一種室內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濟的發(fā)展，人們對室內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，精確的室內定位信息，能夠 方便用戶購物、出行、查找室內目標等；能夠對可用空間和庫存物資實現(xiàn)高效管理；能夠導 航警察、消防員、士兵、醫(yī)務工作人員完成特定的室內任務。智能空間、普適計算等都離不開 位置服務，因此室內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、室內物體等對信號的阻擋等，在室內環(huán)境中其信號很弱或者沒 有，因此在室內環(huán)境中很難使用GPS來進行定位。
[0003] 國內外關于室內定位技術的研宄比較豐富，根據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 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)據值會存在誤差，影響定位 結果。如需室內全覆蓋，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室內定位方法，局 限之處在于采集室內環(huán)境特征指紋需要大量的人力物力，且由于室內環(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)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種室內定位裝置，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，一種室內定位裝置，包括底座、設置于所述底座上的光源、 旋轉件、用于驅動所述旋轉件單向勻速旋轉的驅動電機，固定于所述旋轉件上的旋轉外殼、 以及用于控制所述光源發(fā)生頻率跳變的控制器；
[0008] 所述旋轉外殼的橫截面為圓形或正多邊形，且具有一個圓形或正多邊形的敞口， 所述光源位于所述敞口的中心處；
[0009] 所述旋轉外殼沿煒度方向劃分為多個編碼圈，每個編碼圈在經度方向相對光源的 角度已知；所述編碼圈在煒度方向劃分為多個編碼位，所述編碼位在煒度方向相對該編碼 圈的中心點的角度為360/N度，其中N為一個編碼圈中的編碼位的數(shù)量，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；
[0010] 不同編碼圈的編碼位排布方式不同；
[0011] 所述底座上還設置具有卡槽的光耦合器，所述旋轉件面對所述底座的一側設有擋 光片，所述旋轉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；
[0012] 所述裝置還包括接收端，用于放置在待定位點感應光信號及頻率跳變點，并根據 所述光信號和頻率跳變點進行定位。
[0013] 本發(fā)明的另一目的在于提供基于上述室內定位裝置的室內定位方法，包括下述步 驟：
[0014] 通過驅動電機驅動旋轉件帶動旋轉外殼旋轉，所述旋轉外殼由光源投影至待定位 點所在水平面的編碼光圈也隨之旋轉；
[0015] 由位于待定位點的接收端感應光信號，根據其檢測的光信號確定其所在的編碼光 圈數(shù)，根據所述編碼光圈數(shù)以及已知的編碼圈在經度方向的角度確定所述待定位點相對所 述中心軸的夾角9 ;
[0016] 定義擋光片穿過卡槽時，所述起始位及結束位的末端在待定位點所在水平面上的 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，通過檢測到所述頻率跳變點至檢測到所述末端的時段內轉過的編碼位數(shù)目確定所 述待定位點相對所述起始方向的夾角《 ;
[0017] 根據所述夾角0和夾角《確定待定位點的位置：
[0018] 當所述光源到待定位點的垂直高度H已知，且所述光源的坐標（X(l，y(l，Z(l)已知時， 所述待定位點的坐標為：
[0019] (xQ+H*tan ( 9 ) *sin (?)，yQ+H*tan ( 9 ) *cos (?)，zQ_H);
[0020] 當所述光源到待定位點的垂直高度未知，且所述光源的坐標（X(1，、zj已知時，采 用兩個所述室內定位裝置，且兩個光源的照射面具有相交區(qū)域，待定位點處于該相交區(qū)域， 所述待定位點的坐標由兩個已知的光源坐標和所述夾角9和夾角《確定。
[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，即可計算出室內空間某點的坐標，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，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定位裝置結構圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實施例提供的室內定位裝置的旋轉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定位裝置的旋轉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定位裝置的旋轉外殼的投影示意圖；
[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定位裝置，該裝置具有下述結構：其 包括底座1、設置于底座1上的光源2、旋轉件3、用于驅動旋轉件3單向勻速旋轉的驅動電 機4、固定于旋轉件3上隨旋轉件3轉動的旋轉外殼5、以及用于控制光源2發(fā)生頻率跳變的 控制器6。該旋轉件3具體可以包括一圓環(huán)，旋轉外殼5固定在圓環(huán)上，可跟隨圓環(huán)同步轉 動，旋轉外殼5是一軸對稱的殼體，其橫截面（垂直于中心軸的截面）為圓形或正多邊形， 且具有一個圓形或正多邊形的敞口，光源2恰好位于敞口的中心處，光源2不可轉動。旋轉 外殼5的中心軸穿過其頂點和其敞口的中心點，旋轉外殼5以該中心軸為轉軸進行單向勻 速轉動，并且，旋轉外殼5每旋轉一周，由控制器6控制光源2發(fā)生至少一次頻率跳變。具 體是在底座1上設置具有卡槽的光耦合器7,旋轉件3面對底座1的一側設有擋光片31，旋 轉件3轉動時可帶動擋光片31穿過卡槽，擋光片31每穿過卡槽一次，引起光耦合器7狀態(tài) 的改變并觸發(fā)外部中斷，當控制器6檢測到中斷時，根據當前光源2頻率狀態(tài)來改變光源2 的閃爍頻率，使光源2發(fā)生一次頻率跳變。
[0032] 旋轉外殼5采用如下特殊設計：旋轉外殼5沿煒度方向劃分為若干個編碼圈51， 即若干個編碼圈51是相互平行且沿煒度方向延伸的，每個編碼圈51在經度方向相對光源 2的角度（如圖中的夾角a)是已知的。編碼圈51又由經度方向的線條再次劃分，使每個 編碼圈51被劃分為多個編碼位511，每個編碼位511在煒度方向相對該編碼圈51的中心 點的角度（如圖中的夾角0)也是已知的。每個編碼圈51中都有若干個編碼位511為透 光狀態(tài)，可以通過開孔的方式或采用透明窗口的方式實現(xiàn)，其他編碼位則為不透光狀態(tài)，并 且，每圈中均不存在連續(xù)兩個或多個非透光的編碼位。并且由若干個特定方式排布的編碼 位511構成了該旋轉外殼5的起始位及結束位S。旋轉外殼5可以360°轉動，因此其起始 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 51中設置連續(xù)多個（3個、4個、5個等）透光編碼位作為結束S，并且不同編碼圈51的結束 位上下對應不會錯開。另外，在不同的編碼圈51中，編碼位排布方式不同，以區(qū)分不同的編 碼圈51。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 51都可表示為由" 1"和"0 "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"。上述光源2發(fā)出的光線經過旋轉外殼5投射至室內空間，在旋轉外殼 5轉動的過程中，由設置于待定位點的接收端8感應光信號及頻率跳變點，并根據光信號和 頻率跳變點進行定位。當然，該編碼圈51和編碼位的劃分越精細，定位精度越高。
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