一种室内超声波定位位置修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种室内超声波定位位置修正方法;采用位置修正方法进行误差补偿 提高室内定位精度，用于对室内物体的精确定位，属于导航技术领域。
【背景技术】
[0002] 室内定位技术在最近几年成为研究的热点，随着室内定位技术的不断发展，人们 的生活也会随之越来越便捷。
[0003] 超声波室内定位技术具有低成本、抗电磁干扰能力强、不受光线烟雾影响、时间信 息直观和定位精度高等特点。因此，超声波定位技术被广泛的应用在各种测距和定位系统 中。
[0004] 常用的基于超声波的室内定位技术主要有：
[0005] 第一种为在需定位物体上安装射频发射器(或红外发射模块)和超声波发射器阵 列，在室内固定位置安装超声波接收器和射频接收器，定位物体同时发射射频信号和超声 波信号，接收端通过两个信号到达的时间差定位物体与各个超声波接收器之间的距离，基 站接收到从固定位置处发射过来的距离信息并进行定位运算，然后将运算结果通过数据链 送往定位物体。
[0006] 第二种为基于CDMA的超声波定位方法。运种技术是在室内布置多个信标节点发射 超声波信号，定位端安装超声波接收器阵列，信标节点同时发射经过调制的超声波信号，在 定位端通过自相关运算提取到达时间，进行定位运算。
[0007] 通过运些超声波定位方法，只需要测得定位终端与Ξ个信标节点之间的距离就可 W进行Ξ维定位运算，解算出定位终端位置信息。由于存在超声波速度误差(超声波速度随 环境溫度变化而变化）、硬件延时误差、安装误差W及其他误差，使得解算出的坐标与实际 位置信息是不一样的，存在误差。
【发明内容】
[000引针对现有的超声波室内定位方法存在的缺陷，本发明提供了 一种室内超声波定位 位置修正方法。
[0009] 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0010] 本发明所述室内超声波定位系统结构包括:室内超声波定位系统由中屯、站、信标 节点、目标节点W及参考站四部分。
[0011] 本发明所述室内超声波定位位置修正方法步骤为：
[0012] 设布设在屋顶固定位置处的Ξ个信标节点坐标分别为（xi，yi，zi)，（X2，y2，Z2)， (X3，y3，Z3);设定参考站位置坐标为(Xu，yu，Zu)，下标U为参考站标号；
[0013] (1)中屯、站发射射频信号，作为时间同步信号；
[0014] (2)参考站接收到中屯、站发送来的时间同步信号后，发射超声波信号;安装在室内 固定位置处的信标节点接收到中屯、站发来的时间同步信号后，启动定时器，进行测距，得到 参考站到信标节点k的距离信息Puk;
[0015] 上述k为Ξ个信标节点编号，k = l，2,3;
[0016] 上述Puk为测得的参考站到信标节点k的距离；
[0017] (3)根据第（2)步得到的距离信息通过公式（1)解算得到参考站测量Ξ维坐标 (X'U,y'U,Z'U);
[001引
（I)
[0019] (4)根据公式(2)将测量坐标与参考站标准值进行比较得到测量位置误差修正数 A ;
[0020]
(2)
[0021] (5)中屯、站再次发射时间同步信号，目标节点接收到中屯、站发送来的时间同步信 号后，发射超声波信号；安装在室内固定位置处的信标节点接收到中屯、站发来的时间同步 信号后，启动定时器，进行测距，得到目标节点到信标节点k的距离信息Prk，Prk为测得的目 标节点到信标节点k的距离；
[0022] (6)根据第(5)步得到的距离信息通过公式(3)解算得到目标节点Ξ维坐标 y'r'Z'r);
[0023]
0、
[0024] (7)利用第(4)步得到的测量位置误差修正数Δ通过公式(4)修正解算出的Ξ维坐 标，得到更高精度的目标节点位置坐标信息。
[0025]
(4)
[0026] 由此可知，根据参考站得到位置误差修正数，通过位置修正方法即可精确测得目 标节点的Ξ维坐标(X，y，Ζ)。
[0027] 表1定位误差结果对比表
[002引
[0029] 本发明的有益效果：室内超声波定位位置修正方法可W消除由于超声波速度误 差、硬件延时误差、安装误差W及其他误差引起的定位误差，相对于现有的超声波定位方法 而言，通过室内超声波定位位置修正方法得到的目标节点的位置信息精度更高。
【附图说明】
[0030] 图1是室内超声波定位方系统构成图；
[0031] 图2是信标节点布设图；
[0032] 图3是定位误差结果对比图；
[0033] 图中：A为传统定位误差、B为位置修正方法定位误差、横坐标为数据编号、纵坐标 为定位误差八皿。
【具体实施方式】
[0034] 为了实现高精度的室内超声波Ξ维定位，本发明提供了一种室内超声波定位位置 修正方法。下面结合附图对发明的技术方案进行详细的说明：
[0035] 室内超声波定位系统的系统结构组成：
[0036] 如图1室内超声波定位系统结构组成图，其主要由中屯、站、信标节点、目标节点W 及参考站四部分组成。四部分具体定位步骤如下：
[0037] 设布设在屋顶固定位置处的Ξ个信标节点坐标分别为（xi，yi，zi)，（X2，y2，Z2)， (X3，y3，Z3);设定参考站位置坐标为(Xu，yu，Zu)，下标U为参考站标号；
