CN102540172A - 一种无线射频定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线射频定位方法及系统，应用于室内定位,在待测距离两端之间无障碍物的情况下，利用射频信号接收装置在待测距离的一端接收位于待测距离另一端的射频信号发射装置发射的射频信号,根据射频信号的损耗功率与距离的对应关系获取待测距离的值,所述射频信号的损耗功率等于射频信号的发射功率与接收功率之差。本发明提供的无线射频定位方法及系统，能够应用于室内定位，且成本低、定位精度高并具有较好稳定性，适于普及推广。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种无线射频定位方法及系统。
背景技术
随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，例如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂的室内环境等条件的限制，目前还无法很好地利用比较完善的定位技术。目前常用的室内无线定位技术有：
（1）室内GPS（Global Positioning System，全球定位系统）定位技术：GPS是目前应用最为广泛的定位技术，利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大，且定位导航信号免费。缺点是定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，而且定位器终端的成本较高。
（2）红外线室内定位技术：红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在定位精度上有局限性。
（3）超声波定位技术：整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本太高。
（3）蓝牙定位技术：该技术最大的优点是设备体积小、易于集成在 PDA（Personal Digital Assistant，个人数字助理）、PC以及手机中，因此很容易推广普及。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。
综上所述，现有的室内定位技术存在成本高、定位精度低或者稳定性差等缺陷，因此如何找到一种适于普及推广的成本低、定位精度高并且具有较好稳定性的室内定位技术成为当前亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线射频定位方法及系统，能够应用于室内定位，克服了室内定位成本高、定位精度低以及稳定性差等缺陷，适于普及推广。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种无线射频定位方法，应用于室内定位, 在待测距离两端之间无障碍物的情况下，利用射频信号接收装置在待测距离的一端接收位于待测距离另一端的射频信号发射装置发射的射频信号,根据射频信号的损耗功率与距离的对应关系获取待测距离的值,所述射频信号的损耗功率等于射频信号的发射功率与接收功率之差。
进一步地,上述方法还可具有以下特点,所述射频信号的损耗功率与距离的对应关系由下式表示:
其中, FSPL(dB)为射频信号在自由空间的损耗,d为射频信号在自由空间的传播距离， f为射频信号的频率。
进一步地,上述方法还可具有以下特点, 所述射频信号的频率为2.4GHz。
进一步地,上述方法还可具有以下特点, 所述射频信号接收装置为装有RFID-SIM卡的移动终端。
为解决上述技术问题，本发明还提出了一种无线射频定位系统，应用于室内定位,包括：
位于待测距离一端的射频信号发射装置，用于发射设定功率的射频信号；和
位于待测距离另一端的射频信号接收装置，用于接收射频信号，并根据射频信号的接收功率与发射功率之差得到射频信号的损耗功率，以及根据该损耗功率与距离的对应关系获取待测距离的值。
进一步地,上述系统还可具有以下特点, 所述射频信号的损耗功率与距离的对应关系由下式表示:
其中, FSPL(dB)为射频信号在自由空间的损耗,d为射频信号在自由空间的传播距离， f为射频信号的频率。
进一步地,上述系统还可具有以下特点, 所述射频信号的频率为2.4GHz。
进一步地,上述系统还可具有以下特点, 所述射频信号接收装置为装有RFID-SIM卡的移动终端。
进一步地,上述系统还可具有以下特点, 所述射频信号发射装置包括顺次相连的中央处理器、射频识别模块、射频收发电路和射频收发天线。
本发明提供的无线射频定位方法及系统，能够应用于室内定位，且成本低、定位精度高并具有较好稳定性，适于普及推广。
附图说明
图1为本发明实施例中无线射频定位系统结构图；
图2为图1中射频信号收发器300的结构图。
具体实施方式
本发明的主要构思是，利用射频信号接收装置在待测距离的一端接收位于待测距离另一端的射频信号发射装置发射的射频信号,根据射频信号的损耗功率与距离的对应关系获取待测距离的值,从而达到室内定位的目的。
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面以图1所示的由射频信号收发器300与装有RFID-SIM卡的手机400组成的无线射频定位系统为例，对本发明作进一步的阐述，其中，射频信号收发器为射频信号发射装置，装有RFID-SIM卡的手机为射频信号接收装置。图1中，射频信号收发器300与装有RFID-SIM卡的手机400之间通过射频通道相连。射频信号收发器300通过射频通道发送一定功率的射频信号，装有RFID-SIM卡的手机400接收到该射频信号之后，通过功率衰减来算出射频信号收发器300与装有RFID-SIM卡的手机400之间之间的距离。
