一種基于Chirp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Chirp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，它包括主控中心，主控中心與接收終端通過電纜通信，接收終端接收移動(dòng)終端上傳的Chirp信號(hào)；所述主控中心包括授時(shí)模塊和信息處理模塊，授時(shí)模塊向接收端發(fā)送統(tǒng)一的時(shí)鐘，信息處理模塊對(duì)移動(dòng)終端到達(dá)時(shí)間信息進(jìn)行解算，得出移動(dòng)終端的位置信息。并公開了一種定位方法，本發(fā)明與原有的RSSI實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)相比，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣，適配協(xié)議優(yōu)，抗干擾性強(qiáng)。
【專利說明】一種基于Chi rp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及定位方法，尤其涉及一種基于Chirp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Chirp信號(hào)時(shí)間帶寬積較大，上升頻信號(hào)與下降頻信號(hào)相互正交，在雷達(dá)定位、無線通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]在實(shí)際信號(hào)調(diào)制過程中，一般利用SAW器件(聲表面波濾波器)，通過激勵(lì)脈沖觸發(fā)出具有脈沖特性的CSS信號(hào)，這些信號(hào)在信道中傳輸，并被接收端收到后，經(jīng)過濾波器處理，獲取脈沖壓縮。由于接收端檢測(cè)到的脈沖壓縮信號(hào)中的噪音成分，解擴(kuò)時(shí)已經(jīng)在時(shí)域上被匹配濾波器展寬削弱或?yàn)V掉，這樣就等于把寬帶干擾轉(zhuǎn)變成窄帶干擾，且因有用脈沖幅值很大，很容易被檢測(cè)到脈沖。由于接收端可以運(yùn)用脈沖壓縮技術(shù)直接捕獲高能量、高幅值脈沖，且抗頻率偏移特性較好，實(shí)際通訊過程中能夠不需要頻率同步或者時(shí)間同步；這種檢測(cè)時(shí)間精準(zhǔn)的特性，為精確的距離測(cè)量提供了保證。在測(cè)距與定位系統(tǒng)中，接收機(jī)總是能夠準(zhǔn)確而快速的檢測(cè)到脈沖到達(dá)的時(shí)間。
[0004]目前定位方法大都是采用RSSI方法，RSSI方法會(huì)由于空間環(huán)境結(jié)構(gòu)的變化而產(chǎn)生較大誤差，造成定位不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于Chirp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及定位方法，它具有有效提高實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的測(cè)量范圍與定位精度的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于Chirp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，它包括主控中心，主控中心與接收終端通過電纜通信，接收終端接收移動(dòng)終端上傳的Chirp信號(hào)；所述主控中心包括授時(shí)模塊和信息處理模塊，授時(shí)模塊向接收終端發(fā)送統(tǒng)一的時(shí)鐘，信息處理模塊對(duì)移動(dòng)終端到達(dá)時(shí)間信息進(jìn)行解算，得出移動(dòng)終端的位置信息；
[0008]所述移動(dòng)終端包括Chirp擴(kuò)頻信號(hào)生成模塊，Chirp擴(kuò)頻信號(hào)生成模塊與控制模塊連接，控制模塊與直接數(shù)字頻率合成器連接，控制模塊控制直接數(shù)字頻率合成器將Chirp擴(kuò)頻信號(hào)變成低頻段Chirp信號(hào)，并送入混頻器將其變頻為射頻頻段，然后將處理后的Chirp信號(hào)送入接收終端；
