基于gps和射頻技術(shù)的混合定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定位技術(shù)，特別是一種基于GPS和射頻技術(shù)的混合定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的發(fā)展，基于位置的應(yīng)用越來越多，成為當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的重要方向。目前，定位技術(shù)主要按照室內(nèi)、室外進(jìn)行區(qū)分。
[0003]室外定位技術(shù)主要有兩種:衛(wèi)星定位技術(shù)，基站定位技術(shù)。衛(wèi)星定位技術(shù)是非常成熟的技術(shù)，比如大家熟知的GPS技術(shù)，除GPS技術(shù)外，還有幾種類似的技術(shù):Glonass，Galileo，北斗等。其中GPS定位的原理:由24顆工作衛(wèi)星組成，使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置，但是一般GPS定位誤差較大。
[0004]室內(nèi)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式基本上有兩種:一種是基于擴(kuò)頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間的計(jì)算來完成定位，一種是根據(jù)信號(hào)接收能量的衰減來完成定位。如WiF1、ZigBee、藍(lán)牙和超寬帶、射頻技術(shù)等。其中射頻識(shí)別技術(shù)是利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和定位的目的。這種技術(shù)作用距離短，一般最長(zhǎng)為幾十米。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。同時(shí)由于其非接觸和非視距等優(yōu)點(diǎn)，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù)。目前，射頻識(shí)別研宄的熱點(diǎn)和難點(diǎn)在于理論傳播模型的建立、用戶的安全隱私和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化等問題。優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)識(shí)的體積比較小，造價(jià)比較低，但是作用距離近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系統(tǒng)之中。
[0005]定位技術(shù)除了應(yīng)用于導(dǎo)航等領(lǐng)域，也用于一些具有危險(xiǎn)性的場(chǎng)景，例如由于地震、火災(zāi)等災(zāi)難而損壞倒塌樓房的搜救工作，由于濃煙或倒塌的建筑物提升了搜救工作的難度，特別是迷失搜救目標(biāo)。因此，如果能夠?qū)⒛繕?biāo)進(jìn)行定位，會(huì)極大的加快搜救進(jìn)程從而挽救更多的聲明。但是根據(jù)上文的分析，GPS或射頻技術(shù)進(jìn)行定位有著不同程度的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于GPS和射頻技術(shù)的混合定位方法，根據(jù)GPS信號(hào)和射頻信號(hào)的強(qiáng)弱采用其中一種方法進(jìn)行定位。
[0007]一種基于GPS和射頻技術(shù)的混合定位方法，包括:
[0008]服務(wù)器存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)采集點(diǎn)的全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，建立RSSI指紋數(shù)據(jù)庫；
[0009]區(qū)域內(nèi)不同終端感應(yīng)器通過無線訪問接入點(diǎn)發(fā)射GPS信號(hào)和射頻信號(hào)混合信號(hào)給主感應(yīng)器，主感應(yīng)器將混合信號(hào)傳輸至服務(wù)器并存儲(chǔ)；
[0010]服務(wù)器將GPS信號(hào)中的位置數(shù)據(jù)和射頻信號(hào)中的位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息；
[0011]主感應(yīng)器接收進(jìn)入?yún)^(qū)域的新電子標(biāo)簽查詢坐標(biāo)信息的請(qǐng)求，根據(jù)GPS信號(hào)和射頻信號(hào)強(qiáng)度大小選擇采用其中一種信號(hào)進(jìn)行定位，并調(diào)用服務(wù)器的坐標(biāo)信息并向終端感應(yīng)器發(fā)送。
[0012]一種基于GPS和射頻技術(shù)的混合定位系統(tǒng)，包括:
[0013]采集點(diǎn)，用于接收GPS信號(hào)，及發(fā)射GPS信號(hào)和射頻信號(hào)；
[0014]終端感應(yīng)器，用于接收GPS信號(hào)，及發(fā)射GPS信號(hào)和射頻信號(hào)；
[0015]主感應(yīng)器，用于接收并傳遞區(qū)域內(nèi)采集點(diǎn)、終端感應(yīng)器發(fā)出的GPS信號(hào)和射頻信號(hào)，及接收并傳遞進(jìn)入?yún)^(qū)域的電子標(biāo)簽發(fā)射的GPS信號(hào)、射頻信號(hào)和查詢終端感應(yīng)器地址請(qǐng)求；
