CN101236251A - 鉴相测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种鉴相测距方法,该方法包括第一通信设备发送第一相位标识信号以及请求测距信号至第二通信设备,第二通信设备对第二相位标识信号同第一相位标识信号进行鉴相,获得第二相位差,第二通信设备将第二相位标识信号以及包含有第二相位差的回复信号发送至第一通信设备,第一通信设备对第一相位标识信号与第二相位标识信号进行鉴相,得到第一相位差,第一通信设备根据第一相位差与第二相位差计算由于信号传输第一通信设备与第二通信设备之间的距离所产生的相位延迟,并根据相位延迟计算出第一通信设备与第二通信设备之间的距离,这种鉴相测距方法,无需第三设备辅助、仅仅利用原有通信关系即可方便的实现双方测距和定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种鉴相测距方法,尤其是一种利用电子通信过程中由于距离引起的信号相位延迟进行距离测量定位的方法,属于通信领域。
背景技术
现实生活中,我们经常用到的利用光学和无线电相位测距定位,是利用已知的多个间距确定的固定无线电发射台(包括卫星定位),来实现测距或定位。以卫星通信为例,图1为卫星定位的原理结构图,如图1所示,在某一特定的时间四个卫星(卫星5、卫星6、卫星7以及卫星8)分别向待定位物体3和待定位物体4发射无线电信号,待定位物体3和待定位物体4的无线电接收装置分别通过测量无线电信号的传输时间来量测待定位物体3和待定位物体4与卫星之间的距离,并且在所述特定的时刻卫星的位置是已知的,由此可以计算出待定位物体3和待定位物体4的位置,最终可以得出待定位物体3和待定位物体4之间的距离。
上述的测距定位方法虽然用途广泛,但是过于依靠间距确定或相位确定的固定无线电发射台或卫星,同时增加了测距定位的成本。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术所存在的不足,提供一种能够使一个通信设备直接测量与另一个通信设备之间距离的鉴相测距方法。
为实现上述目的,本发明提供了一种鉴相测距方法,该方法包括以下步骤:
步骤1:第一通信设备将第一相位标识信号以及请求测量与第二通信设备之间的距离的通信测距信号调制后发送至第二通信设备;
步骤2:所述第二通信设备解调出所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号,并将所述第二通信设备的第二相位标识信号同所述第一相位标识信号进行鉴相,获得标识所述第二相位标识信号与所述第一相位标识信号的相位差值的第二相位差;
步骤3:所述第二通信设备将所述第二相位标识信号以及包含有所述第二相位差的回复信号调制后发送至所述第一通信设备;
步骤4:所述第一通信设备解调出所述第二相位标识信号和所述回复信号,并对所述第一相位标识信号与所述第二相位标识信号进行鉴相,得到标识所述第一相位标识信号与所述第二相位标识信号的相位差值的第一相位差;
步骤5:所述第一通信设备根据所述第一相位差与所述第二相位差计算由于信号传输所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的距离所产生的相位延迟,并根据所述相位延迟以及所述第一相位标识信号或所述第二相位标识信号的传播速度计算出所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的距离。
需要说明的是,上述技术方案中第一相位标识信号和第二相位标识信号为固定相位关系的频率函数信号;由于频率函数信号具有周期性,为避免由于相位标识信号的周期性引起的距离计算错误,当两个通信设备的距离比较远时可采用长周期的相位标识信号或使所述第一相位标识信号和所述第二相位标识信号同时使用几个不同周期的频率函数做为相位标识信号,得出不同周期的第一相位标识信号与第二相位标识信号的相位差,消除频率函数信号的周期性的影响,方便准确地测量出所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的距离。
上述技术方案通过测量通信过程中通信双方的距离引起的信号相位延迟来进行测距定位,无需第三设备辅助、仅仅利用原有通信关系即可方便的实现双方测距和定位。
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有的卫星通信的结构原理图;
图2为本发明鉴相测距方法具体实施例1的流程图;
图3为本发明鉴相测距方法具体实施例2的流程图;