射频信号从射频信号收发器发送之后，在自由空间内传播会有一定的空间损耗，当装有RFID-SIM卡的手机接收到该射频信号之后，该信号功率会相应变小，那么损耗的功率即可通过发送功率与接收功率之差得到，根据射频信号在自由空间的损耗公式：
其中，FSPL(dB)为射频信号在自由空间的损耗，c为射频信号在自由空间内的传播速度，c为常数，c=300000000米/秒，f为射频信号的频率，d为射频信号在自由空间的传播距离，单位为米，由此推出为：
例如，当射频信号的频率为2.4GHz时，射频信号在自由空间的传播距离与损耗的对应关系如表1所示：
表1
| 传播距离（m） | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 1 | 5 | 10 |
| 空间损耗(dB) | 20.0 | 26.1 | 29.6 | 32.1 | 34.0 | 35.6 | 40.1 | 54.0 | 60.0 |
需要说明的是，上述利用射频信号在自由空间的传播距离与损耗的对应关系测距离的公式适用于待测距离两端之间无障碍物的情况，如果在测距的时候，两端之间有障碍物，例如有一堵墙，则上述公式是不适用的。因此，本发明利用射频信号进行定位的方法适用于待测距离两端之间无障碍物的情况。
图2为图1中射频信号收发器300的结构图。如图2所示，射频信号收发器300包括顺次相连的中央处理器3001、射频识别模块3002、射频收发电路3003和射频收发天线3004，其中各模块之间可以物理连接或者集成一个大模块。在实际的室内定位时，可以将射频信号收发器300放置于待测距离的一端，将装有RFID-SIM卡的手机400放置于待测距离的另一端，射频信号收发器300的中央处理器3001通过射频识别模块3002、射频收发电路3003并最终借助射频收发天线3004经过射频通道发送一定功率的射频信号,最终被装有RFID-SIM卡的手机400接收到。装有RFID-SIM卡的手机400接收到射频信号后，根据射频信号的接收功率与发射功率之差得到射频信号的损耗功率，以及根据该损耗功率与距离的对应关系获取待测距离的值。
在本发明的实施例中，射频信号的频率可以为2.4GHz。
在本发明的其他实施例中，除了手机，射频信号接收装置也可以是具有射频信号接收和识别功能的其他移动终端，例如个人数字助理PDA等。
与其他定位系统以及方法相比，射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但它信息传输速度快，可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围很大，成本较低，具有较高的性价比，并且不用担心手机所在位置的网络信号是否稳定。同时由于其非接触式的优点，非常适于室内定位。随着基于2.4GHz RFID- SIM卡手机的普及，可以将无线射频定位方法整合到手机系统之中。
综上所述，本发明提供的无线射频定位方法及系统，能够应用于室内定位，且成本低、定位精度高并具有较好稳定性，适于普及推广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无线射频定位方法，应用于室内定位,其特征在于，在待测距离两端之间无障碍物的情况下，利用射频信号接收装置在待测距离的一端接收位于待测距离另一端的射频信号发射装置发射的射频信号,根据射频信号的损耗功率与距离的对应关系获取待测距离的值,所述射频信号的损耗功率等于射频信号的发射功率与接收功率之差。
2.根据权利要求1所述的无线射频定位方法，其特征在于，所述射频信号的损耗功率与距离的对应关系由下式表示:
其中, FSPL(dB)为射频信号在自由空间的损耗,d为射频信号在自由空间的传播距离， f为射频信号的频率。
3.根据权利要求1所述的无线射频定位方法，其特征在于，所述射频信号的频率为2.4GHz。
4.根据权利要求1所述的无线射频定位方法，其特征在于，所述射频信号接收装置为装有RFID-SIM卡的移动终端。
5.一种无线射频定位系统，应用于室内定位,其特征在于，包括：
位于待测距离一端的射频信号发射装置，用于发射设定功率的射频信号；和
位于待测距离另一端的射频信号接收装置，用于接收射频信号，并根据射频信号的接收功率与发射功率之差得到射频信号的损耗功率，以及根据该损耗功率与距离的对应关系获取待测距离的值。
6.根据权利要求5所述的无线射频定位系统，其特征在于，所述射频信号的损耗功率与距离的对应关系由下式表示:
其中, FSPL(dB)为射频信号在自由空间的损耗,d为射频信号在自由空间的传播距离， f为射频信号的频率。
7.根据权利要求5所述的无线射频定位系统，其特征在于，所述射频信号的频率为2.4GHz。
8.根据权利要求5所述的无线射频定位系统，其特征在于，所述射频信号接收装置为装有RFID-SIM卡的移动终端。
9.根据权利要求5所述的无线射频定位系统，其特征在于，所述射频信号发射装置包括顺次相连的中央处理器、射频识别模块、射频收发电路和射频收发天线。
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