn)行室內(nèi)定位。這也就意味著，直接借用GPS信號(hào)實(shí)行室內(nèi)定位在技術(shù)上是行 不通的。雖然目前有通過使用GPS中繼或電信運(yùn)營商的基站來進(jìn)行室內(nèi)輔助定位(A-GPS) 的技術(shù)，但是定位精度一般為2-10米，而對(duì)室內(nèi)定位由于涉及到樓層，所以垂直方向上的 精度要達(dá)到不能差樓層，要求較高。目前已有的常用室內(nèi)定位技術(shù)，有紅外定位、802. 11無線網(wǎng)絡(luò)定位、超聲波定位、 微雷達(dá)定位、RFID定位和超寬帶(UWB)技術(shù)定位等。超聲波和雷達(dá)是采用靠接收發(fā)射信號(hào) 的反射波來確定目標(biāo)位置的一種技術(shù)，主要的不足是傳播距離有限和穿透障礙物的能力不 強(qiáng)。剩余的幾種大體上都是采用傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)被測(cè)目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度的方式來實(shí)現(xiàn)定位 目的。這就需要預(yù)先在室內(nèi)放置傳感器，建立傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于沒有預(yù)置傳感網(wǎng)絡(luò)的建筑或不 具備放置條件的建筑，這類的定位方法就無能為力了。由于目前的定位技術(shù)大多是室外的基于衛(wèi)星的定位技術(shù)，一是存在定位精度不高 的問題，目前民用級(jí)別的定位精度為2 10米。二是由于GPS系統(tǒng)所使用的無線電波的頻 率在1. 5GHz左右，頻率較高，容易被障礙物阻擋，導(dǎo)致了其穿透能力不強(qiáng)的問題，故無法穿 透建筑物進(jìn)行室內(nèi)定位的問題。而目前的主流室內(nèi)定位技術(shù)也是需要預(yù)先在室內(nèi)布置傳感 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，靈活性和適應(yīng)性大打折扣，對(duì)于危急情況下的機(jī)動(dòng)部署和快速定位無能為力，而 且定位的距離和信號(hào)的穿透性受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于三臺(tái)通信車的室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法，可應(yīng)用于公安、消防、 武警等多個(gè)部門的應(yīng)急救援場(chǎng)合于緊急情況下的室內(nèi)救援人員、危險(xiǎn)物品、貴重物品的快 速、精確定位；以實(shí)現(xiàn)適用于室內(nèi)，可以隨時(shí)開赴需要定位的現(xiàn)場(chǎng)，快速機(jī)動(dòng)部署，無需室內(nèi) 預(yù)先布防監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)，而且信號(hào)的穿透性強(qiáng)的目的。
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為達(dá)到所述的目的本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于三臺(tái)通信車的室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括發(fā)射裝置、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和定位終端， 所述的發(fā)射裝置為相對(duì)于建筑物互成一定角度排列的三臺(tái)通訊車組成，以其中一臺(tái)通訊車 為基準(zhǔn)，建立定位坐標(biāo)系；所述的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)頻率為340MHz的警用頻率；所述的定位終 端為便攜的背負(fù)式設(shè)備；該發(fā)射裝置通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)與定位終端建立移動(dòng)通訊連接。該三臺(tái)通信車的位置是放置于以建筑物為中心，半徑50-500米的圓弧上，每臺(tái)通 訊車之間與圓心的角度為120度。該三臺(tái)通信車的位置是放置于以建筑物為中心的半徑為300米的圓弧上，每臺(tái)通 訊車之間與圓心的角度為120度。該三臺(tái)通信車互成180度角排列成一直線位于建筑物的一側(cè)。