一種室內定位系統(tǒng)及其定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動定位技術，具體涉及一種室內定位系統(tǒng)及其定位方法。
【背景技術】
[0002] 近幾年，隨著無線通信與微電子技術的快速發(fā)展，使得智能型手持裝置能整合 更多的感應設備并發(fā)展出更多元的服務內容，而無形中也帶動了基于位置的服務（LBS， LocationBasedServices)發(fā)展。
[0003] 現(xiàn)有技術中的LBS分為跟蹤/安全性（Tracking/Safety)、交通/旅游（Traffic/ Travel)、信息（Information)、社群（Community)、推營銷（PushingMarketing)、LBS游戲 (LBSGame)等六大服務，其服務的首要目的為定位，因此如何搜集與處理定位信息，讓定位 能更精確、更有效率地完成。
[0004] 現(xiàn)有技術中常用的定位方式為全球定位系統(tǒng)（GPS，GlobalPositioning System)，相較于其他定位系統(tǒng)而言，其定位范圍最廣，可提供準確定位，然而GPS定位卻常 因樹蔭、高樓林立等環(huán)境干擾因素，造成GPS定位精確度降低。
[0005] 為確保室內定位的服務質量，現(xiàn)有技術中多采用基站定位、三角定位、指紋定位等 方式，輔助甚至取代GPS的室內定位角色，其中三角定位常用的室內定位媒介包含：無線電 頻率（RF,Radiofrequency)信號（Wi-Fi、Zig-bee、Bluetooth)、紅外線、超音波、光學、 磁場強度等，將收到的信號信息做距離測量或角度測量，其測距算法多采用：信號到達時間 TOA(TimeOfArrival)、信號到達時間差TD0A(TimeDifferenceOfArrivals)、信號到 達角度AOA(AngleOfArrival)以及接收信號強度指標RSSI(ReceivedSignalStrength Indication)等方式來估算目標物所在位置；而另一種有別于傳統(tǒng)測距定位方式為指紋定 位，利用相對的概念來取代絕對，其定位的優(yōu)勢在于可經由脫機時，測得參考點信息來建立 數據庫，并于實際定位時提供做數據比對的依據，然而無論是三角定位或是指紋定位都須 依賴已知的無線訪問接入點（AP，WirelessAccessPoint)信息來進行定位，導致AP的建 設位置以及單純或復雜的環(huán)境格局，都會影響室內定位的準確度，一旦環(huán)境產生變動，容易 造成定位誤差率。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種室內定位系統(tǒng)及其定位方法，通過采用用戶的智能型 手持裝置做為AccessPoint發(fā)送端，并且在環(huán)境中建置具有全向性與指向性天線的接收 器，用于偵測智能型手持裝置的信號值強弱，再由子區(qū)域判別、輔助點判別等定位演算機制 來提供最合適的定位服務。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：一種室內定位系統(tǒng)，用于對目 標物進行定位，其特點是，所述目標物能夠發(fā)送無線基地臺信號，所述室內定位系統(tǒng)包含： 若干個接收器，每一接收器包含一全向性天線及若干支指向性天線，分別用于掃描目 標物發(fā)送的無線基地臺信號； 處理器，分別與目標物及接收器連接，用于對接收器掃描到的無線基地臺信號進行處 理，得到目標物的定位結果，并將定位結果回傳至目標物； 數據庫，與所述處理器連接，用于存儲已完成定位的目標物的位置信息。
[0008] 室內定位系統(tǒng)還包含若干個輔助模塊，所述輔助模塊為已完成定位的目標物，用 于根據處理器的指令取代接收器，完成掃描目標物發(fā)送的無線基地臺信號。
[0009] 所述的處理器包含依次連接的連接模塊、定位信息模塊及定位算法模塊； 所述的連接模塊分別與目標物、接收器及輔助模塊連接，用于向目標物下達定位命令 及回傳定位結果，還用于接收接收器及輔助模塊掃描到的無線基地臺信號； 所述的定位信息模塊，用于對接收到的無線基地臺信號值進行處理，以確定目標物的 子區(qū)域； 所述的定位算法模塊，用于根據目標物所處的子區(qū)域選擇預設的定位算法，用以完成 對目標物的定位。
[0010] 所述預設定位算法包含指向性天線定位算法、四點定位算法及輔助性四點定位算 法。
