无线定位方法及装置制造方法
【专利摘要】一种无线定位方法及装置，将无线信号从待测点发射至三个以上基站装置，并开始计时。根据待测点与基站装置之间的无线信号传输时间，得到与基站装置对应的计时差值。根据计时差值计算待测点与基站装置对应的距离值。获取基站装置的坐标，并分别根据三个以上基站装置中的三个基站装置的坐标及对应的距离值计算得到对应的待测点的初始坐标，根据初始坐标计算得到待测点的定位坐标。由于通过无线信号的方式传播信号，可穿透障碍物进行信号传输，因此在建筑物内和障碍物遮挡的情况下仍具有较好的测距能力，与传统的无线定位技术相比，提高了在复杂区域的定位精度。
【专利说明】无线定位方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及定位【技术领域】，特别是涉及一种无线定位方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的发展，近年来无线定位技术受到人们越来越多的关注，在军 事和民用领域已获得了广泛的应用。
[0003] 传统的无线定位技术主要采用ZigBee无线定位，Zigbee定位是一种基于 RSSI (Received Signal Strength Indicator,接收信号强度指示）机制的定位系统，根据 接收信号的强度来计算节点间的距离。接收信号强度是发送端与接收端之间的距离的函 数。可用如下经验公式表示二者关系：
[0004] RSSI (dbm) = A-lOnlgd
[0005] 其中，η为信号传播常量，也叫做传播指数，d表示接收端与发送端的距离，A表示 在1米距离接收信号强度，可以通过测定接收信号强度RSSI来计算两节点之间的距离，然 后通过两点定位即可确定被测点坐标。
[0006] Zigbee无线定位的定位精度取决于接收信号强度（RSSI)，但是如果在复杂区域， 如节点和被测点之间存在大的障碍物或者干扰信号源时进行测距，接收信号强度将不再符 合公式中描述的与距离的关系。因此采用传统的无线定位技术进行复杂区域测距存在定位 精度低的缺点。
【发明内容】
[0007] 基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高复杂区域定位精度的无线定位方 法及装置。
[0008] 一种无线定位方法，包括以下步骤：
[0009] 将无线信号从待测点发射至三个以上基站装置，并开始计时；
[0010] 根据所述待测点与所述基站装置之间的无线信号传输时间，得到与所述基站装置 对应的计时差值；
[0011] 根据所述计时差值计算所述待测点与所述基站装置对应的距离值；
[0012] 获取所述基站装置的坐标，并分别根据所述三个以上基站装置中的三个基站装置 的坐标及对应的距离值计算得到对应的所述待测点的初始坐标；
[0013] 根据所述初始坐标计算得到所述待测点的定位坐标。
[0014] 一种无线定位装置，包括：
[0015] 发射模块，用于将无线信号从待测点发射至三个以上基站装置，并开始计时；
[0016] 处理模块，用于根据所述待测点与所述基站装置之间的无线信号传输时间，得到 与所述基站装置对应的计时差值；及根据所述计时差值计算所述待测点与所述基站装置对 应的距离值；
[0017] 初始坐标计算模块，用于获取所述基站装置的坐标，并分别根据所述三个以上基 站装置中的三个基站装置的坐标及对应的距离值计算得到对应的所述待测点的初始坐 标；
[0018] 定位坐标计算模块，用于根据所述初始坐标计算得到所述待测点的定位坐标。
[0019] 上述无线定位方法及装置，将无线信号从待测点发射至三个以上基站装置，并开 始计时。根据待测点与基站装置之间的无线信号传输时间，得到与基站装置对应的计时差 值。根据计时差值计算待测点与基站装置对应的距离值。获取基站装置的坐标，并分别根 据三个以上基站装置中的三个基站装置的坐标及对应的距离值计算得到对应的待测点的 初始坐标，根据初始坐标计算得到待测点的定位坐标。由于通过无线信号的方式传播信号， 可穿透障碍物进行信号传输，因此在建筑物内和障碍物遮挡的情况下仍具有较好的测距能 力，与传统的无线定位技术相比，提高了在复杂区域的定位精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为一实施例中无线定位方法的流程图；
