CN104407325A

CN104407325A - 物体的定位方法及定位系统

Info

Publication number: CN104407325A
Application number: CN201410738067.5A
Authority: CN
Inventors: 张廷凯
Original assignee: Goertek Inc
Current assignee: Goertek Inc
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2015-03-11

Abstract

本发明公开一种物体的定位方法，物体携带有具有确定位置相对关系的至少三个信号接收装置，该定位方法包括：由至少三个信号接收装置中的每个接收到来自信号发射装置的无线信号时，根据所接收的无线信号分别计算出各信号接收装置与信号发射装置的距离；根据各信号接收装置在物体坐标系中的坐标以及每个信号接收装置与信号发射装置的距离确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标；根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标以及每个信号接收装置在物体坐标系中的坐标分别确定信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标；以及，根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标确定物体在地图坐标系中的坐标。

Description

物体的定位方法及定位系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，更具体地，涉及一种物体的定位方法以及物体的定位系统。

背景技术

目前，对物体的定位方法主要利用物体相对于多个无线信号发射点的距离，通过一定算法解算出物体相对于信号发射点所在坐标系的坐标，然后根据与某预定地图的对应，确定实现物体的实际位置，实现定位。这种方法，要求无线信号发射点个数至少3个，在少于3个数则无法实现定位。

发明内容

本发明提供了一种与现有物体定位方法不同的物体的定位方法以及定位系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种物体的定位方法，所述物体携带有具有确定位置相对关系的至少三个信号接收装置，所述定位方法包括：

由所述至少三个信号接收装置中的每个接收到来自信号发射装置的无线信号时，根据所接收的无线信号计算出各信号接收装置与信号发射装置的距离；

根据各信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置与信号发射装置的距离确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；

根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置分别确定信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系；

根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系计算出物体在地图坐标系中的坐标位置。

可选地，所述至少三个信号接收装置包括第一、第二和第三信号接收装置。

可选地，根据各信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置与信号发射装置的距离确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置包括根据以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：

\{\begin{matrix} {(x_{r} - x_{a})}^{2} + {(y_{r} - y_{a})}^{2} + {(z_{r} - z_{a})}^{2} = d_{a}^{2} \\ {(x_{r} - x_{b})}^{2} + {(y_{r} - y_{b})}^{2} + {(z_{r} - z_{b})}^{2} = d_{b}^{2} \\ {(x_{r} - x_{c})}^{2} + {(y_{r} - y_{c})}^{2} + {(z_{r} - z_{c})}^{2} = d_{c}^{2} \end{matrix}

其中，(x_r，y_r，z_r)表示信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，(x_a，y_a，z_a)表示第一信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置，d_a表示第一信号接收装置与信号发射装置的距离，(x_b，y_b，z_b)表示第二信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置，d_b表示第二信号接收装置与信号发射装置的距离，(x_c，y_c，z_c)表示第三信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置，d_c表示第三信号接收装置与信号发射装置的距离。

可选地，根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系计算出物体在地图坐标系中的坐标位置，包括：根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与第一、第二和第三信号接收装置之间的相对坐标关系计算出第一、第二和第三信号接收装置在地图坐标系中的第一、第二和第三坐标位置；以及，根据所述第一、第二和第三信号接收装置在地图坐标系中的第一、第二和第三坐标位置计算出物体在地图坐标系中的坐标位置。

根据本发明的另一方面，还提供了一种物体的定位系统，包括：设置在物体上的、具有确定位置相对关系的至少三个信号接收装置，和定位模块，其中：

所述至少三个信号接收装置中的每个接收来自信号发射装置的无线信号；

定位模块，用于执行以下功能：根据每个信号接收装置所接收到的无线信号分别计算出每个信号接收装置自身与信号发射装置的距离；根据每个信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置与信号发射装置的距离确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置分别确定信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系；以及，根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系计算出物体在地图坐标系中的坐标位置。

可选地，所述定位模块用于根据第一、第二和第三信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及第一、第二和第三信号接收装置与信号发射装置的距离按照以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：

