一种实时精确判断区域边界的定位方法及定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种实时精确判断区域边界的定位方法，采用低频和高频两个频率信号的无线定位基站对区域边界实施定位，无线定位装置可以通过低频无线信号或高频无线信号与无线定位基站进行通信。定位系统是由无线定位基站和无线定位装置构成。其特点是用低频与高频控制相结合的定位方式，充分利用低频信号的穿透性强、近距离定位判断的高准确性和高频信号的传输距离远、中远距离定位判断准确性较高的特点，极大的提高了室内和室外定位的区域边界判断的准确性、实时性，整个系统的实现成本较低，工作性能稳定可靠，适用范围广泛，为室内定位的广泛应用和进一步的发展奠定了坚实的基础。
【专利说明】一种实时精确判断区域边界的定位方法及定位系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线定位技术，特别涉及精确判断区域边界的定位方法及定位系统。
【背景技术】
[0002]随着基于无线技术的室内定位技术的快速发展，室内无线定位在仓储、安全防护、教育、物流、医疗等行业和领域都得到了广泛应用。
[0003]现有室内定位方式，不论是采用区域定位还是精确定位，由于高频无线信号受到NLOS即高频电磁波在空间的非直线传播的影响，都存在定位区域边界模糊、定位区域误判以及定位实时性差的缺陷，尤其在监狱、重要物品仓库等涉及高保密性或高危险性的场所，对定位区域的边界判断要求非常精确，使得现有的定位技术在使用中受到了非常大的制约。
[0004]一些室内定位系统采用门禁的方式，虽然解决了区域边界精确判断的问题，但由于易用性差以及门禁的布设受到使用环境的限制，在开放区域或结构较为复杂的空间无法采用此种形式的室内定位系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种定位区域边界判断准确、实时性高、定位区域误判率极低的一种实时精确判断区域边界的定位方法。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种能够实现精确定位，使用不受定位区域空间结构限制的实时精确判断区域边界的定位系统。
[0007]本发明的技术解决方案是:一种实时精确判断区域边界的定位方法，其特征在于采用低频和高频两个频率的无线定位基站对携带有无线定位装置的物体实施定位，当无线定位装置处在无线定位基站的低频信号覆盖区域时，无线定位基站发出的低频信号激活无线定位装置，无线定位装置通过低频天线与无线定位基站的低频天线进行数据交换，然后无线定位装置将低频天线的编码和信号能量信息发送给无线定位基站，经无线定位基站的微控制器处理分析后，得到无线定位装置所处的位置信息；当无线定位装置没有处于无线定位基站的低频信号覆盖区域时，无线定位装置的高频模块开始工作，与无线定位基站相连接的双面定向天线接收无线定位装置发送的高频信号，经无线定位基站的微控制器分析处理后，得到无线定位装置所处的位置信息。
[0008]可以采用分布式低频天线列阵的方式扩大无线定位基站低频信号的覆盖区域。
[0009]一种实时精确判断区域边界的定位系统，其特征在于定位系统是由无线定位基站和无线定位装置构成，无线定位基站主要是由微控制器、高频收发模块、双面定向天线、低频收发模块及分布式低频天线阵列构成，无线定位基站的微控制器经高频收发模块与双面定向天线连接，通过双面定向天线接收和发送高频信号，实现无线定位基站与无线定位装置间的高频无线通信，同时，微控制器还经低频收发模块与分布式低频天线阵列相连接，通过低频天线接收和发送低频信号，实现无线定位基站与无线定位装置间的低频无线通信；无线定位装置主要是由微控制器、高频收发模块、高频天线、低频收发模块和低频天线构成，无线定位装置的微控制器经高频收发模块与高频天线相连接，与无线定位基站进行高频无线通信，无线定位装置的微控制器还经低频收发模块与低频天线连接，与无线定位基站进行低频通信。
[0010]所述的无线定位基站中的双面定向天线由两个背面相对的高频天线构成，两天线之间的空隙中填充有吸波材料。
[0011]所述的双面定向天线为高频定向窄波束天线。
[0012]所述的无线定位基站中的低频天线为分布式低频天线阵列。
[0013]所述的无线定位基站中的分布式低频天线阵列是由一对到多对低频天线构成。
[0014]所述的低频天线阵列是以并行的方式与无线定位基站相连接。