[0021] 图2为另一实施例中无线定位方法的流程图；
[0022] 图3为一实施例中无线定位装置的结构图；
[0023] 图4为另一实施例中无线定位装置的结构图；
[0024] 图5为一实施例中无线定位装置的电路原理图。
【具体实施方式】
[0025] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发 明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0026] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的【技术领域】的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0027] 一种无线定位方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0028] 步骤S110 :将无线信号从待测点发射至三个以上基站装置，并开始计时。
[0029] 本实施例中，无线测距方法可应用于检测装置（检测器）中，将检测器设置于待测 点，发送无线信号。基站装置为用于进行信号收发，且位置固定不变坐标已知的装置。具体 可通过检测器发送UWB (Ultra Wideband,超宽带）无线信号至基站装置，UWB无线信号具有 较低的穿透衰减和较好的后向散射能力，确保信号传输的稳定性，进一步提高测距准确性。
[0030] 步骤S120 :根据待测点与基站装置之间的无线信号传输时间，得到与基站装置对 应的计时差值。
[0031] 具体地，可通过接收基站装置返回的无线信号计算计时差值。基站装置在接收到 检测器发送的无线信号后，返回无线信号至检测器。与前文对应，本实施例中基站装置返回 的无线信号也是UWB无线信号。检测器接收基站装置返回的无线信号后，可停止计时也可 仍继续计时。本实施例中可以是将接收到无线信号时的计时数值作为与各基站装置对应的 计时差值。
[0032] 在其中一个实施例中，计时差值包括待测点计时差值和基站计时差值。步骤S120 包括步骤21和步骤22。
[0033] 步骤21 :接收基站装置返回至待测点的无线信号，得到待测点计时差值。
[0034] 检测器将接收到基站装置返回的无线信号时的计时数值作为待测点计时差值。
[0035] 步骤22 :再次返回无线信号至基站装置，并接收基站装置发送的基站计时差值。
[0036] 检测器接收到基站装置返回的无线信号后再次发射无线信号至基站装置，再次发 射的无线信号同样也可以是UWB无线信号。基站装置在返回无线信号至检测器时同样开始 计时，接收到检测器再次返回的无线信号后得到基站计时差值并发送至检测器。
[0037] 进一步地，无线信号为根据预存的测距数据包转换得到。预先存储的测距数据包 含有特定的数据信息，以便后续步骤中进行匹配检测，避免接收到干扰信号而影响定位精 确度，数据信息的具体内容并不唯一。步骤21具体包括步骤211至步骤213。
[0038] 步骤211 :接收基站装置返回至待测点的无线信号，并将基站装置返回的无线信 号转换为返回数据包。
[0039] 检测器接收基站装置返回的无线信号并进行转换，得到返回数据包。
[0040] 步骤212 :判断返回数据包与测距数据包是否匹配。若否，则返回步骤S110,检测 器再次从待测点发射无线信号至基站装置，并重新开始计时，直至返回数据包与测距数据 包匹配；若是，则进行步骤213。将返回数据包与测距数据包进行比较是否匹配，具体地，若 返回数据包与测距数据包中的数据相同，则说明两者匹配。避免接收到干扰信号而影响定 位精确度，进一步提高了复杂区域的定位精度。
