专利名称：基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法
技术领域：
本发明涉及一种无线定位的方法，特别是涉及一种基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法。
背景技术：
在基于无线技术的定位应用中，一般通过布设相对坐标已知的无线标定点(大于或等于3个)，通过分别测量这些标定点与某一个移动节点之间的相对距离，然后利用算法(如极大似然法、最小二乘法或卡尔曼滤波等)，利用已知的标定点坐标，解算出这一移动节点的相对二维位置。但在一些无法预先布设无线标定点应用场合，如对遇险人员的定位救援，为移动节点对静止节点的定位应用，单纯依靠与遇险人员之间的无线测距来对其位置进行标定，不仅存在位置模糊需不断依靠距离变小调整寻找方向的弊端，而且增加了寻找成功的时间，加大了被救人员的生命危险。利用GPS能对目标进行定位，但由于GPS信号穿透性能较差，被救对象如果被掩埋，GPS定位可能会失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法。该方法通过确定几个点坐标来作为虚拟定位标定点，利用确定这几个标定点时与静止节点之间的测量距离，解算出静止节点相对于移动节点的相对坐标，并在手持设备上显示出来，在消防救援现场，搜救人员可以快速准确的找到遇险人员。本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，所述方法包括利用无线测距和位置推算技术，采用定位算法，只需要一个移动节点通过构造多个虚拟标定点就能完成对静止节点的相对位置定位；无线测距是指其节点之间的测量距离是指利用静止节点和移动节点进行无线通信，测出两个节点的物理距离；惯性位置推算是指利用虚拟定位标定点，及这几个虚拟定位标定点与静止无线节点之间的测量距离，利用最小二乘算法、极大似然法或卡尔曼滤波算法解算出静止无线节点相对于移动无线节点的相对坐标；虚拟定位标定点是指使用者携带移动无线节点，启动搜索过程，以此动作开始时自己的位置为坐标原点，使用者进行移动，根据相对位置推算方法，记下移动中某个时刻相对于原点的坐标，并把此位置作为一个虚拟定位标定点，确定这几个标定点时与静止节点之间的测量距离，利用定位算法，解算出静止节点相对于移动节点的相对坐标，并在手持设备上显示出来即可。所述的基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，所述位置推算方法是指利用MEMS惯性传感器，如陀螺仪、加速度计、磁强计，测量移动节点的加速度、角速度和方位角，通过对人员移动过程中的步频和步长进行估计，推算出移动节点当前所在相对位置。所述的基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，所述位置推算方法二是指利用MEMS惯性传感器，如陀螺仪、加速度计、磁强计，测量移动节点的加速度和角速度，采用惯性导航原理，计算出移动节点当前所在相对位置。所述的基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，所述算法为RSS1、TOA。所述的基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，所述测出两个节点的物理距离用单位米表示。本发明的优点与效果是:
本发明利用惯性传感器件测量加速度和角速度等信息来实现移动节点的相对位置推算，通过确定几个点坐标来作为虚拟定位标定点，利用确定这几个标定点时与静止节点之间的测量距离，利用定位算法，解算出静止节点相对于移动节点的相对坐标，并在手持设备上显示出来，利用本发明在消防救援现场，搜救人员可以快速准确的找到遇险人员。
图1为本发明实施例利用虚拟定位标定点对静止无线节点进行定位方法示意图； 图2(a)、(b)为本发明实施例利用惯性元器件测量信息进行相对位置推算方法流程
图3为本发明实施例中提供的移动无线节点设备结构 图4为本发明实施例中提供的静止无线节点设备结构图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进行详细说明。本发明包括利用惯性传感器件测量加速度和角速度等信息来实现移动节点的相对位置推算，通过确定几个点坐标来作为虚拟定位标定点，利用确定这几个标定点时与静止节点之间的测量距离，利用定位算法，解算出静止节点相对于移动节点的相对坐标，并在手持设备上显示出来。其相对坐标推算是以开始定位时的位置为坐标原点，采用地理坐标系，来推算当前相对位置。其手持设备有可显示对静止节点的位置定位信息。其节点之间的测量距离是指利用静止节点和移动节点进行无线通信，采用某种算法(如RSS1、TOA等)，测出两个节点的物理距离(用米来表示)。其定位算法是指利用虚拟定位标定点，及这几个虚拟定位标定点与静止无线节点之间的测量距离，利用最小二乘算法、极大似然法或卡尔曼滤波算法等，解算出静止无线节点相对于移动无线节点的相对坐标。下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供了利用虚拟定位标定点对静止无线节点进行定位方法，如图1所示。使用者携带移动无线节点M，启动搜索过程，以此动作开始时自己的位置为坐标原点。使用者进行移动，根据相对位置推算方法，记下移动中某个时刻相对于原点的坐标如(xO，yO)、(xl，yl)及(x2，y2)，并把此位置作为其中一个虚拟定位标定点，利用无线方式测量此时刻移动无线节点与静止无线节点两点间距离，如L0、L1及L2，在使用者移动过程中，此过程持续进行，当确定虚拟定位标定点数量大于等于三个以上时，利用最小二乘算法、极大似然法或卡尔曼滤波算法等，解算出静止无线节点相对于移动无线节点的相对位置(x，y)。本发明实施例提供了利用惯性传感器测量信息进行相对位置推算方法，如图2所示，包括:
