[发明专利]一种基于几何关系无需同步时间的空间定位系统及方法

说明书

本发明提供一种基于几何关系无需同步时间的空间定位系统及方法，待定位点通过测量信号从构成几何关系以及系统已获知空间位置的定位信标之间传递的过程而根据几何关系实现空间位置定位的方法，解决目前定位系统对时钟同步的依赖，待定位点获得基本空间三维定位要素和信号传递过程协议后只需被动接收很少的信息就能计算出三维坐标位置，本发明能有效的降低目前定位系统特别是定位客户端的复杂程度，简化算法，提升定位速度，基于本发明普通智能手机在不增加硬件设备的情况下就能实现准确的室内三维超声波定位。

技术领域

本发明属于空间定位导航领域，涉及一种基于几何关系无需同步时间的空间定位系统及方法，本发明还介绍了各种波长的传媒基于本发明的空间定位及实现方法。

背景技术

随着卫星定位导航，物联网，机器人自动化，自动驾驶技术的高速发展。对于空间定位技术的依赖越来越高，目前常采用的定位技术有基于到达时间定位法(TOA)和基于到达时间差定位法（TDOA)。

基于此两种技术的系统及定位信标之间需要精确时间同步，众所周知的定位系统（GPS）配备价格昴贵的原子钟用于时钟的同步，实现时间同步需要发送接收较多的信息，需要占用更多定位端系统运算能力和硬件资源，系统复杂度高，并且定位速度较慢。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于几何关系无需同步时间的空间定位系统及方法, 待定位点通过测量信号从已获知空间位置并构成空间几何体的定位信标之间传递的过程而根据几何关系，待定位点只需被动接收少量定位信号数据就能实现空间位置定位，满足系统无需同步时间、定位算法简单、低成本、高效率的要求。

本发明公开了如下技术方案：

由三个不在同一直线的定位信标ABC构成平面三角形，AB定位信标之间距离a，BC定位信标之间距离b，CA定位信标之间距离c；

另一个定位信标Z位于ABC平面外，AZ定位信标之间距离j，BZ定位信标之间距离h，CZ定位信标之间距离i；

共4个定位信标构成几何四面体包括6条棱长、6个定位面夹角、4个定位面的基本空间三维定位要素，该基本空间三维定位要素在增加定位信标后可以增加定位的精度。

由定位信标发射、接收、传递其中的信号包括光，电磁波，声波，测量和调整信号在本定位信标传递停留时间，并告知系统及待定位点，系统通过本领域熟知的通迅技术与定位信标和待定位点参与数据的交换和计算存储，控制定位信标之间的通迅来获知所需要的定位要素物理量。

在已知空间位置布置定位信标视为系统已获知定位信标的绝对空间位置。

在未知空间位置布置定位信标则由系统测量所得，包括以下步骤：

（1）系统通过控制4个定位信标，由本领域熟知的任意介质传媒测距技术测量得到定位信标之间距离的6条棱长；

（2）以B定位信标为原点，x轴、y轴位于ABC定位平面，x轴与C定位信标相交，A定位信标方向为y轴，建立ABC定位平面的坐标系统，跟据公式包括：

，

计算出A定位信标坐标值为(x_0，y₀)，B定位信标位于（0，0）坐标值为（x_1，y₁），C定位信标位于（b,0）坐标值为（x_2，y₂），待定位点位于ABC定位面的坐标为（x，y）；