CN104375135A - 射频定位方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射频定位方法、装置和系统，所述方法包括以下步骤：在第一位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号；从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角；根据第一位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第一位置的相对距离；根据所述第一位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第一位置的相对距离，生成所述被测目标的地理坐标。

Description

射频定位方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及机电测试装置与仪器领域，特别涉及一种射频定位方法、装置和系统，更具体地说，涉及一种空间目标的全方位远距离射频定位方法、装置与系统。

背景技术

在特定环境中，依靠现有的定位方法与手段难以实现远距离目标的三维空间定位。例如：虽然GPS和基站定位具有覆盖范围大和通用性好的特点，但容易受到环境的影响，无法在无GPS或基站信号的封闭空间(诸如地下停车场、矿井或仓库等区域)实现高精度的低成本定位；红外线室内定位仅适用于短距离传播，且极易受到荧光灯或其他光源的影响；超声波定位虽然具有较高的定位精度，但受多径效应和非视距传播影响很大；蓝牙定位技术同样受定位距离的限制，且稳定性较差，容易受到噪声信号干扰。受定位模式的限制，这些方法难以实现空间目标如经、纬度和高度的准确定位。雷达定位主要用于搜索飞机，且设备昂贵，体积庞大，不适用于一般性定位。

射频识别与定位技术利用读写器与电子标签之间的通信来实现目标的识别和数据交换，可用于各种恶劣环境，被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一。公开号为CN102540172A的中国专利申请提供了一种无线射频定位方法及系统，但仅限于室内待测距离两端无障碍物的情况。公开号为CN103728645A的中国专利申请提出了一种室内外定位系统及其定位方法，由于受信号接收天线位置和电磁波绕射的影响，难以依靠接收定位设备确定便携设备或目标的方位角，仅能依据信号强度来推算目标与接收设备之间的距离。公开号为CN103679087A的中国专利申请提出一种基于射频技术的定位方法，依靠调节读卡器的识别范围来确定标签的大概范围，但难以确定其方位角度和高度。美国AWTHER WIRE&LOCATION公司开发的Localizers室内定位系统，至少采用3个以上的参考点，通过带定位的超宽带接收机和几个参考定位的收发信机之间的脉冲通信，监测信号中携带的伪随机码时延判断到不同参考点的距离，进而确定未知点的三维坐标，但该方案成本昂贵，只能用于室内环境，无法实现室外环境或复杂环境的便携式测量。公开号为CN101770009A的中国专利申请提出一种射频定位技术，在测量过程中需要增加一个参考信号源或参考电子标签，并且需要确定读写器与参考信号源的相对距离，才能实现目标距离的估算，增加了测量难度，并且无法实现三维空间距离的测量。公开号为CN101300504A的中国专利申请公开了一种射频定位系统，主要依靠多个定位器来实现位置的测量，该方法不仅成本高昂，而且只能实现平面位置测量，无法确定其高度范围。公开号为CN101672907A的中国专利申请依据天线组中接收到的最小功率射频信号的天线尺寸来估算与射频定位系统的距离，同样无法实现目标的三维定位。

综合调研发现，虽然借助射频识别技术可以实现相对距离的测量，但测量的信息仅限于平面距离或相对距离，难以获得被测目标的地理坐标(包括经度、纬度和高度)或相对于读写器的方位角度、俯仰角度和高度信息，无法获得准确的三维空间地理坐标信息。因此，现有的定位技术无论是无线局域网定位还是射频识别的标签定位系统，只能实现二维平面上的大致测距与定位，无法实现低成本的室外或复杂环境三维坐标定位。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种射频定位方法、装置和系统，能够实现对于室内、室外空间目标的三维定位，并且能够适应不同的环境对定位数据进行修正，是一种经济有效的定位方案。

本发明一种实施方式提供了一种射频定位方法，所述方法包括以下步骤：在第一位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号；从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角；根据第一位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第一位置的相对距离；根据所述第一位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第一位置的相对距离，生成所述被测目标的地理坐标。

本发明另一实施方式提供了一种射频定位装置，所述装置包括：射频接收单元，用于在第一位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号；角度测量单元，用于从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角；距离测量单元，用于根据第一位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第一位置的相对距离；位置信息生成单元，用于根据所述第一位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第一位置的相对距离，生成所述被测目标的地理坐标。

本发明又一实施方式提供一种射频定位系统，所述系统包括电子标签和前述实施方式所述的射频定位装置；所述电子标签，与被测目标连接并通过全向天线发射射频信号；所述射频定位装置，接收所述电子标签发射的射频信号并对所述被测目标进行定位，确定所述被测目标的地理坐标。

本发明实施方式所提供的射频定位方法、装置与系统，解决了现有定位技术无法获得被测目标准确的三维空间坐标的缺陷，通过采用不同的方位角和俯仰角来搜寻被测目标的电子标签所发出的信号，确定被测目标的方位角和俯仰角以及被测目标相对于测量位置的相对距离，进而得出包含经度、纬度和高度的被测目标的地理坐标。该方案可以有效避开GPS信号盲区的影响，迅速搜索定位目标，在电动自行车、汽车和各种特种车辆防盗系统、监护系统、监狱监管系统和特殊危化品监控系统具有广泛的应用前景。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例1的应用场景图；