[0016]服務(wù)器，用于接收主感應(yīng)器發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行如下處理:建立區(qū)域全局坐標(biāo)系，建立終端感應(yīng)器在全局坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)信息，判斷采用GPS信號(hào)或射頻信號(hào)進(jìn)行定位，及生成電子標(biāo)簽與終端感應(yīng)器之間的路徑并將路徑通過主感應(yīng)器發(fā)送至電子標(biāo)簽。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明采用GPS和射頻信號(hào)的混合信號(hào)進(jìn)行定位，當(dāng)GPS信號(hào)的強(qiáng)度大于射頻信號(hào)的強(qiáng)度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)的選擇采用GPS信號(hào)進(jìn)行定位，反之，選用射頻信號(hào)進(jìn)行定位，使得定位工作可以快速且準(zhǔn)確。
[0018]下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明方法流程圖。
[0020]圖2是本發(fā)明定位引起系統(tǒng)組圖。
[0021]圖3是RSSI算法流程圖。
[0022]圖4是RSSI值與RSSI值的誤差范圍遠(yuǎn)離示意圖。
[0023]圖5是本發(fā)明系統(tǒng)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合圖1，一種基于GPS和射頻技術(shù)的混合定位方法，包括:
[0025]步驟1，服務(wù)器存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)采集點(diǎn)的全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，建立RSSI指紋數(shù)據(jù)庫；
[0026]步驟2，區(qū)域內(nèi)不同終端感應(yīng)器通過無線訪問接入點(diǎn)發(fā)射GPS信號(hào)和射頻信號(hào)混合信號(hào)給主感應(yīng)器；
[0027]步驟3，主感應(yīng)器對(duì)接收到的混合信號(hào)進(jìn)行編碼，并將編碼后的信號(hào)傳輸至服務(wù)器;
[0028]步驟4，服務(wù)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，并將GPS信號(hào)中的位置數(shù)據(jù)和射頻信號(hào)中的位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息；
[0029]步驟5，主感應(yīng)器接收進(jìn)入?yún)^(qū)域的新電子標(biāo)簽查詢坐標(biāo)信息的請(qǐng)求，根據(jù)GPS信號(hào)和射頻信號(hào)強(qiáng)度大小選擇采用其中一種信號(hào)進(jìn)行定位；
[0030]步驟6，主感應(yīng)器調(diào)用服務(wù)器中相應(yīng)的坐標(biāo)信息并向終端感應(yīng)器發(fā)送。
[0031]在步驟I中，服務(wù)器接收到區(qū)域內(nèi)設(shè)置的各采集點(diǎn)發(fā)出的射頻信號(hào)，建立全局坐標(biāo)系。服務(wù)器端到的接收信號(hào)強(qiáng)度服從RSSI分布(常被稱為“指紋數(shù)據(jù)”，RSSI測(cè)距原理基于無線信號(hào)傳輸中普遍采用的漸變模型
[0032][p(d) Jdl3m= [p (d 0) ] dEm-10nlg (d/d0) +Xtffim (I)
[0033]式中P (d)表示距離發(fā)射機(jī)為d時(shí)接收端收到的信號(hào)強(qiáng)度，即RSSI值；p (d0)表示距離發(fā)射極為Cltl時(shí)接收端接收到的信號(hào)功率Wtl為參考距離；n是路徑損耗指數(shù)，通常是由實(shí)際測(cè)量得到，障礙物越多，η值越大，從而接收到的平均能量下降的速度會(huì)隨著距離的增加而變得越來越快:是一個(gè)dBm為單位，平均值為O的高斯隨機(jī)變量，反映了當(dāng)距離一定時(shí)，接收到的能量變化。在每個(gè)位置，多個(gè)信號(hào)源點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度向量是唯一的，服務(wù)器記錄下各個(gè)位置的RSSI向量，相當(dāng)于完成了 RSSI值得采集，由服務(wù)器端測(cè)距模型將RSSI值轉(zhuǎn)換為距離，完成RSSI指紋數(shù)據(jù)庫，定位算法根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，RSSI指紋數(shù)據(jù)庫主要包括以下3個(gè)類:
[0034]集點(diǎn)表:包括每個(gè)采集點(diǎn)的ID、坐標(biāo)，由采集點(diǎn)ID作為主鍵；
[0035]無線訪問接入點(diǎn)表:包括每個(gè)無線訪問接入點(diǎn)的ID、MAC、坐標(biāo)，由無線訪問接入點(diǎn)的ID作為主鍵；
[0036]采集點(diǎn)RSSI表:包括每個(gè)采集點(diǎn)采集到的無線訪問接入點(diǎn)信息，由采集點(diǎn)的ID采集點(diǎn)RSSI表和無線訪問接入點(diǎn)的ID作為主鍵，保存每個(gè)無線訪問接入點(diǎn)在每個(gè)采集點(diǎn)上的RSSI均值和誤差范圍。
