CN100403850C - 可适用于td-scdma网络的圆极化波定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明请求保护一种基于电磁波极化技术的室内定位方法，涉及无线定位技术。本发明通过在室内铺设少量发射点，向室内空间均匀发射圆极化电磁波，手机或其他移动终端通过加装匹配的极化天线便只接收发射点的直射信号的能量而屏蔽了大部分反射信号的能量，有效抑制了人流等动态环境的影响；利用室内各处接收到的直射信号的能量，建立信号强度数据库，在能接受3个发射点的信号的条件下，在覆盖范围内实现精确的室内定位。该系统可供只需要室内定位服务的用户单独使用，也可以基于其它无线通信网络，结合室外定位技术实现真正的无缝定位。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是利用电磁波极化性质的无线定位技术。
背景技术
目前广泛使用的GPS定位技术在室内因为接收不到卫星信号或者卫星信号太弱而无法应用，室内定位可以采纳的CELL-ID、TDOA等技术却因定位精度太低而不能满足用户的需求。基于无线局域网的定位方法实现时需要安装大量的第三方设备，安装和维护的代价都很昂贵，并且该技术环境影响较大，系统性能很不稳定，严重影响定位精度的进一步提高。
发明内容
本发明提出一种圆极化波室内定位方法：在室内铺设发射圆极化波的发射点，极化天线接收发射点的信号，利用其信号强度进行定位。因而减小了环境变化因素的影响，同时系统安装维护花费的代价小且定位稳定性高。
本发明的技术方案是：位置服务器集成空间数据库、信号强度数据库、通信功能模块、计算模块及数据反馈模块；在室内铺设发射圆极化波方向为正向的发射点，发射点发送圆极化波，安装在移动终端或与移动终端相连的辅助设备上的极化天线接收圆极化波在偶数次反射时的信号强度并将其送入信号强度数据库；系统对信号强度初始化，根据所需定位精度把室内空间划分为若干网格，测量网格中心对应发射点的信号强度，将其输入信号强度数据库；当移动终端接收到3个或者更多的发射点反射的信号时，用户终端发送定位请求到LBS；LBS指示用户终端将至少3个发射点及其基准点的圆极化波发送到位置服务器中；位置服务器利用地面基准点的圆极化波信号强度对发射点的圆极化波信号进行功率校正之后，利用最大似然匹配等方法在信号强度数据库进行查询得到几组近似的匹配数据；计算模块调用匹配数据计算用户终端位置信息，得到定位结果，数据反馈模块将结果反馈给用户。当在其他通信网络(如TD-SCDMA)中使用该定位服务时，用户在辅助设备上发送定位请求；发射点及基准点的信息通过辅助设备传输给移动终端，并由核心网将上述信息传送到位置服务器。极化天线可安装在移动终端上或者与移动端相连的辅助设备上。
本发明的有益效果是：利用圆极化定位系统，实现室内用户终端的精确定位，系统安装维护方便，定位稳定，从而为各种基于位置的服务提供准确的数据源。
附图说明
图1独立使用极化波室内定位时的服务体系结构
图2独立使用极化波定位的定位流程图
图3在TD-SCDMA网络中使用极化波定位的定位流程图
具体实施方式
如图1所示，描述了独立使用极化波室内定位系统时的服务体系结构。在室内铺设发射圆极化波的发射点，以及基准点，在独立使用本系统的时候，发射点发射圆极化波，移动端采用蓝牙或无线局域网等无线通信方式，控制发射点发射不同频率的电磁波，通过区分电磁波的不同频率，或者发射点发射单频信号的码分复用等方式来区分每个发射点；移动终端装备与发射点匹配的极化天线并保证在室内的任何位置能收到至少3个发射点发射的信号，同时移动终端集成基于定位的服务LBS(Location Based Service)和通信功能；基准点装备极化天线同时集成通信功能；位置服务器集成空间数据库及信号强度数据库，同时集成通信功能模块、计算模块及其数据反馈模块。
当在其它网络环境中使用极化波室内定位服务时，如在GSM、CDMA、TD-SCDMA、LAN等通信网络中使用本系统时，对发射点和基准点的基本要求与独立使用极化波室内定位时的配置一样；由于使用网络的限制，比如TD-SCDMA网络中移动端可能只具有通信功能，此时极化天线和LBS应用程序可以集成在辅助设备上，移动端及辅助设备之间可以通过RS-232等方式相互通信；位置服务器可以放在网络中的一个节点中，方便与移动端进行通信。