图4为本发明鉴相测距方法具体实施例2的频率信号波形图;
图5为本发明鉴相测距方法具体实施例3的流程图;
图6为本发明鉴相测距方法具体实施例4的流程图;
图7为本发明鉴相测距方法具体实施例5的流程图;
图8为本发明鉴相测距方法的系统结构图;
图9为本发明鉴相测距方法的具体的系统结构图;
图10为本发明鉴相测距方法具体实施例6的流程图。
具体实施方式
图2为本发明鉴相测距方法具体实施例1的流程图,如图2所示,该实施例具体包括以下步骤:
步骤101:第一通信设备1将第一相位标识信号以及请求测量与第二通信设备2之间的距离的通信测距信号调制后发送至第二通信设备2;
步骤102:所述第二通信设备2解调出所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号,并将所述第二通信设备2的第二相位标识信号同所述第一相位标识信号进行鉴相,获得标识所述第二相位标识信号与所述第一相位标识信号的相位差值的第二相位差;
步骤103:所述第二通信设备2将第二相位标识信号以及包含有所述第二相位差的回复信号调制后发送至所述第一通信设备1;
步骤104:所述第一通信设备1解调出所述第二相位标识信号和所述回复信号,并对所述第一相位标识信号与所述第二相位标识信号进行鉴相,得到标识所述第一相位标识信号与所述第二相位标识信号的相位差值的第一相位差;
步骤105:所述第一通信设备1根据所述第一相位差与所述第二相位差计算由于信号传输所述第一通信设备1与所述第二通信设备2之间的距离所产生的相位延迟,并根据所述相位延迟以及所述第一相位标识信号或所述第二相位标识信号的传播速度计算出所述第一通信设备1与所述第二通信设备2之间的距离。
上述技术方案中的鉴相器的输出值(即相位差或相位差相关量)根据通信设备的不同可以表现为计数器的计数值,量化的电平值等等。
上述技术方案通过测量通信过程中通信双方的距离引起的相位延迟来进行测距定位,无需第三设备辅助、仅仅利用原有通信关系即可方便的实现双方测距和定位。
图3为本发明鉴相测距方法具体实施例2的流程图,本实施例为本发明在无线通信中的应用,在该实施例中的第一通信设备1和第二通信设备2为无线电收发器,均设为单工单频工作模式,调制方式为二进制频率调制,双方收发载频频率为F、双方的相位固定不变的调制频率(即相位标识信号)为f0,两者距离为D米。利用通信设备中的计数器表示调制频率的相位差。设每当调制脉冲频率f0从低电平向高电平跳变(相位为0度)时,计数器复位并从0开始计数。设f0的一个周期中计数器从0最大可计到Z。由于第一通信设备1和第二通信设备2是两个独立设备,两者的调制振荡频率f0不可能完全同步,设第一通信设备1的调制频率相位实际滞后第二通信设备2的调制频率,相位差在通信全过程固定不变为P,相位差P可使第二通信设备2的计数器计数为X,两者之间的距离D产生的相位差可使计数器计数为Y。如图3所示,该实施例包括以下步骤:
步骤201:第一通信设备1发射测距请求信号,同时调制频率f0对载频进行频率调制;
步骤202:所述第二通信设备2在收到所述请求信号同时对解调出的第一通信设备1的调制频率f0与第二通信设备2的f0进行鉴相,得到第二相位差,用计数器表示为X+Y;
步骤203:所述第二通信设备2发射包含有第二相位差的回复信息,同时调制频率f0也对载频进行频率调制;
步骤204:所述第一通信设备1在收到所述回复信号后,对同时解调出的第二通信设备2的调制频率f0与第一通信设备1的f0进行鉴相,得到第一相位差,用计数器表示为(Z-X)+Y;
步骤205:所述第一通信设备1根据所述第一相位差和所述第二相位差得出所述第一通信设备1与所述第二通信设备2之间的距离所产生的相位延迟,用计数器表示为[(X+Y)+(Z-X+Y)-Z]/2=Y,并根据所述相位延迟Y计算出所述第一通信设备1与所述第二通信设备2之间的距离D。
上述实施例中设一个f0周期计数器可有100个脉冲:Z=100,相位差P产生的脉冲为30个:X=30,距离D产生的相位差脉冲设为25个:Y=25,如图4所示。开始鉴相测距时第一通信设备1发射频率信号,第二通信设备2接收,第二通信设备2鉴相之后计数器为:X+Y=55个脉冲,并将此值传送给第一通信设备1,然后第二通信设备2发射频率信号,第一通信设备1接收:当第二通信设备2的f0从低电平向高电平跳变对载频F调制时,第一通信设备1计数器已经产生了Z-X=70个脉冲,加上距离D产生的脉冲,第一通信设备1的计数器值为:70+25=95个脉冲。 因此,此时第一通信设备1可根据第二通信设备2的数据信息以及算出的相位差相关量得出无线电在双程中产生的相位差脉冲个数:(55+95)-100=50,除以2后再乘以脉冲的周期,并根据无线电传播速度,即可得出两者之间的距离D。