\{\begin{matrix} {(x_{r} - x_{a})}^{2} + {(y_{r} - y_{a})}^{2} + {(z_{r} - z_{a})}^{2} = d_{a}^{2} \\ {(x_{r} - x_{b})}^{2} + {(y_{r} - y_{b})}^{2} + {(z_{r} - z_{b})}^{2} = d_{b}^{2} \\ {(x_{r} - x_{c})}^{2} + {(y_{r} - y_{c})}^{2} + {(z_{r} - z_{c})}^{2} = d_{c}^{2} \end{matrix}

可选地，所述定位模块根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系计算出物体在地图坐标系中的坐标位置，包括：根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与第一、第二和第三信号接收装置之间的相对坐标关系计算出第一、第二和第三信号接收装置在地图坐标系中的第一、第二和第三坐标位置；以及，根据所述第一信号接收装置在地图坐标系中的第一坐标位置、所述第二信号接收装置在地图坐标系中的第二坐标位置以及所述第三信号接收装置在地图坐标系中的第三坐标位置计算出物体在地图坐标系中的坐标位置。

可选地，所述第一、第二和第三信号接收装置中的每一个都配置有所述定位模块或者所述第一、第二和第三信号接收装置中的一个配置有所述定位模块，或者，所述定位模块与第一、第二和第三信号接收装置分开设置。

本发明实施例利用物体上配置的至少三个信号接收装置在物体坐标系中坐标位置以及物体上的至少三个信号接收装置与信号发射装置的距离可以确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，从而可以得到各信号接收装置与信号发射装置之间的相对坐标关系。由于信号发射装置在地图中的坐标位置已知，因此可以基于相对坐标关系得到物体的各信号发射装置在地图中的坐标位置。进一步地，根据各信号发射装置在地图中的坐标位置可以定位物体在地图中的坐标位置，实现物体定位。本发明实施例无需知道3个不同无线信号发射点在地图中的位置，也无需接收来自3个不同信号发射点的无线信号。

附图说明

图1是根据本发明实施例的物体的定位方法的流程示意图。

图2是根据本发明实施例的实现物体的定位方法的一个例子。

图3是根据本发明实施例的物体的定位系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的说明。

图1是根据本发明实施例的物体的定位方法的流程示意图。为实现本发明实施例的物体定位方法，物体上需要配置有至少3个信号接收装置，这些信号接收装置具有确定的位置相对关系。信号接收装置用于接收信号发射装置发射的无线信号，实现本发明的物体定位方法需要仅1个信号发射点或信号发射装置，以及至少3个信号接收装置。

如图1所示，该物体的定位方法包括：

S101，至少三个信号接收装置中的每个接收来自信号发射装置的无线信号；

S102，根据所接收的无线信号分别计算出各信号接收装置与信号发射装置的距离；

S103，根据各信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置与信号发射装置的距离确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；

S104，根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置分别确定信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系；

S105，根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系确定物体在地图坐标系中的坐标位置。

下面以物体上配置有三个信号接收装置为例对本发明的实施方式作进一步的说明。图2是根据本发明实施例的实现物体的定位方法的一个例子。如图2所示，物体2上配置有第一信号接收装置4、第二信号接收装置5和第三信号接收装置6。其中，第一信号接收装置4在物体坐标系中的坐标为(x_a，y_a，z_a)；第二信号接收装置5在物体坐标系中的坐标为(x_b，y_b，z_b)；第三信号接收装置6在物体坐标系中的坐标为(x_c，y_c，z_c)。这三个信号接收装置具有确定的位置相对关系，例如第一信号接收装置4与第二信号接收装置5之间的距离为d_ab，第一信号接收装置4与第二信号接收装置6之间的距离为d_ac，第二信号接收装置5与第二信号接收装置6之间的距离为d_bc。

配置在目标物体1上的信号发射装置3发射无线信号。信号接收装置4、5和6接收信号发射装置1发送的无线信号。

根据第一信号接收装置4接收到的无线信号计算得到第一信号接收装置4与信号发射装置3的距离d_a，根据第二信号接收装置B接收到的无线信号计算得到第二信号接收装置5与信号发射装置3的距离d_b，根据第三信号接收装置6接收到的无线信号计算得到第三信号接收装置6与信号发射装置3的距离d_c。在本发明实施例中，根据接收到的无线信号计算物体与信号发射装置的距离的方法可以采用现有技术中的接收信号强度法(RSSI)，到达时间计算法(TOA)，到达时间差计算法(TDOA)和接收信号角度计算法(AOA)等。

