一种基于超宽带的室内应急定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及室内定位技术，尤其涉及一种基于超宽带(Ultra Wide Band, UffB)的室内应急定位方法。
【背景技术】
[0002]近年来，室内定位技术和基于位置的应用成为了研宄热点。现有的室内定位技术研宄基本分为三个方向:一个是基站定位，主要采用WIF1、ZIGBEE、NFC、RFID、超宽带、蓝牙、红外、超声等技术采用三角定位原理实现；一个是地磁惯导定位，主要采用地磁传感器采用方向、加速度和陀螺综合计步原理计算位移，以及利用气压和温度计算高度进行三维立体定位；另外一个是采用信标定位，主要采用每走一段距离放置一个信标用于标记人员前进方向和距离从而进行人员位置跟踪。
[0003]室内应急定位方面存在几个特点:随机性、灾害性、干扰性以及及时性。随机性意味着一套室内定位系统装置必须能在任何栋楼都可以使用，而且不能事先在该栋建筑部署任何设备。灾害性意味着如果在建筑内部事先部署设备容易被大火等烧毁导致定位系统瘫痪。由于建筑内部钢筋水泥、强电弱电、复杂的格局导致无线信号或者电磁信号都收到非常大的干扰。应急定位需要定位系统装置能打开即用，快速实施。
[0004]基站定位由于需要事先在建筑内部部署读卡器或者扫描器不能满足应急的随机性以及灾害性特点，不适合室内应急定位。地磁惯导定位方式由于采用地磁作为人行走方向，容易受到室内钢筋水泥以及强电弱电的磁场干扰，准确性很差，也不适合室内应急定位。标签定位一米一个标签，导致人员佩戴大量标签，此外标签也容易受到破坏，导致信号中断，不适合及时快速应急定位。总的来说基站定位精度稳定，但不适合应急；地磁惯导定位适合应急，但精度太低；标签定位操作繁琐，定位精度较低也不适合应急室内定位。
[0005]随着定位技术的发展和应急定位服务需求的不断增加，室内应急定位技术必须克服现有技术的缺点，满足以下几个条件:随机性、灾害性、干扰性以及及时性。然而以上几种技术，都不能完全地满足这些要求。
[0006]超宽带(Ultra Wide Band，UffB)技术作为无线通信领域的新兴技术，以其传输速率高、抗干扰能力强、功耗小、隐蔽性好和抗多径衰落性能良好等优点，在短距离高速无线局域网、雷达跟踪、精确测距等领域具有广阔的应用前景。与传统通信测距技术相比，UWB信号的时间分辨率高，能分辨纳秒级以下的到达时间差，具有很好的抗多径干扰能力，尤其是在微障碍下两点测距方面具有其他通信测距技术无可比拟的优势。
【发明内容】
[0007]为了克服现有室内定位技术在室内应急定位领域的欠缺，本发明应用超宽带的传输优势提供一种适合于室内应急定位导航的基于超宽带的室内应急定位方法，避免了室内环境干扰，满足了应急定位条件，从而保证了应急场景下的室内定位精度。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:一种基于超宽带的室内应急定位方法，包括如下内容:
[0009]I)在左、右双脚脚尖和脚跟部位分别放置超宽带测距处理器；
[0010]2)利用左脚脚跟超宽带测距处理器对右脚的两个超宽带测距处理器发送信号以测量与这两个超宽带测距处理器之间的距离；利用右脚脚跟超宽带测距处理器同样对左脚的两个超宽带测距处理器发送信号以测量与这两个超宽带处理器之间的距离；
[0011]3)两脚不断对迈出的步伐进行测量，根据测得的距离构成三角形，利用三角函数根据获取的三边距离计算出一脚相对于对脚的坐标；
[0012]4)综合所有测得的坐标，构成跟踪轨迹。
[0013]所述的四个超宽带测距处理器分别固定在左、右双脚内侧脚尖和脚跟位置。
[0014]左、右脚脚跟超宽带测距处理器都以微秒以下频率连续对对脚的两个超宽带测距处理器发送信号。
[0015]采取的具体步骤为:
[0016]I)首先在左、右两脚内侧脚尖和脚跟部位分别安装一超宽带测距处理器，分别命名为左脚尖A处理器、左脚跟B处理器、右脚尖C处理器、右脚跟D处理器；
[0017]2)定义B处理器每隔一微秒计算与C处理器和D处理器的距离；
[0018]3)定义D处理器每隔一微秒计算与A处理器和B处理器的距离；
[0019]4)开始定位导航，先初始化B处理器的坐标，记为BciUO, y0)；
[0020]5)在初始化B处理器的坐标之后，由D处理器测得到A处理器的距离AD和到B处理器的距离BD，根据已知B处理器的初始坐标BtlUO, y0)和AB、AD、BD三条边构成的三角形，利用三角函数计算D处理器相对于B处理器的坐标D1Ul, yI)，推算过程为:AB、BD、AD三条边的长度分别记为k、m、n，则有:
[0021]n2= m 2+k2_2m*k*cos Z B
[0022]ZB = arccos [ (m2+k2_n2) / (2m*k)]
[0023]Z E = 90- Z B
[0024]xl = x0+m*cos Z E
[0025]yl = y0+m*sin Z E
[0026]即得初始时D处理器相对于B处理器的坐标D1 (xl，yI)；
[0027]6)同理，当右脚迈出一步之后，再由B处理器测得到D处理器的距离BD和到A处理器的距离AB，根据坐标BtlUO, y0)和此时AB、BD、AD三条边的长度，同样用三角函数计算D处理器迈出第一步后相对于B处理器的坐标D2 (x2，y2);
[0028]7)当左脚再迈出一步时，再由D处理器测得到B处理器的距离BD和B处理器测得到C处理器的距离BC之后，根据坐标D2(x2，y2)和此时AB、BD、AD三条边的长度，同样用三角函数计算B处理器此时相对于D处理器的坐标B3(x3，y3);
[0029]8)如此下去，两脚不断交互迈步、相互测距并且进行坐标计算，形成一系列坐标集合x0，y0 ;xl，yl ;x2，y2.....xn，yn ；由这些坐标对人员进行位置定位。
[0030]本发明解决了室内应急定位中存在的磁干扰、磁偏向、采用计步原理产生的误差问题，满足了应急定位随机性、及时性以及灾害性等特性条件。
【附图说明】
[0031]图1为定位方法整体示意图；
[0032]图2为两脚相对坐标计算原理图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。
[0034]参照图1，本发明定位方法所采取实施步骤为:
[0035]I)首先在左右两脚内侧脚尖和脚跟部位分别安装一超宽带测距处理器，分别命名为左脚尖A处理器、左脚跟B处理器、右脚尖C处理器、右脚跟D处理器。这种超宽带处理器其实就是在左右脚脚跟、脚尖上分别放上一个多距离多方向的距离传感器，来测量点与点之间的距离，来确定点的位置。
[0036]2)让B处理器每隔一微秒计算其与C处理器和D处理器的距离，即B、C之间的距离和B、D之间的距离。
[0037]3)让D处理器每隔一微秒计算其与A处理器和B处理器的距离，即A、D之间的距离和B、D之间的距离。
[0038]4)开始定位导航，首先初始化B处理器的坐标记为BtlUO, y0)o先初始化D处理器也可以，此时将是以D处理器为基准，计算另一只脚相对于它的位置变化。
[0039]5)