專利名稱：一種基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航系統(tǒng)，特別是一種提供三維導(dǎo)航服務(wù)、基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線定位技術(shù)是當(dāng)今的主要定位技術(shù)，在導(dǎo)航、交通、工程等鄰域具有廣泛用途。目前，通過衛(wèi)星已經(jīng)能實現(xiàn)精確定位，而新出現(xiàn)的通過無線系統(tǒng)進行定位的技術(shù)，正以其廉價和靈活的特點受到廣泛關(guān)注。
實現(xiàn)無線定位主要有兩大類解決方案，第一類是由移動站主導(dǎo)的定位技術(shù)。單從技術(shù)角度講，這種技術(shù)更容易提供比較精確的用戶定位信息，它可以利用現(xiàn)有的一些定位系統(tǒng)，但這類技術(shù)需要在移動站上增加新的硬件，這將對移動站的尺寸和成本帶來不利的影響。第二類是由基站(BS)主導(dǎo)的定位技術(shù)，這種解決方案需要對現(xiàn)存的基站、交換中心做出某種程度的改進，但它可以兼容現(xiàn)有的終端設(shè)備。
現(xiàn)在的大型展館往往包含多層建筑，每層又有若干個功能房間、展廳等，一位參觀者若不熟悉室內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)，進入這樣一個大型展館，找到自己想要去的房間往往頗費周折。同樣，對于一個由很多景點組成的主題公園，游客想要走到某個景點，冤枉路也是不可避免的，而且常常需要多次進行問路才能到達目的地。
但目前并沒有系統(tǒng)能很好地解決上述存在的問題，于是我們結(jié)合無線定位定位技術(shù)設(shè)計出了本系統(tǒng)，系統(tǒng)旨在使參觀者、游客等能夠方便的在場館、小區(qū)內(nèi)迅速地到達目的地，節(jié)省在尋路上的時間開銷。
無線定位技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)進入一個蓬勃發(fā)展的階段并已出現(xiàn)了多種成熟的無線定位方案，這里只介紹目前較適合本系統(tǒng)實現(xiàn)的無線定位技術(shù)。
(1)GPS定位技術(shù)GPS是美國軍方的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，由24顆定位衛(wèi)星組成的空間部分、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及GPS信號接收機組成，擁有較高的定位精度。利用4顆GPS衛(wèi)星算出觀測者的三維坐標的原理是衛(wèi)星不斷向地面發(fā)射編碼后的調(diào)制信號，信號上載有衛(wèi)星信號準確發(fā)送時間和衛(wèi)星在不同時間的空中位置，用戶接收機收到信號后，與接收機時鐘相比，可知傳播時間T；衛(wèi)星與用戶接收機時鐘并不是完全同步的，有一個時間差Δt(衛(wèi)星之間是同步的)。這樣我們可以由用戶的三維坐標(有x，y，z三個變量)、衛(wèi)星的三維坐標(也有x，y，z三個變量)、T和Δt列出一個方程，這里Δt和用戶的坐標都是未知量，共有4個未知量，我們使用4顆衛(wèi)星，列出4個不同的方程，于是可以求出用戶的位置與Δt。
(2)超聲波定位技術(shù)該技術(shù)由于其成本低、結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)而被人們廣泛采用。超聲波測距大都采用反射式測距法，即發(fā)射超聲波并接收由被測物產(chǎn)生回波，根據(jù)回波與發(fā)射波的時間差計算出待測距離，有的則采用單向測距法。超聲波定位系統(tǒng)可由若干個應(yīng)答器和一個主測距器組成，主測距器放置在被測物體上，在微機指令信號的作用下向位置固定的應(yīng)答器發(fā)射同頻率的無線電信號，應(yīng)答器在收到無線電信號后同時向主測距器發(fā)射超聲波信號，得到主測距器與各個應(yīng)答器之間的距離。