[0015]本发明的方法是将高频无线定位和低频无线定位配合使用，在处于定位区域边界较近的位置使用低频无线定位方式实现对无线定位装置的定位，在距离定位区域边界较远的位置使用高频无线定位方式实现对无线定位装置的定位。低频无线定位是由无线定位基站控制的低频天线产生交变磁场，当无线定位装置进入到交变磁场区域内，无线定位装置中的低频天线在交变磁场的作用下产生能量并激活处于休眠状态的无线定位装置，无线定位装置将通过低频天线获取的能量强度信息通过高频天线发送给无线定位基站，无线定位基站将接收到的能量强度信息进行比较判断后，计算出无线定位装置所处的低频区域位置。
[0016]高频无线定位是利用双面定向天线从同一个高频电磁波源接收的信号能量强度的差异来判断无线定位装置所处的区域。无线定位装置通过高频天线发射高频电磁波，双面定向天线相继接收到无线定位装置发射的高频信号，由无线定位基站将接收到的信息进行分析处理，计算出无线定位装置所处的区域位置。
[0017]无线定位基站的低频天线采用低频天线阵列结构，在无线定位基站的控制下，构成低频天线阵列的相邻两个低频天线的控制区域相互叠加形成扩大的低频控制区域。需要扩大定位区域时，只需增加分布式低频天线阵列中的低频天线数量，就可以方便的扩展低频信号的覆盖区域。
[0018]本发明的特点是:采用低频定位与高频定位相结合的方式，充分利用低频信号的穿透性强、近距离定位准确性高的特点和高频信号的传输距离远、中远距离定位准确性较高的特点，消除了定位区域的误判，极大的提高了室内、室外定位区域边界判断的准确性和实时性，同时，整个系统的实现成本较低，工作性能稳定可靠，适用范围广泛，为定位技术的广泛应用和进一步的发展奠定了坚实的基础。通过低频天线阵列的使用，可以使得室内定位技术不再受定位区域的空间结构限制，极大的扩展室内定位的使用范围。通过在区域的边界附近使用低频无线技术，充分利用低频技术穿透性强，不易受物体遮挡影响的特点，使得区域边界判断更准确、实时性更高。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明定位方法的工作原理图；
图2为本发明无线定位基站的原理框图；
图3为本发明无线定位装置的原理框图； 图4为本发明一种实施方案的工作原理图；
图5为本发明另一种实施方案的工作原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作进一步详述:
如图1、2、3所示，本发明的定位系统是由无线定位基站70和便携式无线定位装置60构成。图1中给出的两个无线定位装置601、602分别位于低频天线信号范围内和低频天线信号范围外。
[0021]无线定位基站70是由微控制器71、高频收发模块72、双面定向天线73、低频收发模块74和低频天线75连接构成。无线定位基站的微控制器71经高频收发模块72与双面定向天线73连接,双面定向天线是由两个背面相对的定向窄波束高频天线731、732构成，两天线之间的空隙中填充有吸波材料，通过双面定向天线接收和发送高频信号至无线定位装置。微控制器还经低频收发模块74与分布式低频天线阵列75连接，低频天线阵列可以由一对低频天线751、752所构成，或由多对低频天线751...75η按一定间隔构成分布式低频天线阵列，通过低频天线接收和发送低频信号至无线定位装置。
[0022]无线定位装置60采用便于移动目标携带的便携式结构，如腕带式或卡片式，它由微控制器61、高频收发模块62、高频天线63、低频收发模块65、低频天线66和报警装置64连接构成。无线定位装置60的微控制器61经高频收发模块62与高频天线63连接，接收和发送高频信号至无线定位基站。微控制器还经低频收发模块65与低频天线66连接，接收和发送低频信号至无线定位基站。
[0023]图1中是在低频天线信号覆盖的区域10内按一定间距对称放置的两个与无线定位基站相连接的低频天线，其中低频天线751在区域102内，低频天线752在区域101内，区域101和102的分界线为103。两个无线定位装置601和602，其中601处于低频天线的信号覆盖的范围内，602处于低频天线的信号覆盖范围之外。
[0024]如图4所示，本实施例是针对需要扩展定位区域的需求所设计的，在低频天线信号范围的区域30内设置3对相隔一定距离的低频天线，，其中低频天线752、754、756设置在区域301内，低频天线751、753、755设置在区域302内，区域301和302的分界线为303，形成低频天线阵列，上述低频天线阵列与无线定位基站70的微控制器采用并行方式连接。需要继续扩大定位区域的覆盖范围时，只需通过增加与无线定位基站并行连接的低频天线对的数量即可实现。无线定位基站其他结构与实施例1相同。