然后，可以根据以下公式来确定出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：

\{\begin{matrix} {(x_{r} - x_{a})}^{2} + {(y_{r} - y_{a})}^{2} + {(z_{r} - z_{a})}^{2} = d_{a}^{2} \\ {(x_{r} - x_{b})}^{2} + {(y_{r} - y_{b})}^{2} + {(z_{r} - z_{b})}^{2} = d_{b}^{2} \\ {(x_{r} - x_{c})}^{2} + {(y_{r} - y_{c})}^{2} + {(z_{r} - z_{c})}^{2} = d_{c}^{2} \end{matrix}

然后，根据信号发射装置3在物体坐标系中的坐标位置(x_r，y_r，z_r)、第一信号接收装置4在物体坐标系中的坐标位置(x_a，y_a，z_a)、第二信号接收装置5在物体坐标系中的坐标位置(x_b，y_b，z_b)以及第三信号接收装置6在物体坐标系中的坐标位置(x_c，y_c，z_c)可分别确定信号发射装置3与第一信号接收装置4之间的相对坐标关系、信号发射装置3与第二信号接收装置5之间的相对坐标关系和信号发射装置3与第三信号接收装置6之间的相对坐标关系。

由于可以预先下载并存储地图到物体上，因此信号发射装置3在地图坐标系中的坐标位置是已知的，从而可以根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与第一、第二和第三信号接收装置之间的相对坐标关系计算出第一、第二和第三信号接收装置在地图坐标系中的第一、第二和第三坐标位置；

根据所述第一信号接收装置在地图坐标系中的第一坐标位置、所述第二信号接收装置在地图坐标系中的第二坐标位置以及所述第三信号接收装置在地图坐标系中的第三坐标位置计算出物体在地图坐标系中的坐标位置。这样便实现了物体在地图坐标系中的定位。

需要说明的是，为了清楚说明以便本领域技术人员充分理解本发明的技术方案，以上描述的是物体上配置3个信号接收装置来实现物体定位的实施例。应当理解的是，本发明实施例不仅限于利用3个信号接收装置，也可以是利用4个信号接收装置、5个信号接收装置等来实现物体的定位。

图3是根据本发明实施例的物体的定位系统的结构示意图。如图3所示，该定位系统包括定位模块20和设置在物体上的、具有确定相对关系的至少三个信号接收装置30。每个信号接收装置30都用于接收来自信号发射装置的无线信号。

定位模块20，用于执行以下功能：根据每个信号接收装置接收到的无线信号计算出每个信号接收装置自身与信号发射装置的距离；根据每个信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置与信号发射装置的距离确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置分别确定信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系；根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系确定物体在地图坐标系中的坐标位置。

可选地，定位模块用于根据第一、第二和第三信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及第一、第二和第三信号接收装置与信号发射装置的距离按照以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：

\{\begin{matrix} {(x_{r} - x_{a})}^{2} + {(y_{r} - y_{a})}^{2} + {(z_{r} - z_{a})}^{2} = d_{a}^{2} \\ {(x_{r} - x_{b})}^{2} + {(y_{r} - y_{b})}^{2} + {(z_{r} - z_{b})}^{2} = d_{b}^{2} \\ {(x_{r} - x_{c})}^{2} + {(y_{r} - y_{c})}^{2} + {(z_{r} - z_{c})}^{2} = d_{c}^{2} \end{matrix}

可选地，定位模块根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系确定物体在地图坐标系中的坐标位置，包括：根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与第一、第二和第三信号接收装置之间的相对坐标关系计算出第一、第二和第三信号接收装置在地图坐标系中的第一、第二和第三坐标位置；以及，根据所述第一信号接收装置在地图坐标系中的第一坐标位置、所述第二信号接收装置在地图坐标系中的第二坐标位置以及所述第三信号接收装置在地图坐标系中的第三坐标位置计算出物体在地图坐标系中的坐标位置。

