一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位方法及定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位方法，采用低頻和高頻兩個(gè)頻率信號(hào)的無線定位基站對(duì)區(qū)域邊界實(shí)施定位，無線定位裝置可以通過低頻無線信號(hào)或高頻無線信號(hào)與無線定位基站進(jìn)行通信。定位系統(tǒng)是由無線定位基站和無線定位裝置構(gòu)成。其特點(diǎn)是用低頻與高頻控制相結(jié)合的定位方式，充分利用低頻信號(hào)的穿透性強(qiáng)、近距離定位判斷的高準(zhǔn)確性和高頻信號(hào)的傳輸距離遠(yuǎn)、中遠(yuǎn)距離定位判斷準(zhǔn)確性較高的特點(diǎn)，極大的提高了室內(nèi)和室外定位的區(qū)域邊界判斷的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本較低，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍廣泛，為室內(nèi)定位的廣泛應(yīng)用和進(jìn)一步的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【專利說明】一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位方法及定位系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線定位技術(shù)，特別涉及精確判斷區(qū)域邊界的定位方法及定位系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位技術(shù)的快速發(fā)展，室內(nèi)無線定位在倉儲(chǔ)、安全防護(hù)、教育、物流、醫(yī)療等行業(yè)和領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有室內(nèi)定位方式，不論是采用區(qū)域定位還是精確定位，由于高頻無線信號(hào)受到NLOS即高頻電磁波在空間的非直線傳播的影響，都存在定位區(qū)域邊界模糊、定位區(qū)域誤判以及定位實(shí)時(shí)性差的缺陷，尤其在監(jiān)獄、重要物品倉庫等涉及高保密性或高危險(xiǎn)性的場(chǎng)所，對(duì)定位區(qū)域的邊界判斷要求非常精確，使得現(xiàn)有的定位技術(shù)在使用中受到了非常大的制約。
[0004]一些室內(nèi)定位系統(tǒng)采用門禁的方式，雖然解決了區(qū)域邊界精確判斷的問題，但由于易用性差以及門禁的布設(shè)受到使用環(huán)境的限制，在開放區(qū)域或結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的空間無法采用此種形式的室內(nèi)定位系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種定位區(qū)域邊界判斷準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性高、定位區(qū)域誤判率極低的一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，使用不受定位區(qū)域空間結(jié)構(gòu)限制的實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位方法，其特征在于采用低頻和高頻兩個(gè)頻率的無線定位基站對(duì)攜帶有無線定位裝置的物體實(shí)施定位，當(dāng)無線定位裝置處在無線定位基站的低頻信號(hào)覆蓋區(qū)域時(shí)，無線定位基站發(fā)出的低頻信號(hào)激活無線定位裝置，無線定位裝置通過低頻天線與無線定位基站的低頻天線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，然后無線定位裝置將低頻天線的編碼和信號(hào)能量信息發(fā)送給無線定位基站，經(jīng)無線定位基站的微控制器處理分析后，得到無線定位裝置所處的位置信息；當(dāng)無線定位裝置沒有處于無線定位基站的低頻信號(hào)覆蓋區(qū)域時(shí)，無線定位裝置的高頻模塊開始工作，與無線定位基站相連接的雙面定向天線接收無線定位裝置發(fā)送的高頻信號(hào)，經(jīng)無線定位基站的微控制器分析處理后，得到無線定位裝置所處的位置信息。
[0008]可以采用分布式低頻天線列陣的方式擴(kuò)大無線定位基站低頻信號(hào)的覆蓋區(qū)域。
