定位系统及其定位方法
【专利摘要】本发明提供了一种定位系统和定位方法，通过在被定位装置周围设置多个传感器节点从而构建无线传感器网络，无线传感器网络监听被定位装置的信道，获得的数据包经过主机处理从而确定被定位装置的位置信息。本发明所提供的定位系统是基于自行构建的无线传感器网络，基于无线传感器网络的定位系统，不会受周围环境影响，成本低，定位精度高，且适用于室内和室外的不同场所。
【专利说明】定位系统及其定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及影像传感器【技术领域】，特别涉及一种定位系统及其定位方法。
【背景技术】
[0002]全球定位系统(GPS)可以应用于军事、航空、航海、及汽车等领域，其目的多半是在专业用途上作为精确定位与导航之用；随着时代的变迁，GPS已广泛使用于日常生活中，如汽车导航。但其在定位问题上也存在精度不足，受环境约束，使全球定位系统无法在室内、停车场或是天桥底下应用，这是由于在这些场所接收不到卫星直射的信号；因此发展在室内的定位技术，是许多人引颈期盼的。
[0003]此外，为了接收全球定位系统卫星所广播出来的定位信号，使用者必须购买GPS接收器，而此接收器动辄数千元以上，且接收器自身的误差、稳定性及寿命，皆是影响定位精准度的因素，因此基于GPS进行定位，提高了使用者的花销，且其定位精准度有待提高。
[0004]因此，寻找一种，以提高定位精准度，降低应用成本，且适用领域较广泛的定位系统，成为本领域技术人员一直在寻找与研究的方向。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种定位系统及其定位方法，以解决现有的全球定位系统无法应用于室内，且应用成本较高，定位精准度低的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种定位系统及其定位方法，所述定位系统包括:多个传感器节点、及与传感器节点进行无线通信的主机；其中，
[0007]所述多个传感器节点构成无线传感器网络，所述无线传感器网络用于监听被定位装置发射的W1-Fi信号的信道；
[0008]所述主机，用于对所述无线传感网络所监听到的数据包进行处理，并显示被定位装置的位置。
[0009]可选的，在所述的定位系统中，所述传感器节点包括:一基站节点、及若干普通节点。
[0010]可选的，在所述的定位系统中，所述普通节点之间采用Zig-Bee协议进行无线通?目。
[0011]可选的，在所述的定位系统中，所述基站节点与所述普通节点之间采用TinyOS操作系统中的分发协议和汇聚协议进行无线通信。
[0012]可选的，在所述的定位系统中，所述基站节点包括:串口通信模块、第一无线通信模块；其中，所述串口通信模块用于与所述主机进行通信；所述第一无线通信模块用于与所述普通节点进行通信。
[0013]可选的，在所述的定位系统中，每个普通节点的坐标均为已知，且各普通节点之间以小于等于10米的间隔呈矩阵阵列分布。
[0014]可选的，在所述的定位系统中，所述普通节点包括:传感模块、及与所述传感模块电连的存储模块；其中，所述传感模块用于采集所述被定位装置发射的W1-Fi信号的信道上所传输的数据包；所述存储模块用于存储所述传感器模块所采集的数据包。
[0015]可选的，在所述的定位系统中，所述主机设置有⑶I界面，所述⑶I界面用于显示被定位装置的位置。
[0016]可选的，在所述的定位系统中，所述GUI界面包括:依次排布的配置面板、数据面板、及定位面板；其中，所述配置面板用于配置传感器网络中普通节点的位置坐标；数据面板用于显示由主机对所述无线传感网络所监听到的数据包进行处理后的结果；定位面板用于显示定位空间的三维图像。
[0017]可选的，在所述的定位系统中，所述被定位装置为手机、平板电脑、或者车载终端。
[0018]本发明还提供一种定位方法，所述定位方法包括如下步骤:
[0019]调节被定位装置处于持续发射W1-Fi信号的状态；
[0020]在被定位装置周围设置多个传感器节点，所述多个传感器节点构成无线传感器网络；
[0021]调节传感器节点的工作频段；