在图3示出的实施例中，定位模块和各信号装置是各自独立的模块。可选地，可以是每个信号接收装置都配置有一个定位模块，或者，第一、第二和第三信号接收装置中的一个配置有所述定位模块。

尽管本发明允许许多不同形式的实施例，但说明书和附图仅详细描述了本发明的几个可能的实施例。需要理解的是，本公开应该视为对本发明原理的例示，并不是要将本发明限制为在所示例的实施例的范围内。在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员会想到许多变形，本发明的保护范围应当由所附权利要求书的内容确定。

Claims

1.一种物体的定位方法，所述物体携带有具有确定位置相对关系的至少三个信号接收装置，所述定位方法包括：

由所述至少三个信号接收装置中的每个接收到来自信号发射装置的无线信号时，根据所接收的无线信号分别计算出各信号接收装置与信号发射装置的距离；

根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系确定物体在地图坐标系中的坐标位置。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述至少三个信号接收装置包括第一、第二和第三信号接收装置。

3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，根据各信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置与信号发射装置的距离确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置包括根据以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：

\{\begin{matrix} {(x_{r} - x_{a})}^{2} + {(y_{r} - y_{a})}^{2} + {(z_{r} - z_{a})}^{2} = d_{a}^{2} \\ {(x_{r} - x_{b})}^{2} + {(y_{r} - y_{b})}^{2} + {(z_{r} - z_{b})}^{2} = d_{b}^{2} \\ {(x_{r} - x_{c})}^{2} + {(y_{r} - y_{c})}^{2} + {(z_{r} - z_{c})}^{2} = d_{c}^{2} \end{matrix}

4.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系确定物体在地图坐标系中的坐标位置，包括：

根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与第一、第二和第三信号接收装置之间的相对坐标关系计算出第一、第二和第三信号接收装置在地图坐标系中的第一、第二和第三坐标位置；

根据所述第一、第二和第三信号接收装置在地图坐标系中的第一、第二和第三坐标位置计算出物体在地图坐标系中的坐标位置。

5.一种物体的定位系统，包括：设置在物体上的、具有确定位置相对关系的至少三个信号接收装置，和定位模块，其中：

定位模块，用于执行以下功能：

根据每个信号接收装置所接收到的无线信号分别计算出每个信号接收装置自身与信号发射装置的距离；

根据每个信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及每个信号接收装置与信号发射装置的距离确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；

6.根据权利要求5所述的定位系统，其中，所述至少三个信号接收装置包括第一、第二和第三信号接收装置。

7.根据权利要求6所述的定位系统，其特征在于，所述定位模块用于根据第一、第二和第三信号接收装置在物体坐标系中的坐标位置以及第一、第二和第三信号接收装置与信号发射装置的距离按照以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：

\{\begin{matrix} {(x_{r} - x_{a})}^{2} + {(y_{r} - y_{a})}^{2} + {(z_{r} - z_{a})}^{2} = d_{a}^{2} \\ {(x_{r} - x_{b})}^{2} + {(y_{r} - y_{b})}^{2} + {(z_{r} - z_{b})}^{2} = d_{b}^{2} \\ {(x_{r} - x_{c})}^{2} + {(y_{r} - y_{c})}^{2} + {(z_{r} - z_{c})}^{2} = d_{c}^{2} \end{matrix}

8.根据权利要求6所述的定位系统，其特征在于，所述定位模块根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及信号发射装置与每个信号接收装置之间的相对坐标关系确定物体在地图坐标系中的坐标位置，包括：

根据所述第一信号接收装置在地图坐标系中的第一坐标位置、所述第二信号接收装置在地图坐标系中的第二坐标位置以及所述第三信号接收装置在地图坐标系中的第三坐标位置计算出物体在地图坐标系中的坐标位置。

9.根据权利要求6-8任一项所述的定位系统，其特征在于，所述第一、第二和第三信号接收装置中的每一个都配置有所述定位模块或者所述第一、第二和第三信号接收装置中的一个配置有所述定位模块，或者，所述定位模块与第一、第二和第三信号接收装置分开设置。