一种室内定位系统的制作方法

本实用新型涉及一种室内定位系统，具体涉及一种基于室内测距定位方法融合IMU(Inertial measurement unit，惯性测量装置)和超声波测风仪的室内定位系统。

背景技术：

目前，室外定位技术通常采用全球定位系统GPS(Global Position System)以及北斗卫星导航系统BDS（BeiDou Navigation Satellite System），通过从多个卫星接收到的数据进行位置计算，但在室内由于信号较弱无法使用卫星定位。而随着人们对室内位置服务的需求与日俱增，如何发展室内定位技术提高室内定位的精度变得越来越迫切，常用的室内测距方法TOA（time of arrival，到达时间）因为测量过程中多径效应和噪声的影响导致误差较大，算法鲁棒性较差，有研究人员提出基于惯性传感器的室内移动定位方法，但无法避免因传感器漂移而带来的定位误差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多技术融合的室内定位系统，通过融合IMU惯性测量装置和超声波测风仪，减小IMU测量过程中随时间和位置增加而累积的速度和位置误差，以达到在室内GPS无法定位的情况下进行室内移动过程中的定位的目的，可以有效应用于大型商场、超市、停车场等公共场所。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种室内定位系统，其特征是，包括移动定位装置和定位编译器两部分，所述移动定位装置包括无线信号接收器、IMU惯性测量装置、超声波测风仪、信号接收模块、通讯模块以及显示模块；

所述通讯模块分别连接定位编译器、信号接收模块以及显示模块，所述信号接收模块分别连接无线信号接收器、IMU惯性测量装置、超声波测风仪；

所述定位编译器通过通讯模块分别接收信号接收模块传输的来自无线信号接收器、IMU追踪装置以及超声波测风仪的信号数据。

进一步的，所述定位编译器为带有卡尔曼滤波功能的处理模块。

进一步的，所述显示模块采用LED液晶显示屏。

进一步的，还包括用于给系统供电的电源。

进一步的，所述通讯模块采用无线通讯模块。

进一步的，所述无线信号接收器包括互相连接的用于接收室内不同AP无线信号的wifi芯片和用于记录不同AP无线信号到达wifi芯片的时间的计时器。本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型室内定位系统通过融合IMU惯性追踪装置和超声波测风仪，在TOA测距方法的基础上，通过使用超声波测风仪测量实时的风速和风向，通过结合传感器的数据和超声波测风仪的数据来减小速度累积误差，达到减小移动过程定位误差的目的，有效改善了室内定位的精度。

附图说明

图1是本实用新型室内定位系统的结构示意图；

图2是本实用新型室内定位系统的数据传输流程图；

图3是本实用新型室内定位系统中定位编译器的工作原理框架图；

图4是本实用新型室内定位系统的定位原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种室内定位系统，其特征是，包括无线信号接收器、计时器、IMU惯性测量装置、超声波测风仪、信号接收模块、通讯模块、LED显示模块、电源以及定位编译器；

所述定位编译器通过通讯模块分别接收信号接收模块传输的来自无线信号接收器、IMU惯性测量装置以及超声波测风仪的信号数据；

所述IMU惯性测量装置用来测量移动过程中的加速度和角速度；

所述超声波测风仪用来测量移动过程当前位置的风速和风向；

所述信号接收模块用来接收计时器保存的信号到达时间、IMU惯性测量装置测量的加速度和角速度信息以及超声波测风仪测量的风速、风向信息。

所述定位编译器接收来自信号接收模块的信息，并转换成位置信息。

本实施例中，所述无线信号接收器由无线wifi芯片构成，芯片采用WH-C120芯片，该芯片高度集成了天线开关和电源管理模块，无线信号接收器只有在接通电源时才开始工作，当电源接通时，无线信号接收器开始接收来自室内不同方向的无线信号。

本实施例中，所述计时器采用高精度时钟芯片ds3231。当无线信号接收器接通电源开始工作时，计时器同步记录不同AP点信号到达无线信号接收器的时间。

本实施例中，所述IMU惯性测量装置采用IMUADIS16445传感器，包含三轴加速度计和三轴陀螺仪，通过测量三轴加速度和三轴角速度来推算位置。

本实施例中，所述超声波测风仪采用A60F-2D2型超声波风速风向仪，包含四个超声波探头，利用超声波在空气中的传播时间差来测量风速以及风向，风速测量范围为0~60m/s，精度为<=10m/s，风向的测量范围为0~360°精度为1°，且风速风向的输出方式为4-20mA电流输出。

本实施例中，所述通讯模块采用一个无线传输芯片nrf24l01。

本实施例中，所述信号接收模块为一个单片机，具体为C8051F020单片机，信号接收模块通过串口与计时器、超声波测风仪、IMU传感装置进行通讯。

本实施例中，所述定位编译器具有卡尔曼滤波功能，具体为CJMCU-316 AHRS6DOF模块，主控制芯片选用STM32F103T8，ARM32-bit Cortex-M3 内核，该模块可实现高精度和高稳定性的卡尔曼滤波，直接对数据进行处理且解算速度非常快。定位编译器分别接收IMU、超声波测风仪、计时器的数据。如图3所示，卡尔曼滤波由预测和校正两部分组成,前者预测先验状态，后验状态根据测量数据对估计值进行更新，预测出行人所在位置的坐标及速度。

本实施例中，所述显示单元采用LCD12864液晶显示屏，用来显示定位位置信息。

如图2图3图4所示，本实用新型的工作原理：

步骤一：室内人员获取移动定位装置，IMU惯性测量装置开始进行初始位置加速度和角速度的测量，超声波测风仪开始进行初始状态的风速风向测量，并分别通过信号接收模块上传实测数据；

步骤二：室内人员发出实时定位需求，无线信号接收器电源接通，无线信号接收器开始接收来自三个不同方位的AP的无线wifi信号，与此同时，计时器同步记录三个不同AP信号到达无线信号接收器所需时间并上传至信号接收模块；IMU惯性测量装置进行实时位置加速度和角速度测量并上传至信号接收模块；超声波测风仪进行实时位置风速风向测量并上传至信号接收模块；

步骤三：信号接收模块通过无线通讯模块将数据发送至定位编译器；

步骤四：定位编译器获得最终定位结果。

步骤五：定位编译器通过无线通讯模块将定位结果传送至移动定位装置的显示模块进行显示。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。