[0037]由于射頻信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度小，因此在一個(gè)區(qū)域內(nèi)應(yīng)當(dāng)配置多個(gè)主感應(yīng)器接收終端感應(yīng)器發(fā)射的射頻信號(hào)，每一個(gè)主感應(yīng)器服務(wù)于一定范圍內(nèi)的終端感應(yīng)器。
[0038]服務(wù)器在接收到主感應(yīng)器發(fā)射的混合信號(hào)后，解碼對(duì)不同信號(hào)中包含的代表坐標(biāo)系的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換:第一，將GPS的WGS-84數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系下的第一大地坐標(biāo)；第二，將射頻數(shù)據(jù)子坐標(biāo)系下的位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系下的第二大地坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換后，將得到位于統(tǒng)一坐標(biāo)系下的位置。
[0039]進(jìn)去區(qū)域內(nèi)的新的電子標(biāo)簽，可以為融合射頻標(biāo)簽與GPS接收器的混合型tag，tag進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)會(huì)發(fā)送接收到的GPS信號(hào)和射頻信號(hào)給主感應(yīng)器，主感應(yīng)器將混合信號(hào)發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器通過上述方法將電子標(biāo)簽發(fā)送信號(hào)中的數(shù)據(jù)位置轉(zhuǎn)化為全局坐標(biāo)系下大地坐標(biāo)，且通過電子標(biāo)簽的GPS信號(hào)轉(zhuǎn)變的坐標(biāo)位于第一大地坐標(biāo)中，通過電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)變的坐標(biāo)位于第二大地坐標(biāo)中。整個(gè)系統(tǒng)如圖2所述，其中連接線表示時(shí)間同步線，虛線表示普通網(wǎng)線使儀器之間聯(lián)系起來。
[0040]tag發(fā)送查詢坐標(biāo)信息的請(qǐng)求，此時(shí)，服務(wù)器根據(jù)主感應(yīng)器傳輸?shù)男盘?hào)來判斷到底是用何種方法進(jìn)行定位。本方法采用比較權(quán)重的方法判斷采用GPS信號(hào)定位或射頻信號(hào)之間一種信號(hào)進(jìn)行定位:
[0041]計(jì)算權(quán)重矩陣α，p= CtP1+(1-Ct)P2，其中P為混合信號(hào)強(qiáng)度矩陣，P1S GPS信號(hào)強(qiáng)度矩陣，P2為射頻信號(hào)強(qiáng)度矩陣；若α >0.5,則采用GPS信號(hào)進(jìn)行定位；若α <0.5,則采用射頻信號(hào)進(jìn)行定位。
[0042]當(dāng)?shù)弥褂肎PS進(jìn)行定位時(shí)，采用偽距定位法、載波相位定位法等方式進(jìn)行定位。
[0043]結(jié)合圖3和圖4，當(dāng)?shù)弥褂蒙漕l信號(hào)進(jìn)行定位時(shí)，采用如下手段進(jìn)行定位，其中圖4中權(quán)代表RSSI值的誤差范圍，圓點(diǎn)代表采集點(diǎn)RSSI值，方點(diǎn)代表電子標(biāo)簽RSSI值:
[0044]步驟SI，定義采集點(diǎn)RSSI值的誤差范圍；
[0045]步驟S2，服務(wù)器通過主感應(yīng)器接收到新電子標(biāo)簽發(fā)出的射頻信號(hào)的強(qiáng)度，轉(zhuǎn)換為電子標(biāo)簽所在位置的RSSI值；
[0046]步驟S3，服務(wù)器遍歷RSSI指紋數(shù)據(jù)庫，若電子標(biāo)簽所在位置的RSSI值位于第i個(gè)采集點(diǎn)的RSSI值的誤差范圍內(nèi)，該采集點(diǎn)權(quán)值加I ;
[0047]步驟S4，選取權(quán)值最大的3個(gè)采集點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的權(quán)值，將其權(quán)值加權(quán)平均后獲得新電子標(biāo)簽的全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息；
[0048]步驟S5，建立電子標(biāo)簽與查詢坐標(biāo)之間的路徑。
[0049]具體地，保存當(dāng)前待測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的一個(gè)AP的信息。AP_db類中保存已知AP的MAC地址、RSSI值和誤差(請(qǐng)求的AP中RSSI值為觀測(cè)值，RSSI誤差忽略)，Point類保存每一個(gè)采集點(diǎn)的信息包括一個(gè)AP_db類的dict1nary和采集點(diǎn)的坐標(biāo)。此外還要定義一個(gè)有三個(gè)Point元素的最佳點(diǎn)數(shù)組。首先有一個(gè)formatlnfo函數(shù)對(duì)請(qǐng)求傳入的info信息進(jìn)行處理，將info信息保存到一個(gè)dict1nary中，以MAC地址作為鍵，包含AP信息的AP類作為值。將所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)保存到一個(gè)Point類構(gòu)成的list中，Point類的dict