該定位終端包括固定在封閉式外殼上用于信號(hào)收發(fā)的天線和用于背負(fù)的背帶；與 所述天線電性連接的接收/發(fā)射模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和供電模塊設(shè)置于所述的外殼內(nèi)；該 供電模塊為蓄電池；來自信號(hào)收發(fā)天線接收的信號(hào)通過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行基帶信號(hào)和信號(hào) 上下變頻處理，處理后的信號(hào)通過接收/發(fā)射模塊發(fā)射。一種實(shí)施所述的定位系統(tǒng)的方法，包括如下步驟(1)系統(tǒng)啟動(dòng)，通訊車就位；(2)使用指北針和測(cè)距儀獲得通訊車之間、通訊車和建筑物之間的相對(duì)方位和距 罔；(3)利用獲得的數(shù)據(jù)初始化建立定位位置坐標(biāo)系；(4)將發(fā)射裝置的三臺(tái)通訊車相對(duì)于建立的所述坐標(biāo)系的位置計(jì)算出其坐標(biāo)作為 坐標(biāo)系的已知參考點(diǎn)，將建筑物的結(jié)構(gòu)信息納入此坐標(biāo)系中；(5)發(fā)射裝置搜索移動(dòng)的定位終端并建立聯(lián)系；(6)發(fā)射裝置將獲得的定位終端的位置信息記錄保存；(7)定位結(jié)束。該步驟(4)中已知參考點(diǎn)的計(jì)算方法為把其中一臺(tái)通訊車作為該坐標(biāo)系的原點(diǎn)， 并將其坐標(biāo)記為(0，0，0)，由指北針和測(cè)距儀測(cè)出其他兩臺(tái)通訊車相對(duì)于該原點(diǎn)坐標(biāo)的角 度和距離，并經(jīng)簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算得到其他兩臺(tái)通訊車在該坐標(biāo)系中相對(duì)于原點(diǎn)的坐標(biāo)。該步驟(5)中發(fā)射裝置搜索移動(dòng)的定位終端并建立聯(lián)系的方法為(a)發(fā)射裝置的三臺(tái)通信車向建筑物定向發(fā)射信號(hào)，以便建筑物內(nèi)的定位終端接 收信息，發(fā)射的信號(hào)內(nèi)包含定位坐標(biāo)系的原點(diǎn)，三臺(tái)通信車位于該坐標(biāo)系的坐標(biāo)和用于系 統(tǒng)時(shí)鐘同步的信息；(b)被定位目標(biāo)的定位終端通過接收三臺(tái)通信車的信號(hào)來確定通信車的位置和自 己與通信車的空間距離，計(jì)算原理為假設(shè)定位終端在定位坐標(biāo)系的坐標(biāo)為(X，1，Z)，而三 臺(tái)通信車的坐標(biāo)可以由接收信號(hào)內(nèi)直接讀出，根據(jù)三維空間坐標(biāo)系內(nèi)兩點(diǎn)間距離的計(jì)算方 法，得到3個(gè)包含被定位終端的位置變量的方程進(jìn)行組合求解，從而得出自己的坐標(biāo)位置 fn息ο該步驟(b)中位置變量的方程為計(jì)算三維空間中任意兩點(diǎn)的距離的方程，其中距 離由公式S = C*t求出，C為光速常量，t為信號(hào)從通信車發(fā)送到定位終端接收期間的時(shí)間差。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案可在緊急情況下實(shí)施快速室內(nèi)精確定位，克服衛(wèi)星定位無 法工作于室內(nèi)定位環(huán)境的缺點(diǎn)，而且同目前的主流室內(nèi)定位技術(shù)相比，不需要預(yù)先建立傳 感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，使用三臺(tái)通信車作為信號(hào)發(fā)射源，建立定位空間系統(tǒng)，由于通信車可以隨時(shí)移 動(dòng)，所以具有快速機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)；通信頻率上使用340MHz的頻段，穿透力較強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)。本系統(tǒng)可以在火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行迅速部署，通過本定位系統(tǒng)，能使救援指揮人員 能更好的調(diào)度和分配救援力量，同時(shí)可以對(duì)遇險(xiǎn)消防隊(duì)員進(jìn)行迅速定位施救，降低消防救 援人員的救援風(fēng)險(xiǎn)，為消防員在救援過程中多提供了一層安全保障。