近年來，無線定位和導(dǎo)航產(chǎn)品相繼出現(xiàn)，其中又以手機定位服務(wù)發(fā)展最為迅猛，手機定位服務(wù)又叫做移動位置服務(wù)(LBS--Location BasedService)，它是通過電信移動運營商的網(wǎng)絡(luò)(如GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng))獲取移動終端用戶的位置信息(經(jīng)緯度坐標)，在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)，例如目前中國移動動感地帶提供的動感位置查詢服務(wù)等。其大致原理為移動電話測量不同基站的下行導(dǎo)頻信號，得到不同基站下行導(dǎo)頻的TOA(Time of Arrival，到達時刻)，根據(jù)該測量結(jié)果并結(jié)合基站的坐標，一般采用三角公式估計算法，就能夠計算出移動電話的位置。實際的位置估計算法需要考慮多基站(3個或3個以上)定位的情況，因此算法要復(fù)雜很多。一般而言，移動臺測量的基站數(shù)目越多，測量精度越高，定位性能改善越明顯。目前手機定位僅僅局限于定位服務(wù)，以及通過電子地圖服務(wù)向用戶提供周圍一些商場、飯店等服務(wù)設(shè)施，但還不能進行導(dǎo)航服務(wù)。與手機定位相比，GPS系統(tǒng)能提供導(dǎo)航服務(wù)，一些GPS系統(tǒng)作為汽車電子的一部分，已經(jīng)逐漸推廣開來。但是無論是手機定位技術(shù)還是GPS定位技術(shù)，現(xiàn)行的系統(tǒng)一個不能提供很高精度的地圖以適合展館、小區(qū)等精確定位或?qū)Ш?，第二它們提供?dǎo)航服務(wù)都是二維的導(dǎo)航，這在多層建筑內(nèi)，二維的導(dǎo)航是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，提供一種能夠提供精確定位、基于無線定位技術(shù)的三維導(dǎo)航系統(tǒng)。
為達到上述目的，本發(fā)明的導(dǎo)航系統(tǒng)具有若干位置信息發(fā)送器，位置信息發(fā)送器是一種可以與位置信息接收器直接通訊的設(shè)備，位置信息發(fā)送器間可以相互通訊，用戶還可以在其上設(shè)置本位置信息發(fā)送器與其它位置信息發(fā)送器的物理位置的連通關(guān)系；系統(tǒng)通過在目的地布置一個位置信息發(fā)射器，通過發(fā)射器與用戶手中的位置信息接收器通訊，得到位置信息發(fā)射器與位置信息接收器的相對位置信息，相對位置信息包括方向與距離，把該信息顯示在用戶手中的位置信息接收器顯示面板上；當(dāng)需要導(dǎo)航的目的地不只一個的時候，系統(tǒng)可以動態(tài)地加入一個或多個位置信息發(fā)射器，把位置信息發(fā)射器分別放置在不同的目的地中，就可以實現(xiàn)對多個目的地進行導(dǎo)航的功能；這時用戶只需要從位置信息接收器的控制面板中選擇想要到達的目的地即可，如果用戶現(xiàn)在想去目的地A，當(dāng)他到達A后，又想去目的地B，那么多位置信息發(fā)射器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以滿足用戶的這種需求；若干位置信息接收器，位置信息接收器是一種可以與系統(tǒng)中所有位置信息發(fā)送器相通訊的設(shè)備，當(dāng)用戶帶著位置信息接收器進入系統(tǒng)信號的覆蓋范圍后，位置信息接收器馬上與所有的位置信息發(fā)送器相通信，得到位置信息接收器與所有發(fā)送器間的距離矢量關(guān)系和發(fā)送器間的連通關(guān)系，并把這矢量關(guān)系返回給用戶，結(jié)果的返回形式可以采用圖像的形式，圖像以用戶所在的位置為中心，把發(fā)送器的所在的點顯示在位置信息接收器的屏幕上。
所述位置信息發(fā)送器放置入系統(tǒng)的工作流程如下，①用戶向位置信息發(fā)送器S輸入初始化命令，②位置信息發(fā)送器S與系統(tǒng)中已有的所有位置信息發(fā)送器相通訊，得到位置信息發(fā)送器與其它位置信息發(fā)送器的距離矢量(距離矢量包括距離與方向信息)，③把得到的距離矢量存儲到位置信息發(fā)送器S中，④用戶在位置信息發(fā)送器S上設(shè)定與其它位置信息發(fā)送器的連通關(guān)系，我們認為如果一個人現(xiàn)在在A位置信息發(fā)送器的地點，他想要到達B位置信息發(fā)送器的地點，但是其路途必須經(jīng)過C位置信息發(fā)送器，那么A與C是連通的，C與B也是連通的，但是A與B則是不連通的，⑤把位置信息發(fā)送器S與其他位置信息發(fā)送器的連通關(guān)系存儲到位置信息發(fā)送器S中。