[0022]无线传感网络监听被定位装置的信道，并将监听到的数据包发送至主机；
[0023]主机根据接收的数据包确定被定位装置的位置信息；
[0024]通过⑶I界面显示定位结果。
[0025]可选的，在所述的定位方法中，所述调节传感器节点的工作频段，是将传感器节点的传送数据频段调整到与被定位装置发射W1-Fi信号的频段重叠。
[0026]可选的，在所述的定位方法中，所述传感器节点包括一基站节点、及若干普通节点。
[0027]可选的,在所述的定位方法中，所述基站节点与所述普通节点之间采用TinyOS操作系统中的分发协议和汇聚协议进行无线通信。
[0028]可选的，在所述的定位方法中，所述主机根据接收的数据包确定被定位装置的位置信息，是通过所述主机运行其所加载的数据处理程序实现的。
[0029]可选的，在所述的定位方法中，所述数据处理程序包括:单节点数据处理函数、原始离散图像构建函数、内插连续曲面图像构建函数、及计算被定位装置坐标函数；其中，所述单节点数据处理函数用于确定每个普通节点的RSSI值；所述原始离散图像构建函数用于根据每个普通节点的已确定的RSSI值及普通节点的位置坐标建立原始离散图形；所述内插连续曲面图像构建函数是对所述原始离散图形进行二维内插，构建内插连续曲面图像；所述计算被定位装置坐标函数是通过查找所述内插连续曲面图像上峰值的位置，返回该峰值的坐标，所述峰值的坐标为所述被定位装置的位置信息。
[0030]在本发明提供的定位系统及其定位方法中，通过在被定位装置周围设置多个传感器节点从而构建无线传感器网络，无线传感器网络监听被定位装置的信道，获得的数据包经过主机处理从而确定被定位装置的位置信息。本发明所提供的定位系统是基于自行构建的无线传感器网络，基于无线传感器网络的定位系统，不会受周围环境影响，成本低，定位精度高，且适用于室内和室外的不同场所。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明的定位系统的系统架构示意图；
[0032]图2是本发明的定位系统中部署普通节点的分布结构示意图；
[0033]图3是本发明的定位方法的流程图。
[0034]其中，图1中:
[0035]主机-10 ;无线传感器网络-20 ;基站节点-21 ;被定位装置_30。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的定位系统及其定位方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0037]请参考图1，其为本发明的定位系统的系统架构示意图。如图1所示，所述定位系统包括:多个传感器节点、及与传感器节点进行无线通信的主机10 ;其中，所述多个传感器节点构成无线传感器网络20，所述无线传感器网络20用于监听被定位装置30发射的W1-Fi信号的信道；所述主机10，用于对所述无线传感网络20所监听到的数据包进行处理，并显示被定位装置30的位置。
[0038]本实施例中，所述传感器节点包括:一基站节点21、及若干普通节点。其中，所述普通节点之间采用Zig-Bee协议进行无线通信。所述基站节点21与所述普通节点之间采用TinyOS操作系统中的分发协议和汇聚协议进行无线通信。
[0039]本实施例中，所述基站节点21包括:串口通信模块、第一无线通信模块；其中，所述串口通信模块用于与所述主机10进行通信；所述第一无线通信模块用于与所述普通节点进行通信。所述普通节点包括:传感模块、及与所述传感模块电连的存储模块；其中，所述传感模块用于采集所述被定位装置发射的W1-Fi信号的信道上所传输的数据包；所述存储模块用于存储所述传感器模块所采集的数据包。
[0040]具体的，请继续参考图1，为了监听被定位装置的信道，将传感器节点的工作频率与发射W1-Fi信号的频段重叠。通过普通节点对被定位装置的信道进行监听，在普通节点