[0041] 步骤213 :得到待测点计时差值。
[0042] 检测器在判断返回数据包与测距数据包匹配时，得到与各基站装置对应的待测点 计时差值。需要说明的是，若步骤212中判断返回数据包与测距数据包不匹配时，返回步骤 S110,再次发射无线信号至基站装置，并重新开始计时。再次发射无线信号时会将原计时数 值清零，重新开始计时，则在两个数据包匹配后，步骤213中得到的待测点计时差值分别为 无线信号在检测器与各基站装置之间传播一个来回所用的时间。
[0043] 可以理解，在其他实施例中，也可以是在接收到基站装置返回的无线信号后便直 接获取与各基站装置对应的待测点计时差值，不进行判断数据包是否匹配的步骤。
[0044] 步骤S130 :根据计时差值计算待测点与基站装置对应的距离值。
[0045] 检测器根据得到的计时差值进行测距处理，得到距离值，即为测得的各基站装置 与待测点之间的距离。在其中一个实施例中，计时差值包括待测点计时差值和基站计时差 值，步骤S130包括：
[0046] 根据
【权利要求】
1. 一种无线定位方法，其特征在于，包括以下步骤： 将无线信号从待测点发射至三个以上基站装置，并开始计时； 根据所述待测点与所述基站装置之间的无线信号传输时间，得到与所述基站装置对应 的计时差值； 根据所述计时差值计算所述待测点与所述基站装置对应的距离值； 获取所述基站装置的坐标，并分别根据所述三个以上基站装置中的三个基站装置的坐 标及对应的距离值计算得到对应的所述待测点的初始坐标； 根据所述初始坐标计算得到所述待测点的定位坐标。
2. 根据权利要求1所述的无线定位方法，其特征在于，所述计时差值包括待测点计时 差值和基站计时差值；根据所述待测点与所述基站装置之间的无线信号传输时间，得到与 所述基站装置对应的计时差值的步骤，包括： 接收所述基站装置返回至所述待测点的无线信号，得到所述待测点计时差值； 再次返回无线信号至所述基站装置，并接收所述基站装置发送的所述基站计时差值； 所述根据所述计时差值计算所述待测点与所述基站装置对应的距离值为，根据所述待 测点计时差值和基站计时差值计算所述待测点与所述基站装置对应的距离值。
3. 根据权利要求2所述的无线定位方法，其特征在于，所述无线信号为根据预存的测 距数据包转换得到；所述接收所述基站装置返回至所述待测点的无线信号，得到所述待测 点计时差值的步骤，具体包括： 接收所述基站装置返回至所述待测点的无线信号，并将所述基站装置返回的无线信号 转换为返回数据包； 判断所述返回数据包与所述测距数据包是否匹配； 若否，则返回所述将无线信号从待测点发射至三个以上基站装置，并开始计时的步骤， 直至所述返回数据包与所述测距数据包匹配； 若是，则得到所述待测点计时差值。
4. 根据权利要求1所述的无线定位方法，其特征在于，所述根据所述初始坐标计算得 到所述待测点的定位坐标的步骤，包括以下步骤： 计算所述初始坐标的加权值；具体为
其中k = 1，2，…，m，m为初始坐标的个数；pk表示第k个初始坐标的权重值，Xk和Yk 分别表示第k个初始坐标的横轴值和纵轴值；\和t分别表示第i个初始坐标的横轴值和 纵轴值； 去除权重值大于预设权重阈值的初始坐标，得到筛选坐标； 根据所述筛选坐标计算所述定位坐标；具体为
其中，x〇、y。分别为定位坐标的横轴值和纵轴值，q为所述筛选坐标的数量，Xi和Yi分 别为第i个筛选坐标的横轴值和纵轴值，Pi为第i个筛选坐标的权重值。
