[发明专利]一种室内外定位方法及定位系统、定位用脚环

说明书

技术领域

本发明涉及定位导航领域，特别是涉及了一种室内外定位方法及定位系统、定位 用脚环。

背景技术

如何实现全空域的室内外无缝定位导航一直是各大机构争相研究的热点。室外定 位主要依靠GPS/北斗等卫星导航，技术成熟、可靠性高。主流的室内定位依靠无线定位，如 WIFI定位、蓝牙定位、Zigbee定位、移动通信网络定位、依靠GPS/北斗信号室内转发装置定 位等。但这些室内无线定位所有的基站位置需要事先设定好，一旦环境改变或网络覆盖范 围发生变化，最终得到的定位结果就会出现严重误差。并且室内无线定位需要基站与接收 机之间的环境为视距环境，人体遮挡、多径传播、同频干扰对定位精度影响很大。

还有一些室内定位方法不依赖于基站，如依靠室内地磁强弱定位以及惯性辅助定 位。地磁室内定位是一种地磁强度指纹识别匹配的方法。这种方法需要庞大的指纹数据库， 数据库建设难度大、维护成本高。依靠MEMS惯性器件的行人航迹推算室内定位方法，如计步 器、计程器。该方法不依赖外界环境，可实时自主定位，但定位精度低，稳定性差，且存在惯 性漂移，无法适用跑动，跳跃等运动形式。

市场上报道的室内外无缝定位系统主要有高德地图、“羲和”系统。高德地图室外 依靠GPS/LBS，室内依靠WIFI或蓝牙定位。“羲和”系统是中国的北斗室外导航技术和移动通 信基站定位技术相结合的室内外无缝定位技术。这两种定位方法在室内定位中都依靠固定 基站。

如何实现不依赖外部环境，且无惯性漂移的室内外无缝定位是一个亟待解决的难 题。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种室内外定位方法，本方法采用 了依靠超声波信号与无线信号的TDOA方法进行步幅检测，无惯性漂移问题，通过将硬件集 成在脚环上，方便拆装且携带方便、抗干扰能力强、可靠性高、稳定性强，且通用性高，无需 复杂的安装连接，直接拆装适用于任何人，特别是针对儿童及老人；解决了现有定位方法硬 件安装复杂、不便于携带、拆装不便，且干扰性较强、稳定性较弱及无法实现通用性的问题。 本方法不依赖固定基站，无非视距干扰，可实现室内外自主定位，解决了现有室内外无缝定 位时依赖固定基站、惯性漂移及干扰性强的难题。本发明还提供了一种室内外定位系统及 定位用脚环。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

一种室内外定位方法，其包括以下步骤：

（1）穿戴定位用脚环在脚踝上；所述定位用脚环上设置有无线电收发模块、超声波收发 模块及双磁罗盘；所述无线电收发模块包括相对应的无线电发射模块及无线电接收模块， 所述超声波收发模块包括相对应的超声波发射模块及超声波接收模块；

（2）基于超声波收发模块和无线电收发模块进行TDOA测距，获得行走周期内两脚之间 的实时距离；

（3）基于双磁罗盘进行航向角检测；

（4）基于步骤（2）、（3）获得行人航迹的步幅和运算航向角；

（5）将步骤（4）的步幅和运算航向角代入行人航迹推算的计算公式即北向坐标：，东向坐标：，即得到当前行人位置坐标；其中，表示行人的初始位置，i表示第i个行走周期，n表示行走n个行走周期。

进一步地，所述定位用脚环包括左脚环和右脚环；所述左脚环作为信号发送端，包 括第一主控制器，与所述第一主控制器连接的无线电发射模块、超声波发射模块、第一磁罗 盘，所述第一主控制器主要用于控制各模块及负责同时发送无线电信号和超声波信号，所 述第一磁罗盘与所述无线电发射模块相互垂直设置；所述右脚环作为信号接收处理端，包 括第二主控制器，与所述第二主控制器连接的无线电接收模块、超声波接收模块、第二磁罗 盘及无线通信模块，所述第二主控制器主要用于控制各模块及负责接收无线电信号和超声 波信号、处理信号并计算获得行人航迹的行人位置坐标，所述第二磁罗盘与所述无线电接 收模块相互垂直设置。

进一步地，在步骤（1）中，将所述左右脚环穿戴在脚踝上时，所述超声波收发模块 朝向两脚内侧，双磁罗盘朝向人行走的正前方。

进一步地，所述无线电发射模块设置在所述第一环状承载体的弧形顶部处，所述 超声波发射模块靠近所述无线电发射模块；所述无线电接收模块设置在所述第二环状承载 体的弧形顶部处，所述超声波接收模块靠近所述无线电接收模块。