[0009]一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位系統(tǒng)，其特征在于定位系統(tǒng)是由無線定位基站和無線定位裝置構(gòu)成，無線定位基站主要是由微控制器、高頻收發(fā)模塊、雙面定向天線、低頻收發(fā)模塊及分布式低頻天線陣列構(gòu)成，無線定位基站的微控制器經(jīng)高頻收發(fā)模塊與雙面定向天線連接，通過雙面定向天線接收和發(fā)送高頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無線定位基站與無線定位裝置間的高頻無線通信，同時(shí)，微控制器還經(jīng)低頻收發(fā)模塊與分布式低頻天線陣列相連接，通過低頻天線接收和發(fā)送低頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無線定位基站與無線定位裝置間的低頻無線通信；無線定位裝置主要是由微控制器、高頻收發(fā)模塊、高頻天線、低頻收發(fā)模塊和低頻天線構(gòu)成，無線定位裝置的微控制器經(jīng)高頻收發(fā)模塊與高頻天線相連接，與無線定位基站進(jìn)行高頻無線通信，無線定位裝置的微控制器還經(jīng)低頻收發(fā)模塊與低頻天線連接，與無線定位基站進(jìn)行低頻通信。
[0010]所述的無線定位基站中的雙面定向天線由兩個(gè)背面相對(duì)的高頻天線構(gòu)成，兩天線之間的空隙中填充有吸波材料。
[0011]所述的雙面定向天線為高頻定向窄波束天線。
[0012]所述的無線定位基站中的低頻天線為分布式低頻天線陣列。
[0013]所述的無線定位基站中的分布式低頻天線陣列是由一對(duì)到多對(duì)低頻天線構(gòu)成。
[0014]所述的低頻天線陣列是以并行的方式與無線定位基站相連接。
[0015]本發(fā)明的方法是將高頻無線定位和低頻無線定位配合使用，在處于定位區(qū)域邊界較近的位置使用低頻無線定位方式實(shí)現(xiàn)對(duì)無線定位裝置的定位，在距離定位區(qū)域邊界較遠(yuǎn)的位置使用高頻無線定位方式實(shí)現(xiàn)對(duì)無線定位裝置的定位。低頻無線定位是由無線定位基站控制的低頻天線產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)無線定位裝置進(jìn)入到交變磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，無線定位裝置中的低頻天線在交變磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生能量并激活處于休眠狀態(tài)的無線定位裝置，無線定位裝置將通過低頻天線獲取的能量強(qiáng)度信息通過高頻天線發(fā)送給無線定位基站，無線定位基站將接收到的能量強(qiáng)度信息進(jìn)行比較判斷后，計(jì)算出無線定位裝置所處的低頻區(qū)域位置。
[0016]高頻無線定位是利用雙面定向天線從同一個(gè)高頻電磁波源接收的信號(hào)能量強(qiáng)度的差異來判斷無線定位裝置所處的區(qū)域。無線定位裝置通過高頻天線發(fā)射高頻電磁波，雙面定向天線相繼接收到無線定位裝置發(fā)射的高頻信號(hào)，由無線定位基站將接收到的信息進(jìn)行分析處理，計(jì)算出無線定位裝置所處的區(qū)域位置。
[0017]無線定位基站的低頻天線采用低頻天線陣列結(jié)構(gòu)，在無線定位基站的控制下，構(gòu)成低頻天線陣列的相鄰兩個(gè)低頻天線的控制區(qū)域相互疊加形成擴(kuò)大的低頻控制區(qū)域。需要擴(kuò)大定位區(qū)域時(shí)，只需增加分布式低頻天線陣列中的低頻天線數(shù)量，就可以方便的擴(kuò)展低頻信號(hào)的覆蓋區(qū)域。
[0018]本發(fā)明的特點(diǎn)是:采用低頻定位與高頻定位相結(jié)合的方式，充分利用低頻信號(hào)的穿透性強(qiáng)、近距離定位準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)和高頻信號(hào)的傳輸距離遠(yuǎn)、中遠(yuǎn)距離定位準(zhǔn)確性較高的特點(diǎn)，消除了定位區(qū)域的誤判，極大的提高了室內(nèi)、室外定位區(qū)域邊界判斷的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本較低，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍廣泛，為定位技術(shù)的廣泛應(yīng)用和進(jìn)一步的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過低頻天線陣列的使用，可以使得室內(nèi)定位技術(shù)不再受定位區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)限制，極大的擴(kuò)展室內(nèi)定位的使用范圍。通過在區(qū)域的邊界附近使用低頻無線技術(shù)，充分利用低頻技術(shù)穿透性強(qiáng)，不易受物體遮擋影響的特點(diǎn)，使得區(qū)域邊界判斷更準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性更高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明定位方法的工作原理圖；
圖2為本發(fā)明無線定位基站的原理框圖；