图8为本发明鉴相测距方法的系统结构图,如图8所示,该系统包括第一通信设备1以及第二通信设备2;图9为本发明鉴相测距方法的具体的系统结构图,如图9所示,所述第一通信设备1包括信号收发处理模块A1,信号产生模块A2,鉴相模块A3以及中央处理器A4,它们之间两两互相连接,所述第二通信设备2包括信号收发处理模块B1,信号产生模块B2,鉴相模块B3以及中央处理器B4,它们之间两两互相连接,信号收发模块A1与信号收发模块B1之间连接。
图5为本发明鉴相测距方法具体实施例3的流程图,该实施例在实施例1的基础上,将实施例1的每一步具体分为几个步骤,如图5所示,该实施例的具体步骤如下:
步骤3011:第一通信设备1中的信号产生模块A2产生第一相位标识信号以及请求测量与第二通信设备2之间的距离的通信测距信号,并将所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号发送至第一通信设备1中的信号收发处理模块A1;
步骤3012:所述信号收发处理模块A1收到所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号后,将所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号调制后发送至第二通信设备2中的信号收发处理模块B1;
步骤3021:第二通信设备2中的信号收发处理模块B1解调出所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号,并将所述第一相位标识信号发送至第二通信设备2中的鉴相模块B3,第二通信设备2中的信号产生模块B2产生第二相位标识信号,并将所述第二相位标识信号发送至所述鉴相模块B3;
步骤3022:所述鉴相模块B3对所述第二相位标识信号与所述第一相位标识信号进行鉴相,得到标识第二相位标识信号与第一相位标识信号相位差值的第二相位差;
步骤3023:所述鉴相模块B3将所述第二相位差发送至所述信号收发处理模块B1;
步骤3031:所述信号产生模块B2产生回复信号,并将所述第二相位标识信号以及所述回复信号发送至所述信号收发处理模块B1;
步骤3032:所述信号收发处理模块B1将所述第二相位标识信号以及包含有所述第二相位差的回复信号调制后发送至所述第一通信设备1的信号收发处理模块A1;
步骤3041:所述信号收发处理模块A1解调出所述第二相位标识信号以及所述回复信号;
步骤3042:所述信号收发处理模块A1将所述第二相位标识信号发送至所述鉴相模块A3,将所述第二相位差发送至所述第一通信设备1中的中央处理器A4,所述信号产生模块A2将所述第一相位标识信号发送至所述鉴相模块A3;
步骤3043:所述鉴相模块A3对所述第一相位标识信号与所述第二相位标识信号进行鉴相,得到标识第一相位标识信号与第二相位标识信号的相位差值的第一相位差,并将所述第一相位差发送至所述中央处理器A4。
步骤305为:所述中央处理器A4根据所述第一相位差与所述第二相位差得出由于信号传输所述第一通信设备1与所述第二通信设备2之间的距离所产生的相位延迟,并根据所述相位延迟以及所述第一相位标识信号或所述第二相位标识信号的传播速度计算出所述第一通信设备1与所述第二通信设备2之间的距离。
图6为本发明鉴相测距方法具体实施例4的流程图,该实施例中第一通信设备和第二通信设备分别是两个移动通信设备,如图6所示,该实施例在实施例3的基础上,
在所述步骤3011之前还包括步骤3010:第一通信设备1的中央处理器A4向第一通信设备1中的信号收发处理模块A1发送用于查询第二通信设备2的速度信息的速度查询指令;
步骤3012还包括:所述信号收发处理模块A1将所述速度查询指令调制后发送至第二通信设备2中的信号收发处理模块B1;
步骤3021还包括:所述信号收发处理模块B1解调出所述速度查询指令并发送至第二通信设备2的中央处理器B4;
步骤3023还包括:所述中央处理器B4将存储在中央处理器B4中的所述第二通信设备2的速度信息发送至所述信号收发处理模块B1;
步骤3032还包括:所述信号收发处理模块B1将所述第二通信设备2的速度信息调制后发送至所述第一通信设备1的信号收发处理模块A1;
步骤3041还包括:所述信号收发处理模块A1解调出所述第二通信设备2的速度信息并发送至所述第一通信设备1中的中央处理器A4。
该实施例除具有实施例3的优点外,第一通信设备1通过向第二通信设备2发出速度查询指令可以方便地获得第二通信设备2的速度信息,同样地,也可以通过向第二通信设备2发出其它的状态查询指令来获得第二通信设备2的其它相应的信息。