圖1為本發(fā)明理想情況下三臺(tái)通訊車的相對(duì)位置示意圖；圖2為本發(fā)明一般情況下三臺(tái)通訊車的相對(duì)位置示意圖；圖3為本發(fā)明定位終端的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明定位系統(tǒng)的工作流程圖；圖5為本發(fā)明基于三臺(tái)通訊車的室內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖中標(biāo)號(hào)說明A、建筑物 B、電信基站C、定位衛(wèi)星D、街道1、1號(hào)通信車2、2號(hào)通信車3、3號(hào)通信車101、天線102、外殼103、接收/發(fā)射模塊104、背帶105、數(shù)據(jù)處理模塊106、供電模塊
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明詳細(xì)描述如下一種基于三臺(tái)通信車的室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括發(fā)射裝置、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和定位終端， 所述的發(fā)射裝置為相對(duì)于建筑物互成一定角度排列的三臺(tái)通訊車組成，該三臺(tái)通信車的位 置是放置于以建筑物為中心，半徑50-500米，最佳半徑為300米的圓弧上，每臺(tái)通訊車之間 與圓心的角度為120度?；蛘咴撊_(tái)通信車互成180度角排列成直線位于建筑物的一側(cè)，若 將三臺(tái)通訊車置于一條直線，位于中間的通訊車分別與其他兩通訊車之間的直線距離最佳 為100米。以其中一臺(tái)通訊車為基準(zhǔn)，建立定位坐標(biāo)系；所述的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)頻率為340MHz 的警用頻率；所述的定位終端為便攜的背負(fù)式設(shè)備；該發(fā)射裝置通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)與接收 終端建立移動(dòng)通訊連接。該定位終端包括固定在封閉式外殼上用于信號(hào)收發(fā)的天線和用于背負(fù)的背帶；與 所述天線電性連接的接收/發(fā)射模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和供電模塊設(shè)置于所述的外殼內(nèi)；該 供電模塊為蓄電池；來自信號(hào)收發(fā)天線接收的信號(hào)通過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行基帶信號(hào)和信號(hào) 上下變頻處理，處理后的信號(hào)通過接收/發(fā)射模塊發(fā)射。一種實(shí)施所述的定位系統(tǒng)的方法，包括如下步驟
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(1)系統(tǒng)啟動(dòng)，通訊車就位；(2)使用指北針和測(cè)距儀獲得通訊車之間、通訊車和建筑物之間的相對(duì)方位和距 罔；(3)利用獲得的數(shù)據(jù)初始化建立定位位置坐標(biāo)系；(4)將發(fā)射裝置的三臺(tái)通訊車相對(duì)于建立的此坐標(biāo)系的位置計(jì)算出其坐標(biāo)作為坐 標(biāo)系的已知參考點(diǎn)(已知參考點(diǎn)的計(jì)算方法為把其中一臺(tái)通訊車作為該坐標(biāo)系的原點(diǎn)，并 將其坐標(biāo)記為(0，0，0)，由指北針和測(cè)距儀測(cè)出其他兩臺(tái)通訊車相對(duì)于該原點(diǎn)角度和距離， 并經(jīng)簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算得到其他兩臺(tái)通訊車在該坐標(biāo)系中相對(duì)于原點(diǎn)的坐標(biāo))，將建筑物的 結(jié)構(gòu)信息納入此坐標(biāo)系中；(5)發(fā)射裝置搜索移動(dòng)的定位終端并建立聯(lián)系，發(fā)射裝置搜索移動(dòng)的定位終端并 建立聯(lián)系的方法為(a)發(fā)射裝置的三臺(tái)通信車向建筑物定向發(fā)射信號(hào)，以便建筑物內(nèi)的定位終端接 收信息，發(fā)射的信號(hào)內(nèi)包含定位坐標(biāo)系的原點(diǎn)，三臺(tái)通信車位于該坐標(biāo)系的坐標(biāo)和用于系 統(tǒng)時(shí)鐘同步的信息；(b)被定位目標(biāo)的定位終端通過接收三臺(tái)通信車的信號(hào)來確定通信車的位置和自 