提高抵抗水分含量变化影响能力的toa无线定位系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，包括至少3个基站、定位设备和目标识别卡；基站接收目标识别卡发出的无线信号并传输至定位设备，定位设备包括电源模块、处理器、网络传输模块、防水分干扰算法模块、数据存储模块，网络传输模块接收基站发出的无线信号并通过处理器分配至防水风干扰算法模块进行处理，处理结果存入数据存储模块。通过本实用新型进行TOA定位能够有效降低无线信号在空中传播时受水分影响使目标定位产生的误差，定位精度高，故障率低。
【专利说明】
提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及无线通信技术领域，具体涉及提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统。
【背景技术】
[0002]为了获取特定人员和物品的精确位置是十分重要的，目前该问题通常利用三点定位方法予以解决，即通过已知三个点的坐标，测得目标到三个点的距离或者角度，利用几何算法求得目标的位置坐标。三点定位中的测角方法需要昂贵的智能型的阵列天线系统，因此在高精度定位的市场化中难以推广。所以三点定位中普遍使用测距方法。
[0003]测距一般有两种方法，即利用信号强度(RSS)方式或利用信号到达时间(TOA)方式。RSS方式有其固有缺点，如定位的精度比较低、覆盖的范围小、在恶劣环境下无法工作等等。而采用TOA技术可以克服这些缺点，其定位精度最大可小于I米。
[0004]TOA方法通过测量无线信号从目标至信号基站的传播时间，并乘以无线信号的传播速度得到基站距目标的距离。该方式具有精度高、基站的覆盖范围大、适于抗恶劣环境等优点。如图4所示，在理想条件下，分别以三个基站A、B和C为圆心，以每个基站测得的与目标间的距离为半径(AT、BT和CT)做圆，所相交的点即为目标坐标。但是由于空气中存在的水分会使无线信号在空气中传播的速度发生改变，较标准条件下测定的传播速度快或慢，造成基站实际测得的与目标之间的距离变大或者变小，使得三个圆相交部分不为一点。如图2所示，在实际应用中，一般分别以A、B和C三个基站的坐标作为圆心以所测得的AT、BT和CT作为半径做圆，求得三个圆的6个交点位置。由于目标T的位置应在A、B和C三个基站所围成的三角形内部，据此可以确定符合要求的三个交点(Cl、C2和C3)。将此三个交点作为顶点做三角形，将该三角形的中心C作为目标的位置T’。从图中可以看出，空气中水分的影响降低了三点定位方法的精度。
【发明内容】
[0005]发明目的:针对现有技术的不足，本实用新型提出了提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，减少了定位时基站计算与目标间的距离时由于空气中水分含量对无线信号传播速度造成的影响，提高了对目标的定位精度。
[0006]技术方案:本实用新型所述提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，包括至少3个基站、定位设备和目标识别卡;基站接收目标识别卡发出的无线信号并传输至定位设备，定位设备包括电源模块、处理器、网络传输模块、防水分干扰算法模块、数据存储模块，网络传输模块接收基站发出的无线信号并通过处理器分配至防水风干扰算法模块进行处理，处理结果存入数据存储模块。在平面定位中设置至少三个基站，基站的坐标是已知并固定的，即三点定位中的三个点，也称锚点，目标识别卡固定在待定位的目标上;为了保证定位的精确度及速度，防水分干扰算法模块单独设置，是一个完整的最小单片机系统，而处理器只负责将计算的结果进行输出或储存，这样可使整个设备的工作速度加快，同时降低故障率和计算出错概率。
[0007]进一步完善上述技术方案，所述电源模块包括交直流转换模块、直流供电模块，交流电经所述交直流转换模块、直流供电模块后与所述处理器相连为其供电。
[0008]进一步地，所述处理器与直流供电模块之间还连接有开关及复位模块。
[0009]进一步地，所述处理器还设有设备显示模块将防水分干扰算法模块处理结果进行显不O
[0010]进一步地，所述防水分干扰算法模块采用DSP高速运算芯片。采用DSP高速运算芯片对数据进行运算，极大地提高了得到定位结果的速度。
[0011]为了满足基站和设备、设备和互联网中指定监控主机间的通讯，进一步地，所述定位设备通过网络传输模块与监控主机相连，互联网中具有权限的监控主机可同过网络传输模块对设备进行远程操控及数据通讯。
[0012]有益效果:与现有技术相比，本实用新型的优点:通过本实用新型进行TOA定位能够有效降低无线信号在空中传播时受水分影响使目标定位产生的误差，定位精度高，故障率低，并且易组成拓扑结构，实现更多功能。
【附图说明】
[0013]图1为定位设备从现场基站提取目标位置信息的设备及过程示意图。
[0014]图2为定位设备内部结构功能简图。
[0015]图3为现场设备布置的网络拓扑图。
[0016]图4为三点定位原理以及收到空气水分影响后的误差示意图。
[0017]图5为三点定位方法中对空气水分影响的处理方法示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明。
[0019]实施例1:如图1所示的提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，包括7个基站、定位设备、目标识别卡，基站接收目标识别卡发出的无线信号并传输至定位设备。如图2所示，定位设备包括交直流转换模块、直流供电模块、开关及复位模块、处理器、网络传输模块、防水分干扰算法模块、数据存储模块、设备显示模块，流电经交直流转换模块、直流供电模块后与处理器相连为其供电，开关及复位模块连接在直流供电模块与处理器之间用于控制处理器的复位，网络传输模块接收基站发出的无线信号并通过处理器分配至防水风干扰算法模块进行处理，防水分干扰算法模块采用DSP高速运算芯片，处理结果存入数据存储模块并通过设备显示模块进行显示。