1、普通节点2、普通节点3、普通节点4、普通节点5、普通节点6、普通节点7、普通节点8、普通节点9、普通节点10、普通节点11、普通节点12分别可以得到该监听信道上所传输的数据包，并根据每个普通节点所监听到的数据包发送至主机进行处理，这里说的处理包括主机运行所编写的数据处理程序，所述数据处理程序包括单节点数据处理函数，原始离散图像构建函数，内插连续曲面图像构建函数，计算被定位装置定位坐标函数。其中，所述单节点数据处理函数用于确定每个普通节点的RSSI值；这里确定每个普通节点的RSSI值是指:利用单节点数据处理函数对每个普通节点所监听的数据包进行数据的整理，即保留数据包中有效的RSSI值，去除无效的RSSI值，再对剩余所有有效的RSSI值求平均值，所求到的RSSI平均值即可表征该普通节点处的RSSI值。所述原始离散图像构建函数用于根据每个普通节点的RSSI值及其坐标建立原始离散图形，具体的，以X轴，Y轴(单位为m)为平面表示各个普通节点的位置坐标，以Z轴(单位dBm)表示表征普通节点的RSSI值；所述内插连续曲面图像构建函数是对所述原始离散图形进行二维内插，构建内插连续曲面图像；所述计算被定位装置坐标函数是通过查找所述内插连续曲面图像上峰值的位置，返回该峰值的坐标，所述峰值的坐标为所述被定位装置的位置信息。内插连续曲面图像上峰值的位置表示RSSI值最大的位置，所监听的信号强度最强，由于在无线传感器网络中离被定位装置越近的普通节点，所计算到的表征普通节点的RSSI值越大。因此该位置确定该峰值的坐标即为所述被定位装置的位置信息。
[0041]进一步地，所述主机设置有⑶I界面，所述⑶I界面用于显示被定位装置的位置。
[0042]请参考图2，其为本发明的定位系统中部署普通节点的分布结构示意图。如图2所示，每个普通节点的坐标均为已知，且各普通节点之间以小于等于10米的间隔呈矩阵阵列分布。对于普通节点的位置坐标是根据实际需要通过GUI界面进行手动输入，可以人为设定X轴方向及Y轴方向普通节点之间的间隔距离，本实施例中优选为普通节点之间间隔为I米，便于普通节点之间进行通信传输数据。
[0043]进一步地，所述⑶I界面包括:依次排布的配置面板、数据面板、及定位面板；其中，所述配置面板用于配置传感器网络中普通节点的位置坐标；数据面板用于显示由主机对所述无线传感网络所监听到的数据包进行处理后的结果；定位面板用于显示定位空间的三维图像。
[0044]具体的，通过配置面板来设定普通节点的位置坐标，即人为输入X轴方向及Y轴方向普通节点之间的间隔距离数值，较好的根据被定位装置的位置来设定无线传感器网络的范围，使被定位装置在无线传感器网络的分布范围内，以便对其信道进行监听获取数据包，提高了定位精准度。数据面板可以直观的显示出经过配置面板的配置操作，主机导入所监听的数据包，运行数据处理程序后，已获得每个普通节点的RSSI值。定位面板显示经过计算被定位装置坐标函数进行计算后被定位装置的位置信息。此外还可以通过设定的三维视图按钮来直观的在定位空间的三维图像中表征被定位装置的位置，即三维图像中峰值的位置坐标信息。
[0045]进一步地，所述被定位装置为手机、平板电脑、或者车载终端。
[0046]相应的，本实施例还提供了一种定位方法。请参考图3，其为本发明的定位方法的流程图。如图3所示，所述定位方法包括如下步骤:
[0047]首先，执行步骤SI，调节被定位装置处于持续发射W1-Fi信号的状态。
[0048]具体的，只有被定位装置处于持续发射W1-Fi信号的状态时，才为后续无线传感器网络监听器信道提供条件，在发生W1-Fi信号时，会有一些数据的传输。
[0049]接着，执行步骤S2，在被定位装置周围设置多个传感器节点，所述多个传感器节点构成无线传感器网络。
[0050]本实施例中，所述传感器节点包括一基站节点、及若干普通节点。所述基站节点与所述普通节点之间采用TinyOS操作系统中的分发协议和汇聚协议进行无线通信。其中，所述基站节点包括:串口通信模块、第一无线通信模块；其中，所述串口通信模块用于与所述主机进行通信；所述第一无线通信模块用于与所述普通节点进行通信。所述普通节点包括:传感模块、及与所述传感模块电连的存储模块；其中，所述传感模块用于采集所述被定位装置发射的W1-Fi信号的信道上所传输的数据包；所述存储模块用于存储所述传感器模块所采集的数据包。
[0051]接着，执行步骤S3，调节传感器节点的工作频段。