己與通信車的空間距離，計(jì)算原理為假設(shè)定位終端在定位坐標(biāo)系的坐標(biāo)為(X，1，Z)，而三 臺(tái)通信車的坐標(biāo)可以由接收信號(hào)內(nèi)直接讀出，根據(jù)三維空間坐標(biāo)系內(nèi)兩點(diǎn)間距離的計(jì)算方 法，得到3個(gè)包含被定位終端的位置變量的方程進(jìn)行組合求解，從而得出自己的坐標(biāo)位置 信息，該位置變量的方程為計(jì)算三維空間中任意兩點(diǎn)的距離的方程，其中距離由公式s = c*t求出，c為光速常量，t為信號(hào)從通信車發(fā)送到定位終端接收期間的時(shí)間差。(6)發(fā)射裝置將獲得的定位終端的位置信息記錄保存；(7)定位結(jié)束。本定位系統(tǒng)是一種基于無線信號(hào)傳輸、接收與處理的室內(nèi)精確定位系統(tǒng)，其原理 是基于三臺(tái)通信車進(jìn)行室內(nèi)目標(biāo)的定位(如圖1，圖2中的三臺(tái)通訊車為1號(hào)通訊車1，2號(hào) 通訊車2和3號(hào)通訊車3)。定位系統(tǒng)主要有三部分組成發(fā)射裝置、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和定位終端。其中發(fā)射裝置 為三臺(tái)通信車，傳輸網(wǎng)絡(luò)為無線網(wǎng)絡(luò)，頻率為340MHz，(340MHz的頻率是公安警察使用的警 用頻率，如果通信車使用該頻率且是消防部門使用的話沒有問題，個(gè)人使用此頻段需要向 無委會(huì)申請(qǐng)，并遵循無委會(huì)關(guān)于此頻段的使用規(guī)定。)定位終端為便攜式的背負(fù)式設(shè)備，主 要由天線101 (即信號(hào)收發(fā)天線部分)、接收/發(fā)射模塊103 (即信號(hào)上下變頻模塊)、數(shù)據(jù) 處理模塊105(即基帶信號(hào)處理模塊)、供電模塊106、外殼102和背帶104組成，供電方式 采用蓄電池，整體結(jié)構(gòu)類似無線電臺(tái)。定位終端由人員攜帶；三臺(tái)通信車的理想位置是放 置于以建筑物為中心的半徑50-500米的圓弧上，最佳距離為300米，每臺(tái)車之間與圓心的 角度為120度(見圖2)。對(duì)于受地形條件限制的情況，如建筑物A周圍沒有足夠的空間來 按照理想狀況放置通信車，可以按照實(shí)際地形情況放置通信車的位置(如建筑物A前面只 有一面臨街，其他方位均有建筑物遮擋，則三臺(tái)通信車要放置于沿街道D的同一直線上，見 圖3，若將三臺(tái)通訊車置于一條直線，三臺(tái)通訊車之間的直線距離最佳為100米，即以1號(hào)通 訊車1為中心，1號(hào)通訊車1與2號(hào)通訊車2的直線距離為100米，1號(hào)通訊車1與3號(hào)通 訊車3的直線距離為100米)；并在計(jì)算目標(biāo)位置時(shí)按照三臺(tái)通信車的實(shí)際位置進(jìn)行計(jì)算。(實(shí)際位置即通信車的相對(duì)位置情況，包括它們之間的角度和距離，利用指北針和測(cè)距儀很 容易得到這些數(shù)據(jù)。)整體網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示，1號(hào)通訊車1，2號(hào)通訊車2和3號(hào)通訊 車3通過電信基站B或定位衛(wèi)星C與建筑物A內(nèi)的定位終端(實(shí)際上是攜帶便攜式的背負(fù) 式設(shè)備的人員)通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)建立通訊連接。工作流程1)當(dāng)定位系統(tǒng)工作時(shí)，三臺(tái)通信車迅速達(dá)到定位現(xiàn)場(chǎng)，并按照實(shí)際的地理情況布 放(如在一條直線上，各通訊車之間的直線距離最佳為100米；或在一條圓弧上)，以其中 一臺(tái)車為基準(zhǔn)，使用指北針和測(cè)距儀確定彼此之間和與建筑物之間的相對(duì)方向及距離，建 立定位坐標(biāo)系的模型，并把三臺(tái)通信車相對(duì)于此坐標(biāo)系的位置計(jì)算出其坐標(biāo)，作為此坐標(biāo) 系的已知參考點(diǎn)，(計(jì)算已知參考點(diǎn)的方法為把其中一臺(tái)通訊車作為該坐標(biāo)系的原點(diǎn)(比 如1號(hào)通訊車1)，并將其坐標(biāo)記為(0，0，0)，由指北針和測(cè)距儀測(cè)出其他兩通訊車(比如2 號(hào)通訊車2和3號(hào)通訊車3)相對(duì)于該原點(diǎn)的角度和距離，并經(jīng)簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算得到其他兩 臺(tái)通訊車在該坐標(biāo)系中相對(duì)于原點(diǎn)的坐標(biāo)。)