图2为实施例1的射频定位方法流程图；

图3为实施例2的射频定位方法流程图；

图4为实施例3的射频定位方法流程图；

图5为实施例3中校准阶段测量的方位角和信号强度的关系示意图；

图6为实施例3中校准阶段测量的俯仰角和信号强度的关系示意图；

图7为实施例4的应用场景图；

图8为实施例5射频定位装置的结构示意图；

图9为实施例5射频定位装置的信息处理模块的功能框图；

图10为实施例6的系统原理图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

为了更好地理解和阐释本发明，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种射频定位方法，能够实现在三维空间对被测目标进行全方位的射频定位。该方法通过射频定位装置的定向天线以各种方位角和俯仰角进行三维空间的扫描来搜寻被测目标的电子标签发出的射频信号，并根据收到的射频信号的强度和方向来获得被测目标与测量位置的相对距离以及相对于测量位置的方向，从而确定被测目标的地理坐标(经度、纬度和高度)。

图1为本实施例的应用场景图，下面将结合该图对本实施例的方法进行详细描述。如图1所示，在该应用场景中，通过射频定位装置对被测目标进行定位，其中，射频定位装置的定向天线可以调整方位角θ和俯仰角γ以实现各个方位的扫描。通过分析接收到的射频信号强度来确定被测目标的相对位置信息(θ,γ,d)，其中d为测量位置与被测目标的相对距离。通过将被测目标的相对位置信息以及射频定位装置的地理坐标进行叠加，可以得出被测目标的地理坐标。

图2为本实施例的方法流程图。如图2所示，该方法包括：

S201：在第一位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号。

本实施例中，通过射频定位装置的定向天线来接收被测目标的电子标签发出的射频信号，该定向天线与方位电机和俯仰电机连接，在方位电机和俯仰电机的驱动下采用不同的方位角和俯仰角来扫描并搜寻被测目标的电子标签发出的射频信号。

本实施例中，该电子标签可以位于被测目标上，或者与被测目标连接。本实施例的一种实现方法是：首先，射频定位装置的定向天线可以采用不同的方位角和俯仰角发射低频射频信号以启动电子标签；然后，当电子标签接收到来自射频定位装置的低频射频信号时，通过全向天线发送高频射频信号；最后，射频定位装置的定向天线采用不同的方位角和俯仰角来接收高频射频信号。

S202：从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角。

本实施例中，电子标签的全向天线会在各个方向发射高频射频信号，射频定位装置的定向天线也会以不同的方位角和俯仰角扫描并搜寻电子标签发射的高频射频信号，而只有当射频定位装置的定向天线的朝向正对着被测目标时，才会接收到射频信号的最大信号强度。

因此，当接收到最大的信号强度时，将定向天线的方位角和俯仰角确定为被测目标相对于定向天线的方位角和俯仰角。

S203：根据第一位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第一位置的相对距离。

本实施例中，相对距离的计算模型可以采用文献《Source location fromreceived signal strength under lognormal shadowing》所公开的如下公式来计算:

P_r(d)＝P_r(d₀)+10n log₁₀(d/d₀)+X_σ   (公式1)

其中，d₀为测量位置与参考点之间的距离，实际中可以取1米左右，P_r(d₀)为参考点处测量的信号强度，d为测量位置与被测目标之间的距离，P_r(d)为测量位置处接收到信号强度，n为路径衰减系数，X_σ为随机变量。

S204：根据所述第一位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第一位置的相对距离，生成所述被测目标的地理坐标。

本实施例中，已知测量位置，即第一位置的地理坐标，根据步骤S201-S203能够获得被测目标相对于第一位置的方位角θ、俯仰角γ以及相对距离d(下文以及附图中将方位角θ、俯仰角γ以及相对距离d合称为相对位置信息)，通过将第一位置的地理坐标以及被测目标相对于第一位置的相对位置信息(θ，γ，d)进行叠加就能得到被测目标的地理坐标。本实施例中，地理坐标指的是被测目标的三维空间坐标，即至少包含经度、纬度和高度。

本实施例的射频定位方法，解决了现有定位技术无法获得被测目标准确的三维空间坐标的缺陷，通过采用不同的方位角和俯仰角来搜寻被测目标的电子标签所发出的信号，确定被测目标的方位角和俯仰角以及被测目标相对于测量位置的相对距离，进而得出包含经度、纬度和高度的被测目标的地理坐标，是一种经济有效的射频定位方法。

实施例2：

本实施例以实施例1为基础，不仅包括实施例1的实际测量阶段，还包括在实际测量阶段之前的校准阶段，以及对实施例1的测量结果进行修正的过程。考虑到不同的测量环境对误码率的影响，具体的校准过程需要依据各种不同的测量环境来进行，该校准阶段主要用于测量在不同测量环境下的不同测量距离的误码率，在某个测量环境中所测量的被测目标与测量位置之间的相对距离需要利用校准阶段获得的校准数据来修正，进而修正被测目标的地理坐标。

