多功能智能室內(nèi)定位導(dǎo)航儀設(shè)計(jì)案例

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理（除圖片外需有文字介紹）

3.1.1定位實(shí)現(xiàn)方法:

STEVAL實(shí)驗(yàn)板提供LSM303DLH（六軸地磁模塊）和LPR430AL（兩軸橫滾俯仰陀螺儀） LY330ALH（一軸偏航陀螺儀），利用六軸地磁模塊中的三軸加速度傳感器測(cè)量間隔一定短時(shí)間間隔后的相對(duì)板平面的加速度 ，并且利用 ，并且進(jìn)行累加，可以得到在不同時(shí)間相對(duì)于板平面的速度 ，然后利用陀螺儀可以測(cè)量的加速度對(duì)以上的速度進(jìn)行變換，從而得到在真實(shí)空間中的三個(gè)方向的速度分量（以豎直向上為z軸正方向，x，y可以具體定義，滿(mǎn)足三維直角坐標(biāo)系關(guān)系）。考慮到角度量 是標(biāo)量，但是無(wú)窮小量是矢量，那么可以利用公式 得到在較短時(shí)間內(nèi)的坐標(biāo)系沿三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)變換（在實(shí)際中利用很短的時(shí)間來(lái)替代） 。

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換公式：

其中 分別是沿x，y，z三個(gè)方向在短時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)過(guò)的夾角，不斷的利用以上轉(zhuǎn)換公式可以得到當(dāng)前實(shí)驗(yàn)板坐標(biāo)系和真實(shí)空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系，利用 可以逆向推導(dǎo)出，（在真實(shí)空間坐標(biāo)系中的三個(gè)速度分量），再利用這三個(gè)速度分量可以計(jì)算出位移，從而實(shí)現(xiàn)在定位。

3.1.2導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)方法：

由于具體路線(xiàn)的計(jì)算都集中在手機(jī)中，而傳感器部分僅負(fù)責(zé)信息的采集，而手機(jī)的計(jì)算，顯示功能都十分的強(qiáng)我們可以將比較復(fù)雜的地圖和算法應(yīng)用在手機(jī)中。

而Android手機(jī)一般是大屏幕觸摸，終點(diǎn)確定，位置校準(zhǔn)都很方便，導(dǎo)航是需要有點(diǎn)考慮的地方。

我們的地圖在手機(jī)的存儲(chǔ)中分為兩層，底層存儲(chǔ)的是地圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以根據(jù)如今的位置，使用最短路徑算法等路徑算法找到要提示的行進(jìn)方向。而頂層存儲(chǔ)的是地圖的顯示路徑，可以在屏幕上進(jìn)行顯示并進(jìn)行引導(dǎo)。而在行進(jìn)過(guò)程中也要通過(guò)傳感器確定使用者的運(yùn)動(dòng)方向和位置進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，提示出最新的引導(dǎo)方向。

3.1.3 RFID校正：

由于系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，定位的方法利用加速度計(jì)算位移，角速度確定轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方法來(lái)最終獲取位移信息從而獲得位置信息，但是在實(shí)際中會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：1、線(xiàn)加速度和角速度的獲取是間隔采樣獲得 2、實(shí)際情況中采用的是差分求和而不是積分會(huì)引入誤差 3、在獲取轉(zhuǎn)動(dòng)方向的時(shí)候默認(rèn) 等價(jià)，但在實(shí)際中不等價(jià)，因?yàn)楹暧^(guān)的角度并非矢量4、傳感器本身誤差的存在

考慮到誤差隨著時(shí)間和位移的積累會(huì)大到有明顯影響，所以需要進(jìn)行校正：1）射頻標(biāo)簽來(lái)進(jìn)行校正：在室內(nèi)的固定地點(diǎn)放入射頻標(biāo)簽，實(shí)驗(yàn)板上加入RFID reader模塊，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定地點(diǎn)是，用戶(hù)可通過(guò)刷卡形式進(jìn)行校正。在進(jìn)一步設(shè)計(jì)中可以考慮使用在固定地點(diǎn)放入大功率信號(hào)發(fā)射器，在用戶(hù)路過(guò)時(shí)自動(dòng)接收信號(hào)進(jìn)行校正。

2）人工校正：用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)在觀(guān)察到特定位置后可以自行校正，在比較容易識(shí)別的特殊位置，用戶(hù)可以通過(guò)觸屏進(jìn)行校正，從而輔助射頻校正，實(shí)現(xiàn)更好的校正效果

圖3.1.1 硬件架構(gòu)圖

圖3.1.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