如图2所示，描述了单独使用本系统进行室内定位时的定位处理流程图。首先是由用户终端发送定位请求信息到LBS，定位请求信息包括服务质量要求如响应时间等等；LBS指示移动端将发射点及其基准点的信息发送到位置服务器中，这些信息包括发射点及基准点的识别信息及其信号强度信息等等；位置服务器收到上述信息后，经过功率校正，然后利用发射点的识别信息和校正后的信号强度信息在数据库中搜索到最匹配的几组数据，计算模块利用这几组数据通过计算得到最后定位结果，最终反馈给LBS并提供显示给用户。
如图3所示，描述了在其他网络(如TD-SCDMA)中使用极化波室内定位的流程图。用户发送定位请求到辅助设备的LBS；辅助设备上的极化天线获取发射点及其基准点的识别信息和信号强度等信息，并通过RS-232、无线等传输方式将这些信息传输到移动终端；移动终端通过Uu接口将信息传送到基站；基站通过Iu接口将信息传送到CN(Core Network核心网)；位置服务器可以放在CN的一个节点上面，启动位置服务器中的计算模块，经过匹配和计算后，得到移动终端位置信息，以及所在房间的空间数据等等反馈回辅助设备，辅助设备的LBS将其定位结果反馈给用户。
初始化信号强度时将室内环境划分为一个一个的小网格，网格的大小可以根据定位所需精确度来确定；将每个网格的中心对应的发射点的信号强度的数据添加到空间数据库中。
每个网格数据存储在数据库的信息如下表1所示：
表1数据库存储方式
| 网格ID | 网格对应空间数据 | 发射点ID+对应信号强度 | 发射点ID+对应信号强度 | 发射点ID+对应信号强度 |
| 001 | …… | 001-33dBm | 002-52dBm | 003-44dBm |
| 002 | …… | 001-28dBm | 002-39dBm | 003-45dBm |
| …… | …… | …… | …… | …… |
当网络体系结构布置和信号初始化测量完毕之后，依照上文所述的定位流程，移动端将测量到的至少3个发射点的信号强度及其基准点的信号强度输入到位置服务器中；计算初始化时基准点的信号强度与实时的基准点的信号强度的比值，将这个比值乘以实时的3个发射点的信号强度值，即得到校正的发射点的信号强度；之后再利用最大似然匹配等方法在数据库中找到与校正后的发射点的信号强度最匹配的几组数据，将这些数据输入到计算模块，计算模块依据这几组数据与实际测量数据的近似程度，分配给这几组数据相应的权值，然后计算这几组数据对应的位置坐标的加权平均值，将其作为待求移动终端的位置坐标，并输出该移动终端的位置坐标，同时反馈给用户。
本发明采用圆极化波定位方法，为室内移动终端用户提供精确的定位，从而为各种基于位置的服务提供准确的数据源。该系统可供只需要室内定位服务的用户单独使用，也可以基于其它无线通信网络，结合室外定位技术实现真正的无缝定位。可以应用在百货公司、超市、停车场等等场合。
Claims (4)
1.一种基于圆极化波的室内终端定位方法，位置服务器集成空间数据库、信号强度数据库、通信功能模块、计算模块及数据反馈模块，其特征在于：在室内铺设发射圆极化波的发射点及基准点；发射点发送圆极化波；安装在移动用户终端或与移动用户终端相连的辅助设备上的极化天线接收圆极化波在偶数次反射时的信号强度并将其送入信号强度数据库；系统对信号强度初始化；移动用户终端发送定位请求到LBS；LBS指示移动用户终端将至少3个发射点及其基准点的圆极化波发送到位置服务器中；位置服务器根据基准点的圆极化波信号强度对发射点的圆极化波信号做功率校正，并查询信号强度数据库，寻找匹配数据；计算模块调用信号强度数据库中的匹配数据计算移动用户终端位置信息；数据反馈模块将计算结果反馈给移动用户终端。
2.根据权利要求1所述的室内终端定位方法，其特征在于：发射点发射圆极化波的方向为正向。
3.根据权利要求1所述的室内终端定位方法，其特征在于：信号强度初始化过程包括：把室内空间划分为若干网格，测量网格中心对应发射点的信号强度，并将其添加到信号强度数据库中。
4.根据权利要求3所述的室内终端定位方法，其特征在于：网格大小根据定位精度划分。
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