利用MEMS惯性传感器，如陀螺仪、加速度计、磁强计，测量移动节点的加速度和角速度，采用惯性导航原理，计算出移动节点当前所在相对位置，如图2(a)。进一步可优选的，本实例所述方法还包括:
利用MEMS惯性传感器，如陀螺仪、加速度计、磁强计，测量移动节点的加速度、角速度和方位角，通过对人员移动过程中的步频和步长进行估计，推算出移动节点当前所在相对位置，如图2(b)。本发明实施例提供了移动无线节点设备结构，如图3所示，包括惯性测量单元、数据传输单元、数据处理单元、无线通信单元和显示单元。其中惯性测量单元包括MEMS惯性传感器元件，包括陀螺仪、加速度计、磁强计，用来测量角速度、加速度和磁场方向等信息；
数据传输单元完成将惯性测量单元测量信息传输给数据处理单元进行用移动节点当前相对位置计算。数据传输方式可采用有线或无线方式进行；
数据处理单元采用CPU，完成移动节点相对位置和静止节点相对位置计算，并把结果在显示单元进行显示，为搜救者(即移动节点)提供被救者(即静止节点)的位置信息，便于搜救。无线通信单元一方面完成与静止无线节点设备的无线通信，利用TOA或RSSI等算法完成两点之间距离测定，并把结果传输给数据处理单元进行处理；另一方面完成与指挥中心或静止无线节点设备之间的信息通信；
显示单元为液晶模块，完成静止节点相对于移动节点的位置指示，便于指引移动节点进行快速搜救，找到静止节点。本发明实施例提供了静止无线节点设备结构，如图4所示，包括无线通信单元。接收移动无线节点设备传输的无线测距信息并按照规则进行回复。进一步可选的，本实例所述方法中静止无线节点设备可采用移动无线节点设备同样配置，不影响功能实现。
权利要求
1.基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，其特征在于，所述方法包括利用无线测距和位置推算技术，采用定位算法，只需要一个移动节点通过构造多个虚拟标定点就能完成对静止节点的相对位置定位；无线测距是指其节点之间的测量距离是指利用静止节点和移动节点进行无线通信，测出两个节点的物理距离；惯性位置推算是指利用虚拟定位标定点，及这几个虚拟定位标定点与静止无线节点之间的测量距离，利用最小二乘算法、极大似然法或卡尔曼滤波算法解算出静止无线节点相对于移动无线节点的相对坐标；虚拟定位标定点是指使用者携带移动无线节点，启动搜索过程，以此动作开始时自己的位置为坐标原点，使用者进行移动，根据相对位置推算方法，记下移动中某个时刻相对于原点的坐标，并把此位置作为一个虚拟定位标定点，确定这几个标定点时与静止节点之间的测量距离，利用定位算法，解算出静止节点相对于移动节点的相对坐标，并在手持设备上显不出来即可。
2.根据权利要求1所述的基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，其特征在于，所述位置推算方法是指利用MEMS惯性传感器，如陀螺仪、加速度计、磁强计，测量移动节点的加速度、角速度和方位角，通过对人员移动过程中的步频和步长进行估计，推算出移动节点当前所在相对位置。
3.根据权利要求1所述的基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，其特征在于，所述位置推算技术方法二是指利用MEMS惯性传感器，如陀螺仪、加速度计、磁强计，测量移动节点的加速度和角速度，采用惯性导航原理，计算出移动节点当前所在相对位置。
4.根据权利要求1所述的基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，其特征在于，所述算法为RSS1、TOA。
5.根据权利要求1所述的基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，其特征在于，所述测出两个节点的物理距离用单位米表示。
全文摘要
基于单个移动节点对一静止节点进行二维无线定位的方法，涉及一种无线定位的方法，所述方法包括基于单个移动无线节点对一静止无线节点进行二维定位的方法，方法实现包括利用惯性传感器件测量加速度和角速度等信息来实现移动节点的相对位置推算，通过确定几个点坐标来作为虚拟定位标定点，利用确定这几个标定点时与静止节点之间的测量距离，利用定位算法，解算出静止节点相对于移动节点的相对坐标，并在手持设备上显示出来，在消防救援现场，搜救人员可以快速准确的找到遇险人员。
文档编号G01C21/16GK103207383SQ20121054630
公开日2013年7月17日 申请日期2013年5月16日 优先权日2013年5月16日
发明者王庆辉, 魏立峰, 张蕾 申请人:沈阳化工大学