[0052]进一步地，所述调节传感器节点的工作频段，是将传感器节点的传送数据频段调整到与被定位装置发射W1-Fi信号的频段重叠。使得传感器节点能够监听被定位装置发射W1-Fi信号，从而监听其信道上传输的数据包，即监听数据包中的RSSI值，不能解码数据包中的数据。优选的，本实施例中，传感器节点与被定位装置均使用2.4G频谱。
[0053]接着，执行步骤S4，无线传感网络监听被定位装置的信道，并将监听到的数据包发送至主机。
[0054]具体的，在无线传感器网络监听被定位装置的信道时的工作原理如下:首先通过基站节点对所有普通节点发布命令，实现对整个无线传感器网络的控制和调度。这里对所有普通节点发布的命令包括:初始化命令，采集数据命令，回传数据命令。其中，初始化命令作用是将普通节点中的存储模块进行清空，为采集数据做准备；采集数据命令是初始化命令运行完后，普通节点开始对监听到的数据包进行采集；回传数据命令是在采集数据命令运行完后，对所采集的数据包进行收集。较佳的，发布命令的过程采用了分发协议，利用分发协议使得各个普通节点状态依次更新为命令所述状态，最终建立无线通信网络的一致性。当相应回传数据命令即将各个普通节点所监听的数据包回传到基座节点时采用汇聚协议。为了避免回传数据过程中出现丢包现象，采用增加传感模块所采数据的容量的方法来解决。
[0055]接着，执行步骤S5，主机根据接收的数据包确定被定位装置的位置信息。
[0056]本实施例中，所述主机根据接收的数据包确定被定位装置的位置信息，是通过所述主机运行其所加载的数据处理程序实现的。所述数据处理程序包括:单节点数据处理函数、原始离散图像构建函数、内插连续曲面图像构建函数、及计算被定位装置坐标函数；其中，所述单节点数据处理函数用于确定每个普通节点的RSSI值；这里确定每个普通节点的RSSI值是指:利用单节点数据处理函数对每个普通节点所监听的数据包进行数据的整理，即保留数据包中有效的RSSI值，去除无效的RSSI值，再对剩余所有有效的RSSI值求平均值，所求到的RSSI平均值即可表征该普通节点出的RSSI值。所述原始离散图像构建函数用于根据每个普通节点的已确定的RSSI值及普通节点的位置坐标建立原始离散图形；所述内插连续曲面图像构建函数是对所述原始离散图形进行二维内插，构建内插连续曲面图像；所述计算被定位装置坐标函数是通过查找所述内插连续曲面图像上峰值的位置，返回该峰值的坐标，所述峰值的坐标为所述被定位装置的位置信息。
[0057]接着，执行步骤S6，通过⑶I界面显示定位结果。
[0058]具体的，通过在主机设置⑶I界面，可以更直观的显示被定位装置的位置。
[0059]所述⑶I界面包括:依次排布的配置面板、数据面板、及定位面板；其中，所述配置面板用于配置传感器网络中普通节点的位置坐标；数据面板用于显示由主机对所述无线传感网络所监听到的数据包进行处理后的结果；定位面板用于显示定位空间的三维图像。
[0060]本实施例中，通过配置面板来设定普通节点的位置坐标，即人为输入X轴方向及Y轴方向普通节点之间的间隔距离数值，较好的根据被定位装置的位置来设定无线传感器网络的范围，使被定位装置在无线传感器网络的分布范围内，以便对其信道进行监听获取数据包，提高了定位精准度。数据面板可以直观的显示出经过配置面板的配置操作，主机导入所监听的数据包，运行数据处理程序后，已获得每个普通节点的RSSI值。定位面板显示经过计算被定位装置坐标函数进行计算后被定位装置的位置信息。此外还可以通过设定的三维视图按钮来直观的在定位空间的三维图像中表征被定位装置的位置，即三维图像中峰值的位置坐标信息。
[0061 ] 综上，在本发明实施例提供的定位系统及其定位方法中，通过在被定位装置周围设置多个传感器节点从而构建无线传感器网络，无线传感器网络监听被定位装置的信道，获得的数据包经过主机处理从而确定被定位装置的位置信息。本发明所提供的定位系统是基于自行构建的无线传感器网络，基于无线传感器网络的定位系统，不会受周围环境影响，成本低，定位精度高，且适用于室内和室外的不同场所。
[0062]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【权利要求】