[0009]所述接收終端包括射頻模塊和時(shí)鐘模塊，射頻模塊還與解調(diào)模塊連接；射頻模塊將從移動(dòng)終端接收到的Chirp信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，然后送入解調(diào)模塊，解調(diào)模塊完成對(duì)接收信號(hào)的匹配濾波和數(shù)據(jù)解調(diào)與到達(dá)時(shí)刻的提取，以得出移動(dòng)終端的ID信息與到達(dá)時(shí)刻的信息，并將該信息送入主控中心；所述時(shí)鐘模塊還與解調(diào)模塊連接，時(shí)鐘模塊用于接收主控中心的授時(shí)模塊發(fā)出的時(shí)鐘，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘標(biāo)定。[0010]所述接收終端還與供電模塊連接，供電模塊用于對(duì)接收終端的供電。
[0011]所述射頻模塊包括信號(hào)濾波模塊和信號(hào)放大模塊。
[0012]所述解調(diào)模塊包括匹配濾波模塊和提取模塊。
[0013]一種基于Chirp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的定位方法，具體步驟為:
[0014]步驟一:主控中心的授時(shí)模塊向接收終端發(fā)送統(tǒng)一時(shí)鐘，使各接收終端工作在統(tǒng)一的時(shí)鐘下；
[0015]步驟二:接收終端接收移動(dòng)終端發(fā)射的Chirp信號(hào)；
[0016]步驟三:接收終端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波和數(shù)據(jù)解調(diào)與到達(dá)時(shí)刻的提取，以得出移動(dòng)終端的ID信息與到達(dá)時(shí)刻的信息，并將該信息上傳給主控中心，主控中心根據(jù)接收到的信息確定移動(dòng)終端的位置。
[0017]所述步驟一的具體步驟為:
[0018]( 1-1)選擇η條相同的均勻電纜；
[0019](1-2)利用電纜將主控中心與接收終端連接在一起；
[0020](1-2)布置完成電纜后，利用授時(shí)模塊產(chǎn)生一個(gè)正弦波，經(jīng)放大后同時(shí)輸入到各個(gè)電纜中，在輸出端利用示波器進(jìn)行相位校正，將該校正量輸入至接收終端，完成對(duì)各接收終端的時(shí)鐘統(tǒng)一。
[0021]所述步驟二的具體步驟為:
[0022](2-1)移動(dòng)終端發(fā)射的Chirp信號(hào)經(jīng)濾波和放大后，被送入接收終端；
[0023](2-2)接收終端接收到經(jīng)過信號(hào)調(diào)制模塊調(diào)制后的信息，經(jīng)解調(diào)模塊完成對(duì)接收信號(hào)的濾波和信息解調(diào)，解調(diào)出各移動(dòng)終端的ID信息和到達(dá)時(shí)刻信息，并將該信息上傳給主控中心。
[0024]所述步驟三的具體步驟為:
[0025](3-1)設(shè)&是第j個(gè)接收終端得到的移動(dòng)終端信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻，移動(dòng)終端的二維位置u = (xu, yu)，設(shè)移動(dòng)終端信號(hào)的發(fā)送時(shí)刻為tu，η個(gè)接收終端對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行到達(dá)時(shí)刻測(cè)量，產(chǎn)生方程組:
[0026]I I Sj-U I I = c (tj-tu), j = 1,2，...，n (I)
[0027]其中，Sj = (Xj, Yj)是第j個(gè)接收終端的位置,為已知量，c為常數(shù)；
[0028](3-2)將公式(I)展成以xu，yu, tu為未知數(shù)的聯(lián)立方程:
【權(quán)利要求】
1.一種基于Chirp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，其特征是，它包括主控中心，主控中心與接收終端通過電纜通信，接收終端接收移動(dòng)終端上傳的Chirp信號(hào)；所述主控中心包括授時(shí)模塊和信息處理模塊，授時(shí)模塊向接收端發(fā)送統(tǒng)一的時(shí)鐘，信息處理模塊對(duì)移動(dòng)終端到達(dá)時(shí)間信息進(jìn)行解算，得出移動(dòng)終端的位置信息； 所述移動(dòng)終端包括Chirp擴(kuò)頻信號(hào)生成模塊，Chirp擴(kuò)頻信號(hào)生成模塊與控制模塊連接，控制模塊與直接數(shù)字頻率合成器連接，控制模塊控制直接數(shù)字頻率合成器將Chirp擴(kuò)頻信號(hào)變成低頻段Chirp信號(hào)，并送入混頻器將其變頻為射頻頻段，然后將處理后的Chirp信號(hào)送入接收終端； 