[0025]如图5所示，本实施例是将无线定位基站安装在室内定位区域50的出入口处，图中为四个出入口 51、52、53、54，各出入口处设置有无线定位基站701、702、703、704，每个出入口的无线定位基站设一对低频天线751、752，753,754, 755,756, 757、758。每个无线定位基站的双面定向天线放置于墙的侧壁上，以加强双面定向天线的方向性，进一步提升定位的准确性。
[0026]本发明是通过以下方法实现对携带无线定位装置的物体进行定位的:携带无线定位装置601的物体进入到由无线定位基站70低频天线或低频天线列阵形成的低频信号覆盖区域101时，在交变电磁场的作用下，无线定位装置的低频天线66产生能量并通过低频收发模块65激活处于休眠状态的微控制器61，微控制器开始通过低频收发模块65、低频天线66和无线定位基站70的低频天线阵列75以及低频收发模块74进行通信，将与低频天线阵列75进行通信的低频天线所对应的识别码和接收到的低频信号的能量强度值经微控制器61分析处理后，通过高频收发模块62、高频天线63发送给无线定位基站70，经过无线定位基站70的高频天线73、高频收发模块72将接收的信息送给微控制器71进行分析处理后得出无线定位装置60所处的位置信息。无线定位基站还可根据需要，通过高频收发模块72和高频天线73向无线定位装置60发送报警信息，无线定位装置60在接收到报警信息后使用报警装置64以震动、声音等形式进行报警。
[0027]由于连接到无线定位基站的低频天线的信号覆盖区域有限，如果无线定位装置602快速通过无线定位基站低频天线的信号区域，没有被低频天线所激活时，无线定位装置的微控制器61将启动高频收发模块62，通过高频天线63发射高频信号至无线定位基站70，无线定位基站的双面定向天线73即两个背面相对的高频天线731、732分别接收来自无线定位装置发射的高频信号，并将接收的高频信号能量强度信息经高频收发模块传送至微控制器，经分析处理后可以得出无线定位装置602所处的区域位置。
【权利要求】
1.一种实时精确判断区域边界的定位方法，其特征在于采用低频和高频两个频率的无线定位基站对区域边界实施定位，与无线定位基站进行通讯联系的无线定位装置处在无线定位基站的低频控制区域时，无线定位基站发出的低频信号激活无线定位装置，无线定位装置通过低频通信方式与无线定位基站的低频天线进行数据交换，无线定位装置将天线编码和信号能量强度发送给无线定位基站，经无线定位基站的微控制器处理分析后，得到无线定位装置所处的区域位置信息；无线定位装置处于无线定位基站的低频控制区域之外时，无线定位装置的高频模块开始工作，无线定位基站的两个背面相对的定向窄波束天线接收无线定位装置发送的高频信号，经无线定位基站的微控制器分析处理后，得到无线定位装置所处的区域位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种实时精确判断区域边界的定位方法，其特征在于无线定位基站的低频天线采用低频天线列阵方式扩大低频控制区域。
3.一种实时精确判断区域边界的定位系统，其特征在于定位系统是由无线定位基站和无线定位装置构成，无线定位基站主要是由微控制器、高频收发模块、双面定向天线连接、低频收发模块与分布的低频天线连接构成，无线定位基站的微控制器经高频收发模块与双面定向天线连接，通过双面定向天线接收和发送高频信号至无线定位装置，同时，微控制器还经低频收发模块与分布的低频天线连接，通过低频天线接收和发送低频信号至无线定位装置；无线定位装置主要是由微控制器、高频收发模块、高频天线、低频收发模块和低频天线连接构成，无线定位装置的微控制器经高频收发模块与高频天线连接，接收和发送高频信号至无线定位基站，无线定位装置的微控制器还经低频收发模块与低频天线连接，接收和发送低频信号至无线定位基站。
4.根据权利要求3所述的一种实时精确判断区域边界的定位系统，其特征在于无线定位基站中的双面定向天线由两个背面相对的天线构成，两天线之间的空隙中填充有吸波材料。
5.根据权利要求3所述的一种实时精确判断区域边界的定位系统，其特征在于所述的双面定向天线为定向窄波束天线。
6.根据权利要求3所述的一种实时精确判断区域边界的定位系统，其特征在于所述的无线定位基站中的低频天线为低频天线阵列。
7.根据权利要求6所述的一种实时精确判断区域边界的定位系统，其特征在于所述的无线定位基站中的低频天线阵列是由一对到多对低频天线构成，每对低频天线之间相聚一定间隔。
8.根据权利要求6所述的一种实时精确判断区域边界的定位系统，其特征在于所述的低频天线阵列是以并行的方式与无线定位基站相连接。
【文档编号】H04W64/00GK104363652SQ201410531947
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】杨立新, 白海鸣, 夏世轩 申请人:大连诚高科技股份有限公司