1.一种定位系统，其特征在于，包括:多个传感器节点、及与传感器节点进行无线通信的主机；其中， 所述多个传感器节点构成无线传感器网络，所述无线传感器网络用于监听被定位装置发射的W1-Fi信号的信道； 所述主机，用于对所述无线传感网络所监听到的数据包进行处理，并显示被定位装置的位置。
2.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述传感器节点包括:一基站节点、及若干普通节点。
3.如权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所述普通节点之间采用Zig-Bee协议进行无线通信。
4.如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述基站节点与所述普通节点之间采用TinyOS操作系统中的分发协议和汇聚协议进行无线通信。
5.如权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所述基站节点包括:串口通信模块、第一无线通信模块；其中，所述串口通信模块用于与所述主机进行通信；所述第一无线通信模块用于与所述普通节点进行通信。
6.如权利要求2所 述的定位系统，其特征在于，每个普通节点的坐标均为已知，且各普通节点之间以小于等于10米的间隔呈矩阵阵列分布。
7.如权利要求6所述的定位系统，其特征在于，所述普通节点包括:传感模块、及与所述传感模块电连的存储模块；其中，所述传感模块用于采集所述被定位装置发射的W1-Fi信号的信道上所传输的数据包；所述存储模块用于存储所述传感器模块所采集的数据包。
8.如权利要求7所述的定位系统，其特征在于，所述主机设置有GUI界面，所述GUI界面用于显示被定位装置的位置。
9.如权利要求8所述的定位系统，其特征在于，所述GUI界面包括:依次排布的配置面板、数据面板、及定位面板；其中，所述配置面板用于配置传感器网络中普通节点的位置坐标；数据面板用于显示由主机对所述无线传感网络所监听到的数据包进行处理后的结果；定位面板用于显示定位空间的三维图像。
10.如权利要求9所述的定位系统，其特征在于，所述被定位装置为手机、平板电脑、或者车载终端。
11.一种定位方法，其特征在于，包括步骤如下: 调节被定位装置处于持续发射W1-Fi信号的状态； 在被定位装置周围设置多个传感器节点，所述多个传感器节点构成无线传感器网络； 调节传感器节点的工作频段； 无线传感网络监听被定位装置的信道，并将监听到的数据包发送至主机； 主机根据接收的数据包确定被定位装置的位置信息； 通过⑶I界面显示定位结果。
12.如权利要求11所述的定位方法，其特征在于，所述调节传感器节点的工作频段，是将传感器节点的传送数据频段调整到与被定位装置发射W1-Fi信号的频段重叠。
13.如权利要求11所述的定位方法，其特征在于，所述传感器节点包括一基站节点、及若干普通节点。
14.如权利要求13所述的定位方法，其特征在于，所述基站节点与所述普通节点之间采用TinyOS操作系统中的分发协议和汇聚协议进行无线通信。
15.如权利要求11所述的定位方法，其特征在于，所述主机根据接收的数据包确定被定位装置的位置信息，是通过所述主机运行其所加载的数据处理程序实现的。
16.如权利要求15所述的定位方法，其特征在于，所述数据处理程序包括:单节点数据处理函数、原始离散图像构建函数、内插连续曲面图像构建函数、及计算被定位装置坐标函数；其中，所述单节点数据处理函数用于确定每个普通节点的RSSI值；所述原始离散图像构建函数用于根据每个普通节点的已确定的RSSI值及普通节点的位置坐标建立原始离散图形；所述内插连续曲面图像构建函数是对所述原始离散图形进行二维内插，构建内插连续曲面图像；所述计算被定位装置坐标函数是通过查找所述内插连续曲面图像上峰值的位置，返回该峰值的坐 标，所述峰值的坐标为所述被定位装置的位置信息。
【文档编号】H04W4/04GK104080051SQ201410319791
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】朱燕民, 顾理, 王婧, 黄乘澜 申请人:上海交通大学