[发明专利]集成卫星导航与蓝牙技术的室内外无缝定位系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航定位或位置服务技术领域，特别是一种集成卫星导航与蓝牙技术的室内外无缝定位系统及其方法。

背景技术

随着GPS、北斗、GLONASS等全球卫星导航定位系统的日益成熟，人们享受到了快速、准确的定位服务，一大批专业应用也得以快速发展壮大，如交通导航、野外测量、导弹制导等。然而受制于卫星定位技术的局限性，GPS、北斗等定位技术无法有效应用到室内场景中。在大型建筑物内部，受水泥墙体的遮挡等影响，GPS信号将急剧减弱以至无法实现定位。随着室内商务活动、应急救援、科技文化博览、旅游会展等应用的发展，人们迫切需要在室内环境条件下也能获取到相应精度的定位服务。比如，在文化旅游领域，为了向游客提供室内外的文化旅游景点的个性化讲解和信息推送服务，需要能为游客提供室内外一体化的定位服务，以提高旅游服务质量与旅游体验效果。

但室内外定位技术特别是其在具体应用时受环境因素的影响，面临着诸多挑战。通常建筑物内部结构复杂、深度大，有较多的隔断、障碍物，且有大量的声、光、电、磁设备，这都将严重影响室内定位的精度。目前，已发展出应用红外线、超声波、RFID、蓝牙、超宽带、ZigBee和无线Wifi等作为媒介的室内定位技术。这些定位技术总体上可以分为两种模式，一种是基于距离的定位方法（需测距），的如TOA（Time of Arrival）方法、TDOA（Time Difference of Arrival）方法和RSSI（received signal strength indication）方法等，这些方法以信号传播时间或以信号的传播特性来推算信号传播距离，进而采用三边定位、三角定位等方法进行定位。典型的有微软公司的RADAR系统、麻省理工的Cricket系统等。此外还有基于指纹的定位方法，该方法通过事先对室内的各点位测量出信号强度和对应的距离，称为指纹信息，之后利用模式匹配技术，将实测的信号强度与库中的信号相比较，则可得到信号接收方与信号发射方的距离。另一种模式是距离无关的定位方法（无需测距），如质心方法、APIT（Approximate Point-in-triangulation Teat）方法、DV-HOP方法等，这些方法无需直接测量距离和方位角度信息，而是根据定位网络的拓扑情况估算相对位置。典型的无线传感器网络中用于确定各传感器节点相对位置的室内外定位系统。

基于蓝牙4.0 BLE iBeacon通信协议的室内定位技术是一种属于基于距离的定位方法，通过在室内适当的位置安装蓝牙信号发射基站，当有蓝牙接收终端进入信号覆盖区时，即可实现定位和数据传输。蓝牙4.0 BLE模块现已被大多数手机、平板电脑等移动设备所集成，只要持有手机、平板电脑等移动设备的用户就可获得室内定位服务，因此该定位方法较易得到大规模推广应用。但基于蓝牙4.0 BLE的室内定位技术，其使用的是公共免费的2.4G ISM频段，仅适用于小区域范围，且易受室内复杂环境的干扰，故需要与传统的GPS定位方法相结合以扩大适用范围，并在测距、三维空间定位等方面技术细节上需要改进，以提高定位的速度和准确性。

专利号为CN104469942A，发明名称为“一种基于隐马尔科夫模型的室内定位方法”的专利提出了一种利用位置指纹信息的室内定位方法，通过预先建立定位区域的RSSI指纹数据库，并基于隐马尔科夫定位模型，可计算获得连续运动最大可能的轨迹序列，并将轨迹序列的最后位置作为定位结果。这种方法可降低RSSI波动带来的影响，但需要预先建立RSSI指纹库，对陌生区域的适应性不强。

发明专利号申请号为2014105599654，发明名称为“一种基于iBeacon的室内定位及辅助导航方法、装置和系统”的专利提出了一种利用iBeacon进行室内定位的方法，该方法根据iBeacon基站发射功率的大小，分别用峰值定位和质心定位的方式确定待测设备的位置。该方法相较于wifi定位具有定位精度高的特点，但未考虑基站信号波动带来的影响，且将室内定位简单考虑为二维平面上的定位，在楼层判断时将可能出现较大误差。

专利号为CN103402259A，发明名称为“一种基于蓝牙的室内定位服务系统及方法”的专利，提出将室内区域按照正六边形划分为多个区域，在区域中心和交界处部署蓝牙节点，根据手机接收到的蓝牙信号采用质心法推算出其位置。该方法在部署时较为不易，且在采用质心法时认为手机与所有收到信号的蓝牙节点的距离相同，因此定位精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成卫星导航与蓝牙技术的室内外无缝定位系统及其方法，以克服现有技术中存在的缺陷。