图7为本发明鉴相测距方法具体实施例5的流程图,如图7所示,该实施例在实施例1的基础上,在步骤105之后还包括:
步骤106:第一通信设备1将包含有第一通信设备1与第二通信设备2之间距离信息的信号调制后发送到第二通信设备2。
本实施例除具有实施例1的优点外,还能使通信设备双方能够同时知道两者之间的距离。
图10为本发明鉴相测距方法具体实施例6的流程图,如图10所示,该实施例在实施例3的基础上,在步骤305还包括以下几个步骤:
步骤3061:所述中央处理器A4将包含有所述第一通信设备1与所述第二通信设备2之间距离信息的信号发送至所述信号收发处理模块A1;
步骤3062:所述信号收发处理模块A1将所述第一通信设备1与所述第二通信设备2之间距离信息的信号调制后发送至所述信号收发处理模块B1;
步骤3063:所述信号收发处理模块B1解调出所述第一通信设备1与所述第二通信设备2之间距离信息的信号并发送至所述中央处理器B4。
本实施例除具有实施例6的优点外,还能使通信设备双方能够同时知道两者之间的距离。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1. 一种鉴相测距方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1:第一通信设备(1)将第一相位标识信号以及请求测量与第二通信设备(2)之间的距离的通信测距信号调制后发送至第二通信设备(2);
步骤2:所述第二通信设备(2)解调出所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号,并将所述第二通信设备(2)的第二相位标识信号同所述第一相位标识信号进行鉴相,获得标识所述第二相位标识信号与所述第一相位标识信号的相位差值的第二相位差;
步骤3:所述第二通信设备(2)将所述第二相位标识信号以及包含有所述第二相位差的回复信号调制后发送至所述第一通信设备(1);
步骤4:所述第一通信设备(1)解调出所述第二相位标识信号与所述回复信号,并对所述第一相位标识信号与所述第二相位标识信号进行鉴相,得到标识所述第一相位标识信号与所述第二相位标识信号的相位差值的第一相位差;
步骤5:所述第一通信设备(1)根据所述第一相位差与所述第二相位差计算由于信号传输所述第一通信设备(1)与所述第二通信设备(2)之间的距离所产生的相位延迟,并根据所述相位延迟以及所述第一相位标识信号或所述第二相位标识信号的传播速度计算出所述第一通信设备(1)与所述第二通信设备(2)之间的距离。
2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤1具体为:
步骤11:第一通信设备(1)中的信号产生模块(A2)产生第一相位标识信号以及请求测量与第二通信设备(2)之间的距离的通信测距信号,并将所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号发送至第一通信设备(1)中的信号收发处理模块(A1);
步骤12:所述信号收发处理模块(A1)收到所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号后,将所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号作为调制信号并发送至第二通信设备(2)中的信号收发处理模块(B1)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于所述步骤2具体为:
步骤21:第二通信设备(2)中的信号收发处理模块(B1)解调出所述第一相位标识信号以及所述通信测距信号,并将所述第一相位标识信号发送至第二通信设备(2)中的鉴相模块(B3);第二通信设备(2)中的信号产生模块(B2)产生第二相位标识信号,并将所述第二相位标识信号发送至所述鉴相模块(B3);
步骤22:所述鉴相模块(B3)对所述第二相位标识信号与所述第一相位标识信号进行鉴相,得到标识第二相位标识信号与第一相位标识信号的相位差值的第二相位差;
步骤23:所述鉴相模块(B3)将所述第二相位差发送至所述信号收发处理模块(B1)。
4. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤3具体为:
步骤31:所述信号产生模块(B2)产生所述第二相位标识信号以及回复信号,并将所述第二相位标识信号以及所述回复信号发送至所述信号收发处理模块(B1);
