[发明专利]一种基于ZigBee和惯导的室内定位方法

说明书

本发明公开了一种基于ZigBee和惯导的室内定位方法，通过协调器向ZigBee网络发布启动信号，启动网络，终端设备接收用户手机发出的无线通讯信号，利用与用户最近的3个终端设备接收信号的信号强度(RSSI)，计算出用户手机的位置坐标；另外，手机中有陀螺仪和加速度组件，自主进行连续的三维空间定位，即惯性导航(INS)，采用卡曼滤波的组合算法利用两者的组成导航系统的输出，最后得到的实时导航数据通过互联网同步到用户手机；本发明基于ZigBee网络导航，克服了惯性导航累计误差的缺点，本发明基于常见的智能手机和ZigBee网络，占用资源少，成本低，依赖设备简单，易于现场实现，本发明引入惯性导航和ZigBee导航，使用卡尔曼滤波进行数据融合，使导航信息更加准确。

技术领域

本发明涉及一种基于ZigBee和惯导的室内定位方法，属于室内导航技术领域。

背景技术

GPS卫星定位和导航功能在现在的智能手机上几乎成为了标准配笠，不过GPS导航仍有一个尚未解决的难题，就是室内导航。因为GPS卫星信号无法穿透太厚的墙壁，导航设备在大型建筑、地下建筑、高层楼房中会彻底找不到卫星信号而无法定位。在手机上实现会场位置导航和附近好友位呈显示的功能。预计可以用于大型展览活动、大型商场、博物管、大型会议，等提供导航服务。借助室内导航技术找到不同的展区路线和使用同一软件的朋友，同时有助于会议组织者的信息采集和会议现场维护。

在室内环境无法使用卫星定位时，使用室内定位技术作为卫星定位的辅助定位，解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题。最终定位物体当前所处的位置。室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。

惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。惯性导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差；每次使用之前需要较长的初始对准时间。ZigBee是一种短距离、低速率的无线网络技术。它介于RFID和蓝牙之间，可以通过传感器之间的相互协调通信进行设备的位置定位。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZigBee和惯导的室内定位方法，用以解决在卫星信号无法穿透的室内导航问题。

本发明技术方案是：协调器向ZigBee网络发布启动信号，启动网络，终端设备接收用户手机发出的无线通讯信号，利用与用户最近的3个终端设备接收信号的信号强度(RSSI)，计算出用户手机的位置坐标；另外，手机中有陀螺仪和加速度组件，自主进行连续的三维空间定位，即惯性导航(INS)，采用卡曼滤波的组合算法利用两者的组成导航系统的输出，最后得到的实时导航数据通过互联网同步到用户手机。

一种基于ZigBee和惯导的室内导航装置，具体步骤如下：

(1)在室内设置一个以上的终端设备和一个以上的路由器，一个以上的终端设备和一个以上的路由器置于ZigBee局域网中，当定位局域网中的用户手机时，协调器向ZigBee局域网发布启动信号，启动局域网内的一个以上的终端设备，用户手机设有ZigBee模块，ZigBee模块连接至ZigBee局域网中，一个以上的终端设备收集用户手机的信号强度，且利用距离用户手机最近的三个终端设备收集的手机的信号强度确定用户手机的位置信息，将该三个终端设备收集的手机的信号强度分别代入公式(1)中，计算出三个终端设备分别到手机的距离d₁、d₂和d₃；

RSSI＝-(A+10nlgd)(1)