[0038] (1)中屯、站发射射频信号，作为时间同步信号。
[0039] (2)参考站接收到中屯、站发送来的时间同步信号后，发射超声波信号;安装在室内 固定位置处的信标节点接收到中屯、站发来的时间同步信号后，启动定时器，进行测距，得到 参考站到信标节点k的距离信息Puk;
[0040]上述k为Ξ个信标节点编号，k = l，2,3;
[0041 ]上述Puk为测得的参考站到信标节点k的距离；
[0042] (3)根据第（2)步得到的距离信息通过公式（5)解算得到参考站测量Ξ维坐标 (X'U,y'U,Z'U);
[0043]
(5)
[0044] (4)根据公式(6)将测量坐标与参考站标准值进行比较得到测量位置误差修正数 A ;
[0045]
(6)
[0046] (5)中屯、站再次发射时间同步信号，目标节点接收到中屯、站发送来的时间同步信 号后，发射超声波信号；安装在室内固定位置处的信标节点接收到中屯、站发来的时间同步 信号后，启动定时器，进行测距，得到目标节点到信标节点k的距离信息Prk，Prk为测得的目 标节点到信标节点k的距离；
[0047] (6)根据第(5)步得到的距离信息通过公式(7)解算得到目标节点Ξ维坐标 y'r'Z'r);
[004引
（7)
[0049] (7)利用第(4)步得到的测量位置误差修正数Δ通过公式(8)修正解算出的Ξ维坐 标，得到更高精度的目标节点位置坐标信息。
[00加]
輯）
[0051] 由此可知，根据参考站得到位置误差修正系数，通过位置修正方法即可精确测得 目标节点的Ξ维坐标(X，y，Z)。
[0052] 如图2所示为本发明的一个具体实施案例信标节点布设图，在屋顶6m的区 域布设四个信标节点，四个信标节点Ξ维坐标(坐标单位:mm)分别为(〇,〇,3925)、（1600,0， 3925 )、（ 1600，1600，3925 )、（ 0，1600，3925 )，地面放置目标节点，进行室内超声波定位实验， 分别采用传统超声波定位方法W及超声波定位位置修正方法(取正方形区域中屯、点作为参 考点）进行定位运算，定位误差表W及误差比较图分别见表1和图3,结合图表可W看出，采 用超声波定位位置修正方法可W更好地提高定位精度，适用于室内精确定位。
[0053] 表1定位误差结果对比表
[0化4]
[0055] 上述给出了本发明的一个具体实施案例，室内超声波定位位置修正方法可W实现 室内物体的精确定位。本发明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现 有技术。
[0056] 上面结合附图对本发明的实施方式作了说明，但本发明并不局限于上述实施方 式，在本领域的技术人员所具备的知识范围内，还可W在不脱离本发明宗旨的前提下做出 各种变化。
【主权项】
1. 一种室内超声波定位位置修正方法，其特征在于:所述定位系统结构包括:室内超声 波定位系统由中心站、信标节点、目标节点以及参考站四部分。 所述室内超声波定位位置修正方法其主要定位步骤为： 设布设在屋顶固定位置处的三个信标节点坐标分别为(11，71，21)，（12,72,22)，（13,73， Z3);设定参考站位置坐标为(xu，yu，ZU)，下标U为参考站标号； (1 )中心站发射射频信号，作为时间同步信号； (2) 参考站接收到中心站发送来的时间同步信号后，发射超声波信号;安装在室内固定 位置处的信标节点接收到中心站发来的时间同步信号后，启动定时器，进行测距，得到参考 站到信标节点k的距离信息Puk; 上述k为三个信标节点编号，k = 1，2，3; 上述Puk为测得的参考站到信标节点k的距离； (3) 根据第(2)步得到的距离信息通过公式（1)解算得到参考站测量三维坐标(x'j、， z、)；(4) 根据公式(2)将测量坐标与参考站标准值进行比较得到测量位置误差修正数△;(5) 中心站再次发射时间同步信号，目标节点接收到中心站发送来的时间同步信号后， 发射超声波信号；安装在室内固定位置处的信标节点接收到中心站发来的时间同步信号 后，启动定时器，进行测距，得到目标节点到信标节点k的距离信息P rk，PrA测得的目标节 点到信标节点k的距离； (6) 根据第（5)步得到的距离信息通过公式(3)解算得到目标节点三维坐标(χ%，7%， z/r);(7) 利用第(4)步得到的测量位置误差修正数△通过公式(4)修正解算出的三维坐标， 得到更高精度的目标节点位置坐标信息； 一r : -,ζ由此可知，根据参考站得到位置误差修正数，通过位置修正方法即可精确测得目标节 点的三维坐标(X，y，z)。
【专利摘要】一种室内超声波定位位置修正方法，所述定位系统由中心站、信标节点、目标节点以及参考站四部分组成。本发明所述室内超声波定位位置修正方法可以消除由于超声波速度误差、硬件延时误差、安装误差以及其他误差引起的定位误差，相对于现有的超声波定位方法而言，通过室内超声波定位位置修正方法得到的目标节点的位置信息精度更高。
【IPC分类】G01S5/18
【公开号】CN105629201
【申请号】CN201610004556
【发明人】熊剑, 周先赞, 杨祖华, 杨欢, 郭杭, 林舟杰, 马号, 徐江颖
【申请人】南昌大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月6日