位置信息接收器為用戶導(dǎo)航的工作流程如下，①用戶想去位置信息發(fā)送器S所在的地點，于是用戶向位置信息接收器發(fā)送導(dǎo)航命令，②位置信息接收器進入導(dǎo)航狀態(tài)，位置信息接收器與所有的位置信息發(fā)送器相通訊，得到位置信息接收器與所有位置信息發(fā)送器間的距離矢量關(guān)系，同時也把各個位置信息發(fā)送器間的連通關(guān)系保存到位置信息接收器中，重新獲得這些信息是為了防止用戶在中途修改了連通關(guān)系，③根據(jù)位置信息接收器與各個位置信息發(fā)送器間的距離矢量與位置信息發(fā)送器間的連通關(guān)系，位置信息接收器計算得到前往S的最佳路徑，并把路徑保存在位置信息接收器中，④把用戶應(yīng)該前進的方向和離目標地點的行走距離返回給用戶，⑤位置信息發(fā)送器每間隔一段時間即重新接收位置信息發(fā)送器發(fā)送過來的距離矢量信息，重新計算用戶應(yīng)該前進的方向與行走距離，⑥用戶到達目的地后，位置信息發(fā)送器發(fā)現(xiàn)自己與發(fā)送器間的距離小于某個值，就認為用戶到達目的地，于是位置信息接收器自動停止導(dǎo)航，不再與其他位置信息發(fā)送器通訊直到用戶再次發(fā)送導(dǎo)航命令。
所述導(dǎo)航系統(tǒng)支持一個或多個位置信息接收器同時在系統(tǒng)中運作，當(dāng)有多個用戶同時使用本導(dǎo)航系統(tǒng)的時候，可以為每個用戶配置一個獨立接收器，每個接收器可以用戶導(dǎo)航不同的目的地。
所述導(dǎo)航系統(tǒng)是一種三維導(dǎo)航系統(tǒng)，一般的導(dǎo)航系統(tǒng)只能提供東南西北的相對方位信和相對距離信息，我們這個系統(tǒng)除了能提供這些信息，還提供高度的相對信息，即用戶當(dāng)前所在的物理位置是在目的地的上方還是下方。
所述導(dǎo)航系統(tǒng)可設(shè)置發(fā)射器間的物理連通關(guān)系，當(dāng)系統(tǒng)中被放置了多個發(fā)射器后，發(fā)射器將自動兩兩相互交換相對位置信息，比如當(dāng)前系統(tǒng)的3個目的地a、b、c分別放置了A、B、C三個發(fā)射器，那么A、B、C之間將相互交換相對位置信息，但是系統(tǒng)默認接收器是物理間項目連通的，如果目的地a與b連通、b與c連通，但是a與c間是不連通的，用戶從a到達c地點，途中必須經(jīng)過地點b，那么管理員可以在系統(tǒng)中設(shè)置A與C間不連通。
所述導(dǎo)航系統(tǒng)可自動選擇路徑的導(dǎo)航系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)射器間相互交換的位置信息和管理員設(shè)置的發(fā)射器連通信息，系統(tǒng)再結(jié)合用戶當(dāng)前的物理位置可以為用戶自動選擇路徑，比如當(dāng)前系統(tǒng)的3個目的地a、b、c，如果用戶現(xiàn)在位于地點a，他想去目的地c，那么系統(tǒng)將先把用戶導(dǎo)航到b地點，當(dāng)用戶到達b地點后，再把用戶導(dǎo)航到c地點。
采用本發(fā)明的導(dǎo)航系統(tǒng)，可以在展館、小區(qū)等小型區(qū)域內(nèi)為人們提供精確的定位和三維導(dǎo)航服務(wù)。


圖1是系統(tǒng)實施基本體系結(jié)構(gòu)圖；圖2是位置信息接收器屏幕顯示示意圖；圖3是展館內(nèi)部示意圖；圖4是用戶位置示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
這里用一個大型的展館作為例子說明我們系統(tǒng)是如何運行的。展館中有多個展廳、報告廳等其他功能的房間。展館的管理者為了方便參觀者，為每個功能房間等里都放上了一個位置信息發(fā)送器，并且在每個位置信息發(fā)送器上設(shè)置了發(fā)送器間的連通關(guān)系，系統(tǒng)實施基本體系結(jié)構(gòu)圖如1所示。這里為了簡化說明，我們假設(shè)這個展館只有5個功能房間，分別為A、B、C、D、E，如圖2所示。
現(xiàn)在用戶走進展館，管理者為他配備了一個位置信息接收器，他現(xiàn)在攜帶著位置信息接收器進入展館，他的位置信息接收器發(fā)現(xiàn)進入了位置信息發(fā)送器的信號范圍，于是馬上和展館內(nèi)的所有位置信息發(fā)送器相通信，得到了所有位置信息發(fā)送器與接收器的距離矢量關(guān)系，把這些關(guān)系顯示在接收器的屏幕上，屏幕上可以看到如圖3所示的圖像。