5. 根据权利要求1所述的无线定位方法，其特征在于，根据所述初始坐标计算得到所 述待测点的定位坐标之后，还包括以下步骤： 根据所述基站装置的坐标建立距离函数；所述距离函数表征所述待测点与所述基站装 置的实际距离； 计算所述距离函数在所述定位坐标的泰勒级数展开式； 去除所述泰勒级数展开式一阶偏导之后的项，并计算所述待测点的实际坐标与所述定 位坐标的横轴偏差值与纵轴偏差值； 根据所述定位坐标和所述横轴偏差值与纵轴偏差值计算得到校准坐标； 判断所述横轴偏差值与纵轴偏差值的绝对值之和是否小于或等于预设的偏差阈值；若 否，则将所述校准坐标作为所述定位坐标，并返回所述计算所述距离函数在所述定位坐标 的泰勒级数展开式的步骤，直至所述横轴偏差值与纵轴偏差值的绝对值之和小于或等于所 述偏差阈值；若是，则将所述校准坐标作为所述待测点的坐标。
6. -种无线定位装置，其特征在于，包括： 发射模块，用于将无线信号从待测点发射至三个以上基站装置，并开始计时； 处理模块，用于根据所述待测点与所述基站装置之间的无线信号传输时间，得到与所 述基站装置对应的计时差值；及根据所述计时差值计算所述待测点与所述基站装置对应的 距离值； 初始坐标计算模块，用于获取所述基站装置的坐标，并分别根据所述三个以上基站装 置中的三个基站装置的坐标及对应的距离值计算得到对应的所述待测点的初始坐标； 定位坐标计算模块，用于根据所述初始坐标计算得到所述待测点的定位坐标。
7. 根据权利要求6所述无线定位装置，其特征在于，所述计时差值包括待测点计时差 值和基站计时差值；所述处理模块包括： 无线接收单元，用于接收所述基站装置返回至所述待测点的无线信号，得到所述待测 点计时差值； 无线回应单元，用于再次返回无线信号至所述基站装置，并接收所述基站装置发送的 所述基站计时差值； 处理单元，用于根据所述待测点计时差值和基站计时差值计算所述待测点与所述基站 装置对应的距离值。
8. 根据权利要求7所述无线定位装置，其特征在于，所述无线信号为根据预存的测距 数据包转换得到；所述无线接收单元包括： 接收单元，用于接收所述基站装置返回至所述待测点的无线信号，并将所述基站装置 返回的无线信号转换为返回数据包； 判断单元，用于判断所述返回数据包与所述测距数据包是否匹配；若否，则控制所述发 射模块再次将无线信号从待测点发射至三个以上基站装置，并重新开始计时，直至所述返 回数据包与所述测距数据包匹配；若是，则得到所述待测点计时差值。
9. 根据权利要求6所述无线定位装置，其特征在于，所述定位坐标计算模块包括： 第一计算单元，用于计算所述初始坐标的加权值；具体为
其中k = 1，2，···，m，m为初始坐标的个数；pk表示第k个初始坐标的权重值，Xk和Yk 分别表示第k个初始坐标的横轴值和纵轴值；\和t分别表示第i个初始坐标的横轴值和 纵轴值； 第二计算单元，用于去除权重值大于预设权重阈值的初始坐标，得到筛选坐标； 第三计算单元，用于根据所述筛选坐标计算所述定位坐标；具体为
其中，x〇、y。分别为定位坐标的横轴值和纵轴值，q为所述筛选坐标的数量，\和Yi分 别为第i个筛选坐标的横轴值和纵轴值，Pi为第i个筛选坐标的权重值。
10.根据权利要求6所述无线定位装置，其特征在于，还包括： 构建模块，用于根据所述基站装置与所述待测点的距离值建立距离函数；所述距离函 数表征所述待测点与所述基站装置的实际距离； 第一运算模块，用于计算所述距离函数在所述定位坐标的泰勒级数展开式； 第二运算模块，用于去除所述泰勒级数展开式一阶偏导之后的项，并计算所述待测点 的实际坐标与所述定位坐标的横轴偏差值与纵轴偏差值； 第三运算模块，用于根据所述定位坐标和所述横轴偏差值与纵轴偏差值计算得到校准 坐标； 第四运算模块，用于判断所述横轴偏差值与纵轴偏差值的绝对值之和是否小于或等于 预设的偏差阈值；若否，则将所述校准坐标作为所述定位坐标，并控制所述第一运算模块再 次计算所述距离函数在所述定位坐标的泰勒级数展开式，直至所述横轴偏差值与纵轴偏差 值的绝对值之和小于或等于所述偏差阈值；若是，则将所述校准坐标作为所述待测点的坐 标。
【文档编号】H04W64/00GK104125639SQ201410347449
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】郭敏, 胡志坤, 谢芝玉, 廖北平, 蒋汉柏 申请人:醴陵恒茂电子科技有限公司