一种定位装置及定位方法与流程

本发明属于通信定位领域，具体涉及一种定位装置及定位方法。

背景技术：

目前，市场上使用的定位设备，只能单纯大致显示被定位设备的位置。不能精确的显示距离和角度。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种定位装置，以使得用户能够精确的对待定位物品进行定位。

上述的定位装置，包括：主寻模块；所述主寻模块包括第一天线、第二天线、超宽带信号鉴相器和控制器，所述第一天线和所述第二天线，以及所述控制器分别与所述超宽带信号鉴相器电连接；所述第一天线和所述第二天线分别接收待定位装置发送的第一定位信号；其中，所述信号鉴相器用于确定所述第一定位信号到达所述第一天线和所述第二天线的第一相位差；所述控制器用于依据所述第一相位差、以及所述第一天线和所述第二天线之间的距离确定所述待定位装置相对于所述主寻模块的第一角度。

上述的定位装置，所述第一定位信号为超宽带定位信号。

上述的定位装置，所述主寻模块还与移动终端无线连接；所述移动终端用于显示所述待定位装置相对于所述主寻模块的位置信息。

上述的定位装置，所述主寻模块与所述移动终端通过蓝牙连接。

上述的定位装置，所述主寻模块被封装为第一电子标签。

上述的定位装置，所述定位装置还包括被寻模块，所述第一天线和所述第二天线分别接收所述被寻摸块发送的超宽带第二定位信号；其中,所述信号鉴相器用于确定所述超宽带第二定位信号到达所述第一天线和所述第二天线的第二相位差；所述控制器用于依据所述第二相位差、以及所述第一天线和所述第二天线之间的距离确定所述被寻摸块相对于所述主寻模块的第二角度；所述移动终端显示所述被寻摸块相对于所述主寻模块的位置信息；所述被寻模块被封装为第二电子标签。

上述的定位装置，所述移动终端实时拍摄并显示现实环境画面。

另一方面，本发明旨在提供一种定位方法，以使得用户能够精确的对待定位物品进行定位。

上述的定位方法，基于上述任意一项所述定位装置，该方法包括如下步骤：

步骤1，依据公式

确定所述被寻物品相对于主寻模块的距离；

其中

c为光速；

t1为所述主寻模块发送超宽带信号至待定位装置的定位信号发送时间；

t2为所述主寻摸块接收到所述待定位装置返回的对所述定位信号的响应信号的时间；

treply为所述超宽带信号在所述待定位装置中的延时；

步骤2，依据公式计算待定位装置相对于主寻模块的角度；

其中，

α为通过所述信号鉴相器测量获得的所述待定位装置发来的超宽带信号到达所述第一天线和所述第二天线的相位差；

d为所述第一天线和所述第二天线之间的距离；

λ为所述超宽带信号的波长。

另一方面，本发明旨在提供一种定位方法，以使得用户能够精确的对待定位物品进行定位。

上述的定位方法，基于上述任意一项所述的定位装置，该方法包括如下步骤：

s1：主寻模块在t1时刻在发出超宽带信号；

s2：待定位装置收到所述超宽带信号，经过延时treply，将响应信号返回所述主寻模块；

s3：所述主寻模块在t1时刻收到返回的所述响应信号；

s4：根据公式计算所述主寻模块和所述待定位装置之间的距离，其中，distance为二者之间的距离，c为光速；

s5：测量所述待定位装置发来的定位信号到达所述第一天线和所述第二天线的相位差，以及，所述第一天线和所述第二天线之间的距离；

s6：根据计算所述待定位装置相对于所述主寻模块的角度。

s7：根据所述主寻模块和所述待定位装置之间的距离以及所述待定位装置相对于所述主寻模块的角度，确定所述待定位装置的位置。

上述的定位方法，还包括如下步骤：

将所述主寻模块和所述待定位装置之间的距离以及所述待定位装置相对于所述主寻模块的角度发送至屏幕显示。

本申请通过超宽带信号来确定待定位装置与定位装置之间的距离和角度，提高了准确性。

附图说明

图1是本发明一实施例中的通过定位装置定位的方法流程示意图；

图2是本发明一实施例中的通过定位装置定位的方法流程示意图；

图3是本发明一实施例中的通过定位装置定位的方法流程示意图；

图4是本发明一实施例中的通过定位装置定位的方法流程示意图

图5是本发明一实施例中的计算角度的原理示意图；

图6是本发明一实施例中的计算距离的原理示意图；

图7是本发明一实施例中的定位装置的效果示意图；

图8是本发明一实施例中的定位装置的结构示意图。

具体实施方式

请参照图1，在本申请一实施例中，通过定位装置定位的方法，包括如下步骤：

s1：定位装置接收定位信号发送装置发送的定位信号，并根据所述定位信号计算出所述定位信号发送装置与所述定位装置之间在水平方向上的夹角；

s2：所述定位装置计算其与所述定位信号发送装置之间的水平方向上的距离；

s3：所述定位装置实时拍摄现实环境画面；及

s4：在所述定位装置上显示所述现实环境画面、所述夹角及所述距离。

在本实施例中，所述定位信号为uwb(ultrawideband)信号，然而并不以此为限。在本申请其他实施例中，定位信号可以为其他任何信号。以下以uwb信号为例进行说明。

当使用者a使用该方法找被寻者b时，将uwb信号发送装置放置在b的身上。此时uwb信号发出装置发出uwb信号，可视化设备接收该信号之后并计算出信号发出装置与可视化设备之间在水平方向上的夹角和距离。同时a拿着可视化设备实时拍摄并显示环境画面。最后将夹角和距离与环境画面一同显现出来(如图6所示)。显示之后，a拿着该可视化设备，按照设备上提示的角度和距离，同时按照设备上的环境画面移动进行寻找b。如此即可达到根据现场实际环境寻找b的目的。