他想先到房間A中參觀，于是他向位置信息接收器發(fā)送導(dǎo)航到A的命令，接收器又與所有的位置信息發(fā)送器相通信，重新得到距離矢量關(guān)系與發(fā)送器間的連通關(guān)系，然后計算出用戶現(xiàn)在直接想A地點走去是最短的路徑，由于A在用戶所在地的北方，所以位置信息發(fā)送器指示用戶向北走，當(dāng)用戶走到A房間，位置信息停止導(dǎo)航。
用戶在A參觀完畢后，隨便在館內(nèi)走動，走到了如圖4所示位置現(xiàn)在他想去房間D，于是又向接收器發(fā)送導(dǎo)航到D的命令。位置信息接收器于是又重新與發(fā)送器通訊，重新計算，得到到達D點的路徑應(yīng)該為B-＞E-＞D，于是接收器先把用戶導(dǎo)航到B房間，等用戶到達了B房間再把用戶導(dǎo)航到E房間，然后再導(dǎo)航到D房間，命令完成。
權(quán)利要求
1.一種基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于具有(a)若干位置信息發(fā)送器，位置信息發(fā)送器是一種可以與位置信息接收器直接通訊的設(shè)備，位置信息發(fā)送器間可以相互通訊，用戶還可以在其上設(shè)置本位置信息發(fā)送器與其它位置信息發(fā)送器的物理位置的連通關(guān)系；系統(tǒng)通過在目的地布置一個位置信息發(fā)射器，通過發(fā)射器與用戶手中的位置信息接收器通訊，得到位置信息發(fā)射器與位置信息接收器的相對位置信息，相對位置信息包括方向與距離，把該信息顯示在用戶手中的位置信息接收器顯示面板上；當(dāng)需要導(dǎo)航的目的地不只一個的時候，系統(tǒng)可以動態(tài)地加入一個或多個位置信息發(fā)射器，把位置信息發(fā)射器分別放置在不同的目的地中，就可以實現(xiàn)對多個目的地進行導(dǎo)航的功能；這時用戶只需要從位置信息接收器的控制面板中選擇想要到達的目的地即可，如果用戶現(xiàn)在想去目的地A，當(dāng)他到達A后，又想去目的地B，那么多位置信息發(fā)射器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以滿足用戶的這種需求；(b)若干位置信息接收器，位置信息接收器是一種可以與系統(tǒng)中所有位置信息發(fā)送器相通訊的設(shè)備，當(dāng)用戶帶著位置信息接收器進入系統(tǒng)信號的覆蓋范圍后，位置信息接收器馬上與所有的位置信息發(fā)送器相通信，得到位置信息接收器與所有發(fā)送器間的距離矢量關(guān)系和發(fā)送器間的連通關(guān)系，并把這矢量關(guān)系返回給用戶，結(jié)果的返回形式可以采用圖像的形式，圖像以用戶所在的位置為中心，把發(fā)送器的所在的點顯示在位置信息接收器的屏幕上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是所述位置信息發(fā)送器放置入系統(tǒng)的工作流程如下，①用戶向位置信息發(fā)送器S輸入初始化命令，②位置信息發(fā)送器S與系統(tǒng)中已有的所有位置信息發(fā)送器相通訊，得到位置信息發(fā)送器與其它位置信息發(fā)送器的距離矢量(距離矢量包括距離與方向信息)，③把得到的距離矢量存儲到位置信息發(fā)送器S中，④用戶在位置信息發(fā)送器S上設(shè)定與其它位置信息發(fā)送器的連通關(guān)系，我們認為如果一個人現(xiàn)在在A位置信息發(fā)送器的地點，他想要到達B位置信息發(fā)送器的地點，但是其路途必須經(jīng)過C位置信息發(fā)送器，那么A與C是連通的，C與B也是連通的，但是A與B則是不連通的，⑤把位置信息發(fā)送器S與其他位置信息發(fā)送器的連通關(guān)系存儲到位置信息發(fā)送器S中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是位置信息接收器為用戶導(dǎo)航的工作流程如下，①用戶想去位置信息發(fā)送器S所在的地點，于是用戶向位置信息接收器發(fā)送導(dǎo)航命令，②位置信息接收器進入導(dǎo)航狀態(tài)，位置信息接收器與所有的位置信息發(fā)送器相通訊，得到位置信息接收器與所有位置信息發(fā)送器間的距離矢量關(guān)系，同時也把各個位置信息發(fā)送器間的連通關(guān)系保存到位置信息接收器中，重新獲得這些信息是為了防止用戶在中途修改了連通關(guān)系，③根據(jù)位置信息接收器與各個位置信息發(fā)送器間的距離矢量與位置信息發(fā)送器間的連通關(guān)系，位置信息接收器計算得到前往S的最佳路徑，并把路徑保存在位置信息接收器中，④把用戶應(yīng)該前進的方向和離目標地點的行走距離返回給用戶，⑤位置信息發(fā)送器每間隔一段時間即重新接收位置信息發(fā)送器發(fā)送過來的距離矢量信息，重新計算用戶應(yīng)該前進的方向與行走距離，⑥用戶到達目的地后，位置信息發(fā)送器發(fā)現(xiàn)自己與發(fā)送器間的距離小于某個值，就認為用戶到達目的地，于是位置信息接收器自動停止導(dǎo)航，不再與其他位置信息發(fā)送器通訊直到用戶再次發(fā)送導(dǎo)航命令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是所述導(dǎo)航系統(tǒng)支持一個或多個位置信息接收器同時在系統(tǒng)中運作，當(dāng)有多個用戶同時使用本導(dǎo)航系統(tǒng)的時候，可以為每個用戶配置一個獨立接收器，每個接收器可以用戶導(dǎo)航不同的目的地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是所述導(dǎo)航系統(tǒng)是一種三維導(dǎo)航系統(tǒng)，一般的導(dǎo)航系統(tǒng)只能提供東南西北的相對方位信和相對距離信息，我們這個系統(tǒng)除了能提供這些信息，還提供高度的相對信息，即用戶當(dāng)前所在的物理位置是在目的地的上方還是下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是所述導(dǎo)航系統(tǒng)可設(shè)置發(fā)射器間的物理連通關(guān)系，當(dāng)系統(tǒng)中被放置了多個發(fā)射器后，發(fā)射器將自動兩兩相互交換相對位置信息，比如當(dāng)前系統(tǒng)的3個目的地a、b、c分別放置了A、B、C三個發(fā)射器，那么A、B、C之間將相互交換相對位置信息，但是系統(tǒng)默認接收器是物理間項目連通的，如果目的地a與b連通、b與c連通，但是a與c間是不連通的，用戶從a到達c地點，途中必須經(jīng)過地點b，那么管理員可以在系統(tǒng)中設(shè)置A與C間不連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是所述導(dǎo)航系統(tǒng)可自動選擇路徑的導(dǎo)航系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)射器間相互交換的位置信息和管理員設(shè)置的發(fā)射器連通信息，系統(tǒng)再結(jié)合用戶當(dāng)前的物理位置可以為用戶自動選擇路徑，比如當(dāng)前系統(tǒng)的3個目的地a、b、c，如果用戶現(xiàn)在位于地點a，他想去目的地c，那么系統(tǒng)將先把用戶導(dǎo)航到b地點，當(dāng)用戶到達b地點后，再把用戶導(dǎo)航到c地點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線定位技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，主要由若干位置信息發(fā)送器和若干位置信息接收器組成。位置信息發(fā)送器是一種可以與位置信息接收器直接通訊的設(shè)備，位置信息發(fā)送器間可以相互通訊，用戶還可以在其上設(shè)置本位置信息發(fā)送器與其它位置信息發(fā)送器的物理位置的連通關(guān)系。位置信息接收器是一種可以與系統(tǒng)中所有位置信息發(fā)送器相通訊的設(shè)備，當(dāng)用戶帶著位置信息接收器進入系統(tǒng)信號的覆蓋范圍后，位置信息接收器馬上與所有的位置信息發(fā)送器相通信。本發(fā)明可以實現(xiàn)精確定位和三維導(dǎo)航，適用于大型展館、公園等設(shè)施。
文檔編號G01S15/06GK1818560SQ20061003414
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者羅笑南, 凌若天 申請人:中山大學(xué)