圖3為本發(fā)明無線定位裝置的原理框圖； 圖4為本發(fā)明一種實(shí)施方案的工作原理圖；
圖5為本發(fā)明另一種實(shí)施方案的工作原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述:
如圖1、2、3所示，本發(fā)明的定位系統(tǒng)是由無線定位基站70和便攜式無線定位裝置60構(gòu)成。圖1中給出的兩個(gè)無線定位裝置601、602分別位于低頻天線信號(hào)范圍內(nèi)和低頻天線信號(hào)范圍外。
[0021]無線定位基站70是由微控制器71、高頻收發(fā)模塊72、雙面定向天線73、低頻收發(fā)模塊74和低頻天線75連接構(gòu)成。無線定位基站的微控制器71經(jīng)高頻收發(fā)模塊72與雙面定向天線73連接,雙面定向天線是由兩個(gè)背面相對(duì)的定向窄波束高頻天線731、732構(gòu)成，兩天線之間的空隙中填充有吸波材料，通過雙面定向天線接收和發(fā)送高頻信號(hào)至無線定位裝置。微控制器還經(jīng)低頻收發(fā)模塊74與分布式低頻天線陣列75連接，低頻天線陣列可以由一對(duì)低頻天線751、752所構(gòu)成，或由多對(duì)低頻天線751...75η按一定間隔構(gòu)成分布式低頻天線陣列，通過低頻天線接收和發(fā)送低頻信號(hào)至無線定位裝置。
[0022]無線定位裝置60采用便于移動(dòng)目標(biāo)攜帶的便攜式結(jié)構(gòu)，如腕帶式或卡片式，它由微控制器61、高頻收發(fā)模塊62、高頻天線63、低頻收發(fā)模塊65、低頻天線66和報(bào)警裝置64連接構(gòu)成。無線定位裝置60的微控制器61經(jīng)高頻收發(fā)模塊62與高頻天線63連接，接收和發(fā)送高頻信號(hào)至無線定位基站。微控制器還經(jīng)低頻收發(fā)模塊65與低頻天線66連接，接收和發(fā)送低頻信號(hào)至無線定位基站。
[0023]圖1中是在低頻天線信號(hào)覆蓋的區(qū)域10內(nèi)按一定間距對(duì)稱放置的兩個(gè)與無線定位基站相連接的低頻天線，其中低頻天線751在區(qū)域102內(nèi)，低頻天線752在區(qū)域101內(nèi)，區(qū)域101和102的分界線為103。兩個(gè)無線定位裝置601和602，其中601處于低頻天線的信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，602處于低頻天線的信號(hào)覆蓋范圍之外。
[0024]如圖4所示，本實(shí)施例是針對(duì)需要擴(kuò)展定位區(qū)域的需求所設(shè)計(jì)的，在低頻天線信號(hào)范圍的區(qū)域30內(nèi)設(shè)置3對(duì)相隔一定距離的低頻天線，，其中低頻天線752、754、756設(shè)置在區(qū)域301內(nèi)，低頻天線751、753、755設(shè)置在區(qū)域302內(nèi)，區(qū)域301和302的分界線為303，形成低頻天線陣列，上述低頻天線陣列與無線定位基站70的微控制器采用并行方式連接。需要繼續(xù)擴(kuò)大定位區(qū)域的覆蓋范圍時(shí)，只需通過增加與無線定位基站并行連接的低頻天線對(duì)的數(shù)量即可實(shí)現(xiàn)。無線定位基站其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。
[0025]如圖5所示，本實(shí)施例是將無線定位基站安裝在室內(nèi)定位區(qū)域50的出入口處，圖中為四個(gè)出入口 51、52、53、54，各出入口處設(shè)置有無線定位基站701、702、703、704，每個(gè)出入口的無線定位基站設(shè)一對(duì)低頻天線751、752，753,754, 755,756, 757、758。每個(gè)無線定位基站的雙面定向天線放置于墻的側(cè)壁上，以加強(qiáng)雙面定向天線的方向性，進(jìn)一步提升定位的準(zhǔn)確性。
[0026]本發(fā)明是通過以下方法實(shí)現(xiàn)對(duì)攜帶無線定位裝置的物體進(jìn)行定位的:攜帶無線定位裝置601的物體進(jìn)入到由無線定位基站70低頻天線或低頻天線列陣形成的低頻信號(hào)覆蓋區(qū)域101時(shí)，在交變電磁場(chǎng)的作用下，無線定位裝置的低頻天線66產(chǎn)生能量并通過低頻收發(fā)模塊65激活處于休眠狀態(tài)的微控制器61，微控制器開始通過低頻收發(fā)模塊65、低頻天線66和無線定位基站70的低頻天線陣列75以及低頻收發(fā)模塊74進(jìn)行通信，將與低頻天線陣列75進(jìn)行通信的低頻天線所對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼和接收到的低頻信號(hào)的能量強(qiáng)度值經(jīng)微控制器61分析處理后，通過高頻收發(fā)模塊62、高頻天線63發(fā)送給無線定位基站70，經(jīng)過無線定位基站70的高頻天線73、高頻收發(fā)模塊72將接收的信息送給微控制器71進(jìn)行分析處理后得出無線定位裝置60所處的位置信息。無線定位基站還可根據(jù)需要，通過高頻收發(fā)模塊72和高頻天線73向無線定位裝置60發(fā)送報(bào)警信息，無線定位裝置60在接收到報(bào)警信息后使用報(bào)警裝置64以震動(dòng)、聲音等形式進(jìn)行報(bào)警。