[0020]如图3所示，定位设备能够通过网络传输模块将数据发送至互联网中的指定的监控主机和服务器，互联网中具有权限的监控主机可同过网络传输模块对定位设备进行远程操控及数据通讯。服务器的功能包括完成后台的设备管理、显示地图、根据目标识别卡到多个基站的距离计算出目标标识卡的位置坐标并显示在地图上等等。
[0021]其中设备无线网桥性能应达到以下要求:工作电压:交流220V;工作电流:160mA;通信距离:CAN总线10千米，无线通信距离1200米;通信速率:125Kbps ；环境大气压80kPa?I 1kPa;环境温度-20 0C?+70 °C ;周围空气相对湿度不大于95 % (25 °C时)；在无破坏绝缘的气体和蒸气的环境;在无滴水的地方。定位基站应达到以下要求:工作电压:交流220V;工作电流:160mA ；通信距离:CAN总线10千米，无线通信距离1200米;通信速率:125Kbps ；环境大气压80kPa?I 1kPa;环境温度-20 V?+70°C ;周围空气相对湿度不大于95 % (25°C时)；在无破坏绝缘的气体和蒸气的环境;在无滴水的地方。
[0022]如图5所示，采用本实用新型提供的系统进行定位的方法包括如下步骤:
[0023]测试当天湿度为80%，测试环境为一高层建筑室内施工现场，现场面积645平方米。
[0024](I)在需定位的场地周围，布置7台基站和I台服务器，读取基站坐标；
[0025](2)当目标T进入定位范围内，对目标所携带的信号发射装置所发出的信号进行接收测试，选择信号强度最佳的三台基站用于定位，
[0026](3)根据信号强度的大小选出三个信号质量最好的基站A、B、C及其坐标(Xa，ya)、(xb，yb)和(xc，yc)；
[0027](4)根据信号到达基站时间与无线电波在空气中传播的速度，分别计算根据由目标T发出的信号至基站A、B和C之间的距离AT、BT和CT;
[0028](5)计算目标T到三个基站距离的比例&=AT/BT、^ca = CT/AT和= BT/CT ；
[0029](6)列出二次方程组:
[0030]P2ab=AT2/BT2= (x-xa)2+(y-ya)2/(x~xb)2+(y-yb)2 (I);
[0031]P2ca = CT2/AT2= (x-xc)2+(y-yc)2/(x-xa)2+(y-ya)2 (2);
[0032]02bc = BT2/CT2= (x-xb)2+(y-yb)2/(x-xc)2+(y-yc)2 (3);
[0033]利用式(I)和⑶求得两个坐标点roKxbhybihPBKxbhyw)，通过式(I)和(2)获得PAl(xal，yal)、PA2(Xa2，ya2)，通过式(2)和(3)获得 PCl(Xcl，ycl)、PC2(Xc2，yc2)；
[0034](7)求得步骤(6)中(xal，yal)、(xa2，ya2)至基站A的矢量距离AAjPAA2，并分别与AT进行比较，其中与六1'相差较小者被标示为&、，7、)，同理可分别求出&/，7、)和&’。，7’。)；
[0035](8)利用步骤(7)中(x’a，y’a)、(x’b，y’b)和(x’c，y’c)三点做三角形，并将此三角形三边中线的交点作为目标T的定位位置T‘ ；
[0036](9)通过设备显示模块可将目标信息在其上显示，也可将目标的位置信息通过无线或有线网络发送至互联网中授权的监控主机，并可从互联网中指定监控主机中下载所需要的文件用于软件的升级，同时可满足远程操控的需求。
[0037]如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
【主权项】
1.提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，其特征在于:包括至少3个基站、定位设备和目标识别卡;基站接收目标识别卡发出的无线信号并传输至定位设备，定位设备包括电源模块、处理器、网络传输模块、防水分干扰算法模块、数据存储模块，网络传输模块接收基站发出的无线信号并通过处理器分配至防水风干扰算法模块进行处理，处理结果存入数据存储模块。2.根据权利要求1所述提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，其特征在于:所述电源模块包括交直流转换模块、直流供电模块，交流电经所述交直流转换模块、直流供电模块后与所述处理器相连为其供电。3.根据权利要求2所述提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，其特征在于:所述处理器与直流供电模块之间还连接有开关及复位模块。4.根据权利要求1所述提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，其特征在于:所述处理器还设有设备显示模块将防水分干扰算法模块处理结果进行显示。5.根据权利要求1所述提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，其特征在于:所述防水分干扰算法模块采用DSP高速运算芯片。6.根据权利要求1所述提高抵抗水分含量变化影响能力的TOA无线定位系统，其特征在于:所述定位设备通过网络传输模块与监控主机相连。
【文档编号】H04W64/00GK205693899SQ201620583266
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月15日 公开号201620583266.8, CN 201620583266, CN 205693899 U, CN 205693899U, CN-U-205693899, CN201620583266, CN201620583266.8, CN205693899 U, CN205693899U
【发明人】金程, 朱峭, 王洪勇, 徐义明, 李明, 刘青
【申请人】中建电子工程有限公司, 中国建筑股份有限公司, 中建安装工程有限公司