一种基于天线对的定位系统及其方法与流程

本发明涉及室内定位技术，特别是一种基于天线对的定位系统及其方法。

背景技术：

在室内定位领域，大部分高频信号其抗干扰性都很不理想，例如最为广泛使用的2.4g信号(wifi、蓝牙等)，用于超高精度定位的uwb信号。这些高频信号被墙体遮挡，或者被人体遮挡后，信号的变化会非常大，几乎不能用于定位。

此外，即使没有环境中的干扰，以上所说的定位技术，都是具有定位精度的概念，例如1m精度等等。对于大部分定位场景来说，都是没有问题的，但是在特定的场合，例如快速进出门判断，现有的定位技术是不足以百分百的保证能够快速区分墙里墙外。

因此，我们利用这些高频信号容易被墙体干扰这一特征，发明了一种基于天线对的准确区分墙体两侧的定位方法，信号受墙体干扰越严重，我们的方法越有效。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种解决超高频信号无法准确区分墙体两侧问题的基于天线对的定位系统及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种基于天线对的定位系统，至少包括一对基站，所述基站通过网络交换机与服务器终端相连接，所述一对基站分别位于障碍物两侧，所述基站上设有天线，所述一对基站的天线各自朝向无遮挡方向。

所述基站为2.4g基站，所述天线为2.4g天线。

所述天线为定向天线。

一种基于天线对的定位方法，步骤包括：

1)设障碍物两侧的为a区域和b区域，使得一对天线分别出现在a区域和b区域中，在a区域的天线获得的信号为rssi1，在b区域的天线获得的信号为rssi2；

2)定位基站获取天线和移动点的rssi值，(rssi1，rssi2)作为一次“信号输入”；

3)使用可信阈值thre1对步骤1)中获得的rssi进行过滤，删除不可信的“信号输入”；

4)设置阈值thre2来过滤信号差值不够明显的“信号输入”；

5)处理后的“信号输入”有rssi1>thre1，rssi2>thre1，abs(rssi1–rssi2)>thre2；

6)将满足条件的rssi1–rssi2差值结果放入滑动窗口，所述滑动窗口按照插入时间序列使用fifo先进先出的办法维护窗口；

7)所述滑动窗口拥有老化时间，定期删除旧数据，确保窗口定位结果的时效性和准确性；

8)计算窗口内全部差值的总和，当窗口内全部差值的总和为负值，则说明rssi1<rssi2，即定位在b区域，当窗口内全部差值的总和为正值，则说明rssi1>rssi2，即定位在a区域。

相比于现有技术，本发明的优点在于：1、本发明基于遮挡物的信号衰减原理，能够有效的区分墙体的内外。而不是依靠定位精度来判断其具体位置，适用于需要进出门判断的地方。

2、本发明的天线对定位算法，为了解决超高频信号强度的不稳定性，增加了平滑窗口，确保了基于信号差异的定位结果的可靠性。

3、本发明的基于天线对的区域定位系统，相比于传统的定位手段，例如三点定位等，只需要一对天线就可以完成进出的判断，不需要在环境中密集部署，实施简单，设备用量低。

4、本发明的基于天线对的区域定位系统，可以将一对天线认为是一个判断进出的传感器，便于灵活部署这种判断进出的传感器，动态的在目标环境中扩展使用。

附图说明

图1为本发明系统构成图。

图2为本发明定位方法原理图。

图3为本发明定位方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

如图1所示，典型的场景包含2个2.4g基站(含2.4g天线)，1台服务器终端，1台网络交换机，若干待定位的移动点。

1、在遮挡物墙壁的两侧背对背的方式安装2个2.4g基站。所述的2.4g基站包含2.4g天线，如果内置天线为定向天线，效果更好，天线背对背安装，各自朝向无遮挡方向。所述2.4g基站能够接受和发送2.4g信号，能够获取2.4g信号的rssi信号强度值。

2、2.4g基站通过网络交换机和服务器终端连接，2.4g基站将实时收到的rssi值上传给服务器终端。

3、服务器终端运行天线对区域定位算法。该算法利用两个对装的2.4g天线信号，可以完成区域定位，识别待定位的移动点在墙体遮挡物的哪一测。对于任意移动点来说，两个定向基站的信号差异主要来源于墙体干扰。

如图2所示，天线a和天线b构成了天线对，他们中间间隔了一堵墙。对于移动点1，天线a的衰减主要是因为实墙，而天线b是视距无遮挡，因此移动点1收到天线a的信号强度应该小于天线b的信号强度。对于移动点2，天线a的衰减主要是实墙+遮挡物，天线b的衰减主要是遮挡物，因此移动点2收到天线a的信号强度应该小于天线b的信号强度。无论在哪个定位区域，通过天线对，都能够区分墙体的两侧。

如图3所示，一种基于天线对的定位方法，步骤包括：

1)设障碍物两侧的为a区域和b区域，使得一对天线分别出现在a区域和b区域中，在a区域的天线获得的信号为rssi1，在b区域的天线获得的信号为rssi2；

2)定位基站获取天线和移动点的rssi值，(rssi1，rssi2)作为一次“信号输入”；

3)考虑到无线信号的衰减，在距离较远处已经不具备区分的条件，障碍物对两个天线信号强度的干扰已经不明显。

因此使用可信阈值thre1(根据硬件设备经验来定，一般是一个较远距离下的rssi值)对步骤1中获得的rssi进行过滤，删除不可信的“信号输入”。针对无线信号rssi和距离关系rssi＝10nlnd+a,其中n为路径损耗指数，和环境相关，a是和硬件相关的固有值，rssi和距离呈现对数变化趋势，距离越远，rssi变化越不明显。经实际环境测量后，获取rssi区分度不明显的某个值作为thre1，满足thre1的rssi随着距离变化是明显的，不满足thre1的rssi随着距离变化是不明显的。其中，针对2.4g信号，一般在10米距离处rssi变化不明显，可以取10米处的平均rssi作为thre1。

4)考虑到障碍物的干扰特性，两个天线会有一个固定的信号差值，设置阈值thre2来过滤信号差值不够明显的“信号输入”。阈值thre2一般是rssi的波动误差，也是需要针对实际的无线系统进行测量获取，例如在某系统中，在rssi满足thre1的范围内，保持静止，此时无线系统的信号波动的幅度为x，则设置thre2＝x。

5)处理后的“信号输入”有rssi1>thre1，rssi2>thre1，abs(rssi1–rssi2)>thre2；

6)将满足条件的rssi1–rssi2差值结果放入滑动窗口，所述滑动窗口按照插入时间序列使用fifo先进先出的办法维护窗口；

7)所述滑动窗口拥有老化时间，定期删除旧数据，确保窗口定位结果的时效性和准确性；

8)计算窗口内全部差值的总和，当窗口内全部差值的总和为负值，则说明rssi1<rssi2，即定位在b区域，当窗口内全部差值的总和为正值，则说明rssi1>rssi2，即定位在a区域。

已获取到移动点相对于全部定位基站的实时rssi信号。

将全部rssi信号组成特征向量<rssit1，rssit2，rssit3，......，rssitn>。

和每个模拟的参考节点(即图中的灰色圆圈位置)计算特征向量的距离。模拟的参考节点特征向量在离线采集阶段已经生成，详情见图2描述。

选出若干个距离最近的模拟参考节点位置，如图2中移动点位置，计算他们的平均坐标，就是最终定位点的坐标，完成定位。