[0011] -種室內定位方法，其特點是，包含以下步驟： 51、 若干個接收器分別掃描目標物發(fā)送的無線基地臺信號； 52、 處理器根據每一接收器掃描到的無線基地臺信號值估算目標物的子區(qū)域； 53、 判斷目標物的子區(qū)域是否位于某一接收器的可辨別范圍內； 53. 1、若是，則采用指向性天線定位算法對目標物進行定位，并將定位結果存儲于數據 庫中； 若否，則執(zhí)行步驟S4; 54、 在數據庫中查找是否存在輔助模塊； 54. 1、若否，則采用四點定位算法對目標物進行定位，并將定位結果存儲于數據庫中； 若是，則執(zhí)行步驟S5 ; 55、 判斷輔助模塊是否符合輔助定位標準； S5.1、若是，則采用輔助性四點定位算法對目標物進行定位，并將定位結果存儲于數據 庫中； 若否，則執(zhí)行步驟S4. 1。
[0012] 所述的步驟S1之前還包含一步驟so: so、目標物向處理器發(fā)送定位請求，并接收處理器的指令轉換為行動式無線基地臺模 式。
[0013] 所述的步驟S3. 1中采用指向性天線定位算法對目標物進行定位的步驟包含： 建立每一接收器子區(qū)域內的參考點； 根據接收器中指向性天線掃描到的無線基地臺信號值判斷目標物的方向； 選取目標物所在方向的參考點，利用K-近鄰算法（KNN，k-NearestNeighbor)指紋定 位方式完成對目標物的定位。
[0014] 所述的步驟S4. 1中采用四點定位算法對目標物進行定位的步驟包含： 將每一接收器中全向性天線掃描到的無線基地臺信號值轉化為距離； 取圓形區(qū)域，其中圓心為接收器所在位置，半徑為對應接收器中全向性天線掃描到的 無線基地臺信號值轉化得到的距離； 取各圓的交點； 取所有交點的中心位置即為目標物的位置。
[0015] 所述的步驟S5. 1中采用輔助性四點定位算法對目標物進行定位的步驟包含： 輔助模塊取代對應的接收器； 將每一接收器掃描到的無線基地臺信號值轉化為距離； 將每一輔助模塊掃描到的無線基地臺信號值轉化為距離； 取圓形區(qū)域，其中圓心為接收器所在位置，半徑為對應接收器掃描到的無線基地臺信 號值轉化得到的距離，或者圓心為輔助模塊所在位置，半徑為對應輔助模塊掃描到的無線 基地臺信號值轉化得到的距離； 取各圓的交點； 取所有交點的中心位置即為目標物的位置。
[0016] 本發(fā)明一種室內定位系統(tǒng)及其定位方法與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：經由子區(qū) 域篩選方式，不僅能縮小誤差范圍，也能夠依照子區(qū)域的環(huán)境特性提供目標物最合適的定 位演算機制；當目標物位于接收器附近時，采用指向性指紋定位提供服務，透過指向性天線 的信號值以及角度信息來增強各個參考點之間的差異性，并經由四支指向性天線彼此間對 于目標物的信號強弱來估測目標物所在方位，再選取該方向的參考點，如此一來可縮小定 位區(qū)域范圍并提升定位準確度；當目標物位于中間模糊區(qū)域時，采用輔助點定位提供服務， 利用距離目標物越近信號值越穩(wěn)定的概念，以輔助者取代接收器幫助目標物定位，縮小圓 的半徑以降低誤差范圍。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明一種室內定位系統(tǒng)的結構框圖； 圖2為接收器子區(qū)域示意圖； 圖3為接收器中間區(qū)域示意圖； 圖4為輔助模塊選擇示意圖； 圖5為本發(fā)明一種室內定位方法的流程圖； 圖6為建立參考點的不意圖； 圖7為參考點篩選的示意圖； 圖8為指向性天線定位算法對目標物進行定位的示意圖； 圖9為信號值轉距離的示意圖； 圖10為四點定位算法對目標物進行定位的示意圖； 圖11為輔助模塊取代接收器的示意圖； 圖12為輔助型四點定位算法對目標物進行定位的示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。
[0019] 如圖1所示，一種室內定位系統(tǒng)，用于對目標物100進行定位，所述目標物100能 夠發(fā)送無線基地臺信號并具備上網功能，如2G、3G或4G，較佳地目標物為一智能型手持裝 置（MobileDevice)如iOS或Android的手機，所述室內定位系統(tǒng)包含：若干個接收器200， 每一接收器200包含一全向性天線及若干支指向性天線，分別用于掃描目標物100發(fā)送的 無線基地臺信號，較佳地，每一接收器200包含一全向性天線及四支指向性天線，四支指向 性天線分別命名為Antl、Ant2、Ant3及Ant4即接收器200可同時接收到5組無線基地臺信 號值（RSSIvalue);處理器300,分別與目標物100及接收器200連接，用于對接收器200 掃描到的無線基地臺信號進行處理，得到目標物100的定位結果，并將定位結果回傳至目 標物100 ;數據庫400,與所述處理器300連接，用于存儲已完成定位的目標物的位置信息； 若干個輔助模塊500,所述輔助模塊500為已完成定位的目標物，用于根據處理器300的指 令取代接收器200,完成掃描目標物發(fā)送的無線基地臺信號，即此時的智能型手持裝置處于 接收模式。
[0020] 處理器300包含依次連接的連接模塊301、定位信息模塊302及定位算法模塊 303 ;所述的連接模塊3