并將建筑物的信息(如建筑物的立體結(jié)構(gòu)圖 或建筑物的長寬、高度和樓層信息等)納入此坐標(biāo)系中。2)通信車向建筑物定向發(fā)射信號(hào)，以便建筑物內(nèi)的接收終端(即定位終端)接收 信息，發(fā)射的信號(hào)內(nèi)包含定位坐標(biāo)系的原點(diǎn)，通信車位于該坐標(biāo)系的坐標(biāo)，和用于系統(tǒng)時(shí)鐘 同步的信息。3)被定位目標(biāo)(信號(hào)接收終端，或稱定位終端)，由人員背負(fù)攜帶，結(jié)構(gòu)如圖4所 示，通過接收三臺(tái)通信車的信號(hào)來確定通信車的位置和自己與通信車的空間距離，計(jì)算原 理為假設(shè)定位終端在定位坐標(biāo)系的坐標(biāo)為(X，1，Z)，而三通信車的坐標(biāo)可以由接收信號(hào) 內(nèi)直接讀出，根據(jù)三維空間坐標(biāo)系內(nèi)兩點(diǎn)間距離的計(jì)算方法，得到3個(gè)包含被定位終端的 位置變量的方程，(該方程是簡單的數(shù)學(xué)方程，即計(jì)算三維空間中任意兩點(diǎn)的距離的方程) 進(jìn)行組合求解，從而得出自己的坐標(biāo)位置信息。其中距離的信息由公式s = c*t求出，c為 光速常量，t為信號(hào)從通信車發(fā)送到定位終端接收這期間的時(shí)間差。由于電磁波在傳播過 程中可能發(fā)生反射或折射，從而在接收端造成接收的無線電波不是直射波，影響距離計(jì)算 的精度，因此需要對(duì)無線電波的頻率和發(fā)射功率按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，使接收終 端(即定位終端)接收到的盡量為直射波。4)在接收終端(即定位終端)得到自己的位置信息后，終端把自己的位置信息報(bào) 告(一般為自動(dòng)報(bào)告，只需接收終端(即定位終端)接通電源，即可與通信車進(jìn)行通信)給 通信車，通信車將該定位終端的信息進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)終端位置移動(dòng)時(shí)，需要重新進(jìn)行定位和報(bào) 告位置信息的流程，以便通信車能隨時(shí)了解終端的位置信息。本系統(tǒng)中信號(hào)發(fā)射車為定位的主要部分，共有三臺(tái)通訊車(如圖1，圖2中的三臺(tái) 通訊車為1號(hào)通訊車1，2號(hào)通訊車2和3號(hào)通訊車3)。信號(hào)接收終端(即定位終端)為便 攜式設(shè)備，負(fù)責(zé)處理信號(hào)發(fā)射車所發(fā)射的信號(hào)，并反饋相關(guān)目標(biāo)的位置信息。傳輸信號(hào)所使 用的無線電波的頻率為340MHz左右，具有較好的穿透建筑物的能力。本定位系統(tǒng)尤其適用于緊急情況下的室內(nèi)目標(biāo)的精確定位，如火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)消防 員的定位等。本發(fā)明所描述的室內(nèi)定位技術(shù)，不同現(xiàn)有的室內(nèi)傳感型定位系統(tǒng)，而是被定位目
8標(biāo)通過與室外的固定的互成一定角度的三臺(tái)通信車之間進(jìn)行通信來確定其位置，不需要預(yù) 先建立室內(nèi)傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精確定位。另外，現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)往往要依 靠外部電源才能正常工作，而當(dāng)建筑物出現(xiàn)緊急情況時(shí)，如火災(zāi)時(shí)，可能會(huì)切斷供電，這也 使得現(xiàn)有的這種定位技術(shù)無法使用，而本發(fā)明所涉及的設(shè)備的正常運(yùn)行，與建筑物內(nèi)的供 電沒有關(guān)系，所以尤其適用于緊急情況下的室內(nèi)目標(biāo)的定位。