步骤32:所述信号收发处理模块(B1)将所述第二相位标识信号以及包含有所述第二相位差的回复信号调制后发送至所述第一通信设备(1)的信号收发处理模块(A1)。
5. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤4具体为:
步骤41:所述信号收发处理模块(A1)解调出所述第二相位标识信号以及所述回复信号;
步骤42:所述信号收发处理模块(A1)将所述第二相位标识信号发送至所述鉴相模块(A3),将所述第二相位差发送至所述第一通信设备(1)中的中央处理器(A4);所述信号产生模块(A2)将所述第一相位标识信号发送至所述鉴相模块(A3);
步骤43:所述鉴相模块(A3)对所述第一相位标识信号与所述第二相位标识信号进行鉴相,得到标识第一相位标识信号与第二相位标识信号的相位差值的第一相位差,并将所述第一相位差发送至所述中央处理器(A4)。
6. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤5具体为:所述中央处理器(A4)根据所述第一相位差与所述第二相位差得出由于信号传输所述第一通信设备(1)与所述第二通信设备(2)之间的距离所产生的相位延迟,并根据所述相位延迟以及所述第一相位标识信号或所述第二相位标识信号的传播速度计算出所述第一通信设备(1)与所述第二通信设备(2)之间的距离。
7. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
步骤11之前还包括:第一通信设备(1)的中央处理器(A4)向第一通信设备(1)中的信号收发处理模块(A1)发送预存在中央处理器(A4)中的用于查询第二通信设备(2)状态信息的状态查询指令信息;
步骤12还包括:所述信号收发处理模块(A1)将所述状态查询指令信息调制后发送至第二通信设备(2)中的信号收发处理模块(B1);
步骤21还包括:所述信号收发处理模块(B1)解调出所述状态查询指令信息并发送至第二通信设备(2)的中央处理器(B4);
步骤23还包括:所述中央处理器(B4)将存储在中央处理器(B4)中的所述第二通信设备(2)的状态信息发送至所述信号收发处理模块(B1);
步骤32还包括:所述信号收发处理模块(B1)将所述第二通信设备(2)的状态信息调制后发送至所述第一通信设备(1)的信号收发处理模块(A1);
步骤41还包括:所述信号收发处理模块(A1)解调出所述第二通信设备(2)的状态信息并发送至所述第一通信设备(1)中的中央处理器(A4)。
8. 根据权利要求6所述的方法,其特征在于:
步骤31与步骤32之间还包括:所述中央处理器(B4)向第二通信设备(2)中的信号收发处理模块(B1)发送预存在中央处理器(B4)中的用于查询第一通信设备(1)状态信息的状态查询指令信息;
步骤32还包括:所述信号收发处理模块(B1)将所述状态查询指令信息调制后发送至第通一通信设备中的信号收发处理模块(A1);
步骤41还包括:所述信号收发处理模块(A1)解调出所述状态查询指令信息并发送至第一通信设备(1)的中央处理器(A4);
步骤5之后还包括:所述中央处理器(A4)将存储在在中央处理器(A4)中的所述第一通信设备(1)的状态信息发送至所述信号收发处理模块(A1);所述信号收发处理模块(A1)将所述第一通信设备(1)的状态信息调制后发送至所述信号收发处理模块(B1);所述信号收发处理模块(B1)解调出所述第一通信设备(1)的状态信息并发送至所述第二通信设备(2)中的中央处理器(B4)。
9. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤5之后还包括步骤6:所述第一通信设备(1)将包含有所述第一通信设备(1)与所述第二通信设备(2)之间距离信息的信号发送到所述第二通信设备(2)。
10. 根据权利要求6所述的方法,其特征在于所述步骤5之后还包括:
步骤61:所述中央处理器(A4)将包含有所述第一通信设备(1)与所述第二通信设备(2)之间距离信息的信号发送至所述信号收发处理模块(A1);
步骤62:所述信号收发处理模块(A1)将所述第一通信设备(1)与所述第二通信设备(2)之间距离信息的信号调制后发送至所述信号收发处理模块(B1);
步骤63:所述信号收发处理模块(B1)解调出所述第一通信设备(1)与所述第二通信设备(2)之间距离信息的信号并发送至所述中央处理器(B4)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080806 |