所述接收終端包括射頻模塊和時(shí)鐘模塊，射頻模塊還與解調(diào)模塊連接；射頻模塊將從移動(dòng)終端接收到的Chirp信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，然后送入解調(diào)模塊，解調(diào)模塊完成對(duì)接收信號(hào)的匹配濾波和數(shù)據(jù)解調(diào)與到達(dá)時(shí)刻的提取，以得出移動(dòng)終端的ID信息與到達(dá)時(shí)刻的信息，并將該信息送入主控中心；所述時(shí)鐘模塊還與解調(diào)模塊連接，時(shí)鐘模塊用于接收主控中心的授時(shí)模塊發(fā)出的時(shí)鐘，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘標(biāo)定。
2.如權(quán)利要求1所述一種基于Chirp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，其特征是，所述接收終端還與供電模塊連接，供電模塊用于對(duì)接收終端的供電。
3.如權(quán)利要求1所述一種基于Chirp擴(kuò)頻超寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，其特征是，所述射頻模塊包括信號(hào)濾波模塊和信號(hào)放大模塊，所述解調(diào)模塊包括匹配濾波模塊和提取模塊。
4.利用權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)的定位方法，其特征是，具體步驟為: 步驟一:主控中心的授時(shí)模塊向接收終端發(fā)送統(tǒng)一時(shí)鐘，使各接收終端工作在統(tǒng)一的時(shí)鐘下； 步驟二:接收終端接收移動(dòng)終端發(fā)射的Chirp信號(hào)； 步驟三:接收終端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波和數(shù)據(jù)解調(diào)與到達(dá)時(shí)刻的提取，以得出移動(dòng)終端的ID信息與到達(dá)時(shí)刻的信息，并將該信息上傳給主控中心，主控中心根據(jù)接收到的信息確定移動(dòng)終端的位置。
5.如權(quán)利要求4所述的一種定位方法，其特征是，所述步驟一的具體步驟為: (1-1)選擇η條相同的均勻電纜； (1-2)利用電纜將主控中心與接收終端連接在一起； (1-2)布置完成電纜后，利用授時(shí)模塊產(chǎn)生一個(gè)正弦波，經(jīng)放大后同時(shí)輸入到各個(gè)電纜中，在輸出端利用示波器進(jìn)行相位校正，將該校正量輸入至接收終端，完成對(duì)各接收終端的時(shí)鐘統(tǒng)一。
6.如權(quán)利要求4所述的一種定位方法，其特征是，所述步驟二的具體步驟為: (2-1)移動(dòng)終端發(fā)射的Chirp信號(hào)經(jīng)濾波和放大后，被送入接收終端； (2-2)接收終端接收到經(jīng)過信號(hào)調(diào)制模塊調(diào)制后的信息，經(jīng)解調(diào)模塊完成對(duì)接收信號(hào)的濾波和信息解調(diào)，解調(diào)出各移動(dòng)終端的ID信息和到達(dá)時(shí)刻信息，并將該信息上傳給主控中心。
7.如權(quán)利要求4所述的一種定位方法，其特征是，所述步驟三的具體步驟為: (3-1)設(shè)\是第j個(gè)接收終端得到的移動(dòng)終端信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻，移動(dòng)終端的二維位置u=(xu) yu)，設(shè)移動(dòng)終端信號(hào)的發(fā)送時(shí)刻為tu，η個(gè)接收終端對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行到達(dá)時(shí)刻測(cè)量，產(chǎn)生方程組:
I Sj-U II=C (tj-tu), j = I, 2,...，η
(I) 其中，Sj = (Xj, yj)是第j個(gè)接收終端的位置，為已知量，c為常數(shù)； (3-2)將公式(I)展成以xu，yu, tu為未知數(shù)的聯(lián)立方程:yj{xi _.ν?.)2 + _y?) =c(j, ~iU)’./.= 1，2,…"(2) 根據(jù)公式(2)完成對(duì)移動(dòng) 終端位置的確定。
【文檔編號(hào)】H04B17/00GK103491629SQ201310437250
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】宋偉寧, 張延波, 徐文青, 周銳, 史同利 申請(qǐng)人:山東金睛銳達(dá)電子科技有限公司