概括來講，本發(fā)明相比現(xiàn)有定位技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面1)主流的GPS和輔助GPS定位技術(shù)存在不能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位和室內(nèi)定位精度不高的 問題，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)較精確的室內(nèi)定位(小于2米)；2)現(xiàn)有的主流室內(nèi)定位技術(shù)需要預(yù)先建立一個(gè)監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)，然后通過被定位目 標(biāo)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息傳遞進(jìn)行定位。雖然該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高精度定位，但是適用的普遍性 受限，對(duì)沒有預(yù)先建立傳感網(wǎng)絡(luò)或傳感網(wǎng)絡(luò)因突發(fā)災(zāi)難遭破壞的建筑無法使用該技術(shù)進(jìn)行 室內(nèi)定位，本發(fā)明可以在普通的建筑物內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速定位，定位的網(wǎng)絡(luò)主要依靠應(yīng)急通信車， 機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可以快速實(shí)施，具有很好的適用性；3)現(xiàn)有的主流室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)建筑物有一定的依賴關(guān)系，如供電、布線等，一旦遭 遇停電或線纜被切斷(這種情況在災(zāi)難發(fā)生時(shí)很容易出現(xiàn))，該定位系統(tǒng)就無法工作，本發(fā) 明所描述的定位系統(tǒng)比較獨(dú)立，可以不考慮建筑物的供電情況，在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)仍然可以正常 工作，所以本發(fā)明尤適用于公安、武警、消防在處置緊急突發(fā)狀況時(shí)救援人員的室內(nèi)定位。
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權(quán)利要求
一種基于三臺(tái)通信車的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)射裝置、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和定位終端，所述的發(fā)射裝置為相對(duì)于建筑物互成一定角度排列的三臺(tái)通訊車組成，以其中一臺(tái)通訊車為基準(zhǔn)，建立定位坐標(biāo)系；所述的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)頻率為340MHz的警用頻率；所述的定位終端為便攜的背負(fù)式設(shè)備；該發(fā)射裝置通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)與定位終端建立移動(dòng)通訊連接。
2.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于該三臺(tái)通信車的位置是放置于以建筑物 為中心，半徑50-500米的圓弧上，每臺(tái)通訊車之間與圓心的角度為120度。
3.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于該三臺(tái)通信車的位置是放置于以建筑物 為中心的半徑為300米的圓弧上，每臺(tái)通訊車之間與圓心的角度為120度。
4.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于該三臺(tái)通信車互成180度角排列成一直 線位于建筑物的一側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于該定位終端包括固定在封閉式外殼上用 于信號(hào)收發(fā)的天線和用于背負(fù)的背帶；與所述天線電性連接的接收/發(fā)射模塊，數(shù)據(jù)處理 模塊和供電模塊設(shè)置于所述的外殼內(nèi)；該供電模塊為蓄電池；來自信號(hào)收發(fā)天線接收的信 號(hào)通過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行基帶信號(hào)和信號(hào)上下變頻處理，處理后的信號(hào)通過接收/發(fā)射模 塊發(fā)射。
