一種室內(nèi)定位裝置和定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于定位技術領域，特別涉及一種室內(nèi)定位裝置和定位方法。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的進步和社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對室內(nèi)定位服務的需求與日俱增，在一 些公共場所，如商場、機場、展廳、寫字樓、倉庫、地下停車場等，精確的室內(nèi)定位信息，能夠 方便用戶購物、出行、查找室內(nèi)目標等；能夠?qū)捎每臻g和庫存物資實現(xiàn)高效管理；能夠?qū)?航警察、消防員、士兵、醫(yī)務工作人員完成特定的室內(nèi)任務。智能空間、普適計算等都離不開 位置服務，因此室內(nèi)定位具有廣闊的應用前景。GPS雖然在室外定位方面能滿足很多應用的 需求，但是由于建筑物墻壁、室內(nèi)物體等對信號的阻擋等，在室內(nèi)環(huán)境中其信號很弱或者沒 有，因此在室內(nèi)環(huán)境中很難使用GPS來進行定位。
[0003] 國內(nèi)外關于室內(nèi)定位技術的研宄比較豐富，根據(jù)定位原理有鄰近檢測、指紋匹配 和多邊/角度方法等。鄰近檢測方法將檢測到的信號源位置作為定位位置，精度較低。指紋 匹配方法利用室內(nèi)環(huán)境中的信號特征匹配能夠得到較好的定位精度，但定位結果易受室內(nèi) 多徑效應和環(huán)境變化等影響，定位結果不穩(wěn)定，精度不高，且需建立指紋數(shù)據(jù)庫，工作繁瑣。 而多邊/角度方法需要先通過TOA、TDOA、AOA等算法精確測量定位點到參考點的距離/角 度等信息，再利用三邊測量法等對目標進行定位。如果參考節(jié)點位置信息準確、測量距離準 確，就可以精確地測得目標節(jié)點的位置，但在實際測量中這些數(shù)據(jù)值會存在誤差，影響定位 結果。如需室內(nèi)全覆蓋，還需布置大量的參考點，成本較高。
[0004] 申請?zhí)枮镃N201110054768. 3的專利提出了基于RSSI的加權三邊定位方法，局限 之處在于該方法不能精確測得節(jié)點間的距離，從而使定位誤差較大。
[0005] 申請?zhí)枮镃N201210290193.X的專利提出基于矩陣相關的WLAN室內(nèi)定位方法，局 限之處在于采集室內(nèi)環(huán)境特征指紋需要大量的人力物力，且由于室內(nèi)環(huán)境復雜，多徑效應 明顯，無線信號易受影響，定位精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種室內(nèi)定位裝置，旨在簡化定位裝置的結構，且定位精 度高，穩(wěn)定性好，成本低。
[0007] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種室內(nèi)定位裝置，其特征在于，包括底座、設于所述底座 上的光源、旋轉(zhuǎn)件、設置于所述旋轉(zhuǎn)件上的旋轉(zhuǎn)外殼，以及控制器；
[0008] 所述旋轉(zhuǎn)外殼為半球面狀的殼體或者是由多個小平面或環(huán)形面拼接形成的外切 于一個半球面的殼體；所述光源的發(fā)光點位于所述半球面的球心處；
[0009] 所述旋轉(zhuǎn)外殼劃分為多個平行于煒線的編碼圈，每個編碼圈在經(jīng)度方向相對光源 的角度α已知；每個編碼圈劃分為多個編碼位，所述編碼位在煒度方向相對該編碼圈的中 心點的角度β為360/Ν度，其中N為一個編碼圈中的編碼位的數(shù)量，不同編碼圈的編碼位 排布方式不同；
[0010] 在每個編碼圈中，若干個編碼位為透光狀態(tài)，且不存在連續(xù)兩個或多個非透光的 編碼位，若干個特定方式排布的編碼位構成該編碼圈的起始位及結束位；
[0011] 每個編碼圈中包括一個與其他編碼位形狀不同的特殊編碼位，所述特殊編碼位的 寬度在經(jīng)度方向具有預設的變化規(guī)律；
[0012] 所述底座還設有具有卡槽的光耦合器，所述旋轉(zhuǎn)件面對所述底座的一側設有擋光 片，所述旋轉(zhuǎn)件帶動所述擋光片每穿過卡槽一次，所述控制器控制所述光源發(fā)生一次頻率 跳變；
[0013] 所述室內(nèi)定位裝置還包括接收端，用于放置在待定位點感應光信號并檢測頻率跳 變點，并根據(jù)所述光信號和頻率跳變點進行定位。
[0014] 本發(fā)明的另一目的在于提供基于上述室內(nèi)定位裝置的室內(nèi)定位方法，包括下述步 驟：
[0015] 驅(qū)動旋轉(zhuǎn)外殼進行旋轉(zhuǎn)，使所述旋轉(zhuǎn)外殼由光源投影至待定位點所在水平面的投 影光圈也隨之旋轉(zhuǎn)；
[0016] 由位于待定位點的接收端感應光信號，根據(jù)所述光信號確定其所在的投影光圈， 進而確定該投影光圈的內(nèi)沿與光源之間的連線和所述旋轉(zhuǎn)外殼的轉(zhuǎn)軸之間的角度M= r*a，其中，r為待定位點所在投影光圈的內(nèi)側的投影光圈數(shù)目；