[0027]由于連接到無線定位基站的低頻天線的信號(hào)覆蓋區(qū)域有限，如果無線定位裝置602快速通過無線定位基站低頻天線的信號(hào)區(qū)域，沒有被低頻天線所激活時(shí)，無線定位裝置的微控制器61將啟動(dòng)高頻收發(fā)模塊62，通過高頻天線63發(fā)射高頻信號(hào)至無線定位基站70，無線定位基站的雙面定向天線73即兩個(gè)背面相對(duì)的高頻天線731、732分別接收來自無線定位裝置發(fā)射的高頻信號(hào)，并將接收的高頻信號(hào)能量強(qiáng)度信息經(jīng)高頻收發(fā)模塊傳送至微控制器，經(jīng)分析處理后可以得出無線定位裝置602所處的區(qū)域位置。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位方法，其特征在于采用低頻和高頻兩個(gè)頻率的無線定位基站對(duì)區(qū)域邊界實(shí)施定位，與無線定位基站進(jìn)行通訊聯(lián)系的無線定位裝置處在無線定位基站的低頻控制區(qū)域時(shí)，無線定位基站發(fā)出的低頻信號(hào)激活無線定位裝置，無線定位裝置通過低頻通信方式與無線定位基站的低頻天線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，無線定位裝置將天線編碼和信號(hào)能量強(qiáng)度發(fā)送給無線定位基站，經(jīng)無線定位基站的微控制器處理分析后，得到無線定位裝置所處的區(qū)域位置信息；無線定位裝置處于無線定位基站的低頻控制區(qū)域之外時(shí)，無線定位裝置的高頻模塊開始工作，無線定位基站的兩個(gè)背面相對(duì)的定向窄波束天線接收無線定位裝置發(fā)送的高頻信號(hào)，經(jīng)無線定位基站的微控制器分析處理后，得到無線定位裝置所處的區(qū)域位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位方法，其特征在于無線定位基站的低頻天線采用低頻天線列陣方式擴(kuò)大低頻控制區(qū)域。
3.一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位系統(tǒng)，其特征在于定位系統(tǒng)是由無線定位基站和無線定位裝置構(gòu)成，無線定位基站主要是由微控制器、高頻收發(fā)模塊、雙面定向天線連接、低頻收發(fā)模塊與分布的低頻天線連接構(gòu)成，無線定位基站的微控制器經(jīng)高頻收發(fā)模塊與雙面定向天線連接，通過雙面定向天線接收和發(fā)送高頻信號(hào)至無線定位裝置，同時(shí)，微控制器還經(jīng)低頻收發(fā)模塊與分布的低頻天線連接，通過低頻天線接收和發(fā)送低頻信號(hào)至無線定位裝置；無線定位裝置主要是由微控制器、高頻收發(fā)模塊、高頻天線、低頻收發(fā)模塊和低頻天線連接構(gòu)成，無線定位裝置的微控制器經(jīng)高頻收發(fā)模塊與高頻天線連接，接收和發(fā)送高頻信號(hào)至無線定位基站，無線定位裝置的微控制器還經(jīng)低頻收發(fā)模塊與低頻天線連接，接收和發(fā)送低頻信號(hào)至無線定位基站。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位系統(tǒng)，其特征在于無線定位基站中的雙面定向天線由兩個(gè)背面相對(duì)的天線構(gòu)成，兩天線之間的空隙中填充有吸波材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位系統(tǒng)，其特征在于所述的雙面定向天線為定向窄波束天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位系統(tǒng)，其特征在于所述的無線定位基站中的低頻天線為低頻天線陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位系統(tǒng)，其特征在于所述的無線定位基站中的低頻天線陣列是由一對(duì)到多對(duì)低頻天線構(gòu)成，每對(duì)低頻天線之間相聚一定間隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種實(shí)時(shí)精確判斷區(qū)域邊界的定位系統(tǒng)，其特征在于所述的低頻天線陣列是以并行的方式與無線定位基站相連接。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK104363652SQ201410531947
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】楊立新, 白海鳴, 夏世軒 申請(qǐng)人:大連誠高科技股份有限公司