6.一種實(shí)施如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)的方法，其特征在于包括如下步驟(1)系統(tǒng)啟動(dòng)，通訊車就位；(2)使用指北針和測(cè)距儀獲得通訊車之間、通訊車和建筑物之間的相對(duì)方位和距離；(3)利用獲得的數(shù)據(jù)初始化建立定位位置坐標(biāo)系；(4)將發(fā)射裝置的三臺(tái)通訊車相對(duì)于建立的所述坐標(biāo)系的位置計(jì)算出其坐標(biāo)作為坐標(biāo) 系的已知參考點(diǎn)，將建筑物的結(jié)構(gòu)信息納入此坐標(biāo)系中；(5)發(fā)射裝置搜索移動(dòng)的定位終端并建立聯(lián)系；(6)發(fā)射裝置將獲得的定位終端的位置信息記錄保存；(7)定位結(jié)束。
7.如權(quán)利要求6所述的定位系統(tǒng)的方法，其特征在于該步驟(4)中已知參考點(diǎn)的計(jì)算 方法為把其中一臺(tái)通訊車作為該坐標(biāo)系的原點(diǎn)，并將其坐標(biāo)記為(0，0，0)，由指北針和測(cè)距 儀測(cè)出其他兩臺(tái)通訊車相對(duì)于該原點(diǎn)坐標(biāo)的角度和距離，并經(jīng)簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算得到其他兩 臺(tái)通訊車在該坐標(biāo)系中相對(duì)于原點(diǎn)的坐標(biāo)。
8.如權(quán)利要求6所述的定位系統(tǒng)的方法，其特征在于該步驟(5)中發(fā)射裝置搜索移動(dòng) 的定位終端并建立聯(lián)系的方法為(a)發(fā)射裝置的三臺(tái)通信車向建筑物定向發(fā)射信號(hào)，以便建筑物內(nèi)的定位終端接收信 息，發(fā)射的信號(hào)內(nèi)包含定位坐標(biāo)系的原點(diǎn)，三臺(tái)通信車位于該坐標(biāo)系的坐標(biāo)和用于系統(tǒng)時(shí) 鐘同步的信息；(b)被定位目標(biāo)的定位終端通過接收三臺(tái)通信車的信號(hào)來確定通信車的位置和自己與 通信車的空間距離，計(jì)算原理為假設(shè)定位終端在定位坐標(biāo)系的坐標(biāo)為(X，1，z)，而三臺(tái)通 信車的坐標(biāo)可以由接收信號(hào)內(nèi)直接讀出，根據(jù)三維空間坐標(biāo)系內(nèi)兩點(diǎn)間距離的計(jì)算方法， 得到3個(gè)包含被定位終端的位置變量的方程進(jìn)行組合求解，從而得出自己的坐標(biāo)位置信 肩、ο
9.如權(quán)利要求8所述的定位系統(tǒng)的方法，其特征在于該位置變量的方程為計(jì)算三維空 間中任意兩點(diǎn)的距離的方程，其中距離由公式S = c*t求出，C為光速常量，t為信號(hào)從通信 車發(fā)送到定位終端接收期間的時(shí)間差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三臺(tái)通信車的室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法，屬于利用電子信息產(chǎn)品及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在建筑物內(nèi)進(jìn)行室內(nèi)精確定位的系統(tǒng)和方法的技術(shù)領(lǐng)域。包括發(fā)射裝置、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和定位終端，所述的發(fā)射裝置為相對(duì)于建筑物互成一定角度排列的三臺(tái)通訊車組成，該發(fā)射裝置通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)與定位終端建立移動(dòng)通訊連接；所述的定位方法包括將發(fā)射裝置的三臺(tái)通訊車相對(duì)于建立的所述坐標(biāo)系的位置計(jì)算出其坐標(biāo)作為坐標(biāo)系的已知參考點(diǎn)，發(fā)射裝置搜索移動(dòng)的定位終端，建立聯(lián)系并保存記錄。本定位系統(tǒng)比較獨(dú)立，可以不考慮建筑物的供電情況，在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)仍然可以正常工作，尤適用于公安、武警、消防在處置緊急突發(fā)狀況時(shí)救援人員的室內(nèi)定位。
文檔編號(hào)G01S5/14GK101959129SQ201010296489
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者李華民, 杜東陽 申請(qǐng)人:李華民