[0017] 根據(jù)接收端感應到的特殊編碼位的寬度確定待定位點與其所在投影光圈的內(nèi)沿 相對光源的夾角△ Θ%進而確定待定位點和光源之間的連線與所述轉(zhuǎn)軸之間的角度Θ = θ Γ+Δ Θ r；
[0018] 定義擋光片穿過卡槽時，所述起始位及結束位的末端在水平面上的投影所指的方 向為初始方向，由所述接收端檢測光源的頻率跳變點及所述起始位及結束位的末端，確定 所述待定位點所在的編碼位投影的前沿與所述初始方向的夾角ω、
[0019] 根據(jù)接收端檢測到頻率跳變點之后連續(xù)采集的透光編碼位數(shù)據(jù)確定發(fā)生頻率跳 變時待定位點與其所在編碼位投影的前沿相對投影光圈中心的夾角△ ω%進而確定待定 位點與所述初始方向之間的角度ω = ω%Λ ω%
[0020] 根據(jù)所述角度θ和角度ω確定待定位點的位置。
[0021] 本發(fā)明實施例提供的定位裝置，通過設置特殊結構的旋轉(zhuǎn)外殼，并設計光源頻率 的跳變規(guī)律，通過一個信號接收端感應光信號，根據(jù)旋轉(zhuǎn)外殼的編碼圈、編碼位及特殊編碼 位的設置，結合采集的光信號，通過上述方法可計算出室內(nèi)空間某點的坐標，裝置結構簡潔 而定位方法新穎、準確、穩(wěn)定性好，不需耗費大量人力物力采集指紋等數(shù)據(jù)，不需設置大量 參考點，不易受外界環(huán)境影響，精度高且穩(wěn)定性好，成本低，適用于室內(nèi)高精度定位。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實施例提供的室內(nèi)定位裝置結構圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明實施例提供的室內(nèi)定位裝置的旋轉(zhuǎn)外殼的立體結構示意圖；
[0024] 圖3是本發(fā)明實施例提供的室內(nèi)定位裝置的旋轉(zhuǎn)外殼的俯視結構示意圖；
[0025] 圖4是本發(fā)明實施例提供的室內(nèi)定位裝置的工作狀態(tài)示意圖；
[0026] 圖5是本發(fā)明實施例提供的室內(nèi)定位裝置的旋轉(zhuǎn)外殼的投影示意圖；
[0027] 圖6是在預設坐標系中進行定位的示意圖；
[0028] 圖7是本發(fā)明實施例提供的室內(nèi)定位裝置的接收端結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0030] 以下結合具體實施例對本發(fā)明的具體實現(xiàn)進行詳細描述：
[0031] 請參考圖1~3,本發(fā)明實施例提供一種室內(nèi)定位裝置，包括底座1、設于底座1上 的光源2、旋轉(zhuǎn)件3、設置于旋轉(zhuǎn)件3上的旋轉(zhuǎn)外殼4,還包括可以控制光源2發(fā)生頻率跳變 的控制器5。其中，旋轉(zhuǎn)件3可以由驅(qū)動電機6驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，該驅(qū)動電機6也可以內(nèi)置于底座1 中。該旋轉(zhuǎn)件3具體可以包括一圓環(huán)，旋轉(zhuǎn)外殼4固定在圓環(huán)上，可跟隨圓環(huán)同步轉(zhuǎn)動。該 旋轉(zhuǎn)外殼4為半球面狀的殼體或者是由多個小平面或環(huán)形面拼接形成的外切于一個半球 面的殼體，總之，該旋轉(zhuǎn)外殼4為半球面形或者具有一半球面形的基面，其橫截面（垂直于 轉(zhuǎn)軸的截面）為圓形或者為正多邊形，光源2的發(fā)光點位于半球面的球心處。該旋轉(zhuǎn)外殼 4劃分為多個平行于煒線的編碼圈41，每個編碼圈41在經(jīng)度方向相對光源2的角度α已 知，且優(yōu)選為每個編碼圈41的角度α都相等。另外，每個編碼圈41還劃分為多個編碼位 411，編碼位411沿著煒線方向依次排列，每個編碼位411在煒度方向相對該編碼圈41的中 心點的角度β都相等，為360/Ν度，其中N為一個編碼圈41中的編碼位411的數(shù)量。為了 在定位時區(qū)分不同的編碼圈41，需要使不同編碼圈41的編碼位411排布方式不同，即每個 編碼圈41都有其特殊性。進一步地，在每個編碼圈41中，若干個編碼位411為透光狀態(tài)，其 他編碼位411為非透光狀態(tài)，且不存在連續(xù)兩個或多個非透光的編碼位411，若干個特定方 式排布的編碼位411構成該編碼圈41的起始位及結束位，因為旋轉(zhuǎn)外殼4進行圓周轉(zhuǎn)動， 因此起始位和結束位相同。為了便于說明，以下均簡稱為結束位。在本實施例中，可以在每 個編碼圈41中設置連續(xù)多個（3個、4個、5個等）透光編碼位作為結束位S，如圖5,并且不 同編碼圈41的結束位所含的編碼位411數(shù)量相同且位置相同，上下對齊。在本實施例中， 可以將透光編碼位記為" 1"，非透光編碼位記為"0"。每個編碼圈41都可表示為由" 1"和 "〇"按照一定規(guī)律排列的序列，例如上述結束位是連續(xù)5個透光編碼位，則為"11111"。當 然，