请参照图2和图5在本申请一实施例中，通过所述定位装置中的天线阵列，计算出所述夹角。在本实施例中，使用相位差测量法计算上述夹角，然而并不以此为限。本领域技术人员可以根据实际情况选择其他方法计算夹角，例如时间差测量法等。均属于本申请所要求保护的范围之内。下面以相位差测量法为例。通过测量天线阵列中的2个天线接收到同一个uwb信号的相位差，可以计算出角度θ。

下面是推导公式：

同一个uwb信号分别到达第一天线和第二天线的距离差为：p＝dsinθ(d为两个天线的间距)；

信号波长为：(c为光速，f是载波频率)

如果α是图中uwb信号鉴相器求得的到达天线阵列的相位差，那么：

即所以即

因为uwb信号的频率比较高(典型为3ghz～7ghz)，即波长λ为几厘米的尺度，所以较小的距离差p，也会得到较明显的相位差α。

在本实施例中，两个天线的间距d，取值等于或略小于因为如果取值大于会有多个解。

请参考图3和图6，在本申请一实施例中，通过uwb信号进行实时测距，精度可达到10cm。由于uwb信号发送装置和接收装置的时钟并不同步，所以实际通过twr(two-wayranging)算法进行。具体方法为：定位装置在t1时刻发出定位信号(以uwb脉冲为例)开始测距，uwb信号发送装置(被定位端)经历飞行时间tof(timeofflight)后收到该脉冲，并经过treply延时(cpu的处理时间等)后，也发出响应信号。再经过tof时间后，信号被发起者收到。

已知：uwb无线电信号传输速度等于光速c；

treply是固定时间，可以通过测量和计算得到。

那么，两个电子标签之间的距离为：

请参照图7和图8，本申请还提供一种定位装置a，包括：外壳100、定位信号接收装置、计算模块、摄像装置及显示屏。其中定位信号接收装置设置在所述外壳内，用于接收定位信号发送装置所发送的定位信号。计算模块设置在所述外壳内，用于根据所述定位信号计算所述定位信号发送装置与所述定位信号接收装置之间在水平方向上的距离和夹角。摄像装置设置在所述外壳表面，用于实时拍摄现实环境画面。显示屏设置在所述外壳表面，用于显示所述现实环境画面、所述距离及所述夹角。

在本申请一实施例中，定位信号接收装置为uwb信号接收装置。

请参照图5，在本申请一实施例中，计算模块进一步包括：处理器及天线阵列，而天线阵列进一步包括但不限于第一天线、第二天线和uwb信号鉴相器。其中第一天线和第二天线均用于接收所述uwb信号。uwb信号鉴相器连接所述第一天线、所述第二天线及所述处理器，用于使用相位差测量法计算所述夹角。

在本申请一实施例中，定位装置还包括：热探测装置和/或x光透视装置，其中，所述热探测装置用于探测现实环境中的热量，并在所述显示屏中显示热成像画面、所述距离及所述夹角；所述x光透视装置用于透视现实环境中的遮挡物，并在所述显示屏中显示透视画面、所述距离及所述夹角。

在本申请一实施例中，所述定位装置为智能手机。

在本申请一实施例中，所述定位装置为智能手表。

在本申请一实施例中，提供一种定位方法，基于上述任意一项所述定位装置，该方法包括如下步骤：

步骤1，依据公式

确定所述被寻物品相对于主寻模块的距离；

其中

c为光速；

t1为所述主寻模块发送超宽带信号至待定位装置的定位信号发送时间；

t2为所述主寻摸块接收到所述待定位装置返回的对所述定位信号的响应信号的时间；

treply为所述超宽带信号在所述待定位装置中的延时；

步骤2，依据公式计算待定位装置相对于主寻模块的角度；

其中，

α为通过所述信号鉴相器测量获得的所述待定位装置发来的超宽带信号到达所述第一天线和所述第二天线的相位差；

d为所述第一天线和所述第二天线之间的距离；

λ为所述超宽带信号的波长。

如图4所示，在本申请一实施例中，提供一种定位方法，基于上述任意一项所述的定位装置，该方法包括如下步骤：

s1：主寻模块在t1时刻在发出超宽带信号；

s2：待定位装置收到所述超宽带信号，经过延时treply，将响应信号返回所述主寻模块；

s3：所述主寻模块在t1时刻收到返回的所述响应信号；

s4：根据公式计算所述主寻模块和所述待定位装置之间的距离，其中，distance为二者之间的距离，c为光速；

s5：测量所述待定位装置发来的定位信号到达所述第一天线和所述第二天线的相位差，以及，得到已知的所述第一天线和所述第二天线之间的距离；

s6：根据计算所述待定位装置相对于所述主寻模块的角度。

s7：根据所述主寻模块和所述待定位装置之间的距离以及所述待定位装置相对于所述主寻模块的角度，确定所述待定位装置的位置。

上述的定位方法，还包括如下步骤：

将所述主寻模块和所述待定位装置之间的距离以及所述待定位装置相对于所述主寻模块的角度发送至屏幕显示。

在上述实施例中，定位装置和定位方法中的屏幕并不是必须的。在本申请其他实施例中，也可以没有显示设备，改用其他装置，如发声设备，设置没有任何告知设备，均属于本领域技术人员所要求保护的范围内。

本申请通过超宽带信号来确定待定位装置与定位装置之间的距离和角度，提高了准确性。进一步的，将实时环境画面与定位装置和被定位装置之间的距离和角度结合起来显示，方便在现实环境中寻找被定位装置。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。