图3为本实施例的流程图。如图3所示，该方法包括：

S301：针对不同的测量环境，预先获得接收误码率、所述被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度之间的对应关系。

该步骤完成实际测量阶段之前的校准过程。本实施例中，考虑到不同的测量环境下误码率的不同，在校准阶段首先针对不同的测量环境分别生成包含接收误码率、被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度之间的对应关系表。在实际测量完成后，再依据实际测量环境的对应关系表对测量结果进行修正。测量环境可以包括但不限于空旷环境、城市高楼环境以及森林环境等等。此外，还可以根据实际的需求补充其他测量环境的测量结果。

在校准阶段，首先将被测目标置于一个已知位置，即已知测量位置的地理坐标和被测目标的地理坐标，并且已知被测目标与测量位置之间的相对距离d，然后测量接收误码率和信号强度。一种可选的测量接收误码率的方法可以是，但不限于：在射频定位装置和电子标签中存储相同的源码，当电子标签通过射频信号发送源码时，射频定位装置接收携带该源码的射频信号，判断接收到的误码数量与发送总数量之比来生成接收误码率。

本实施例的一种具体实现方法是：对于不同的测量环境都需要生成这样一张包含接收误码率、被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度的对应关系表。并且对于每一张对应关系表，至少需要在近距离、中距离和远距离进行测量，即至少包含近距离、中距离和远距离的一组数据，该近距离、中距离和远距离仅仅是一个距离范围。

假设在某个测量环境下在校准阶段获得的接收误码率、被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度之间的对应关系表如表1所例示：

表1

信号强度(dBm)	误码率	距离(米)
			-20	20％	远距离(大于1000)
-5	1-2％	中距离(约300)
			7	0	近距离(小于10)

表1适用于较为空旷的环境。在该空旷的环境中，在一个较大的距离范围之内进行测量并不会造成误码率的显著变化，因此只需测量几个距离范围对应的误码率即可。而对于城市中心区域或者障碍物较多的环境，可能较小的距离变化就会导致误码率的显著变化，对于这种情况，就需要测量大量的数据，至少每隔几十米或者100就要重新测量误码率。对于这种障碍物较密集的环境，例如，可以得出如下表2所例示的表格：

表2

信号强度(dBm)	误码率	距离(米)
			-20	20％	500
-15	18％	450
			-10	15％	400

-8	12％	350
			-5	10％	300
-2	8％	250
			1	5％	200
3	3％	150
			7	1％	100
9	0％	50

S302:在第一位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号。

该步骤的具体实现过程可以参见实施例1中对于S201的详细描述。

S303：根据接收到的射频信号获得实际测量的误码率。

该步骤的一种实现过程可以是：在射频定位装置和电子标签中存储相同的源码，当电子标签通过射频信号发送源码时，射频定位装置接收携带该源码的射频信号，判断接收到的误码数量与发送总数量之比来生成接收误码率。

S304：从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角。

该步骤的具体实现过程可以参见实施例1中对于S202的详细描述。

S305：根据第一位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第一位置的相对距离。

该步骤的具体实现过程可以参见实施例1中对于S203的详细描述。

S306：根据所述第一位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第一位置的相对距离，生成所述被测目标的地理坐标。

该步骤的具体实现过程可以参见实施例1中对于S204的详细描述。

S307：根据当前测量环境的所述对应关系和实际测量的误码率来对所述相对距离进行修正，并基于修正后的相对距离生成修正后的所述被测目标的地理坐标。

本实施例中，可以基于对应关系表中的误码率来对相对距离进行修正。

以空旷环境获得的表1为例，一种可选的修正相对距离的方法是：假设测量的误码率为18％，并且根据测量的信号强度结合公式1所计算出的相对距离为2000米时，首先查找表1，由于相对距离在1000米以上，属于远距离，其对应的校准误码率为20％，将校准误码率20％与实测误码率18％进行平均，获得修正后的误码率19％，然后采用如下的公式2获得该修正后的误码率对应的信号强度RSSI：

RSSI＝-(81-BER×91)   (公式2)

其中，RSSI为信号强度，BER为误码率。

当通过公式2获得了信号强度RSSI后，通过公式1就能够反推出修正后的相对距离。

以障碍物密集环境获得的表2为例，另一种可选的相对距离修正方法是：假设测量的误码率为15％，而根据测量的信号强度以及公式1所获得的相对距离是460米，此时在表2中刚好存在误码率为15％的条目，那么直接将测量的相对距离460和表2中与误码率15％对应的校准相对距离400进行加权平均：

修正的相对距离＝a1×400+a2×460，其中a1+a2＝1；

当a1和a2都取0.5时，所得出的修正的相对距离为430米。

假设测量的误码率为9％，而根据测量的信号强度以及公式1所获得的相对距离是300，此时在表2中没有对应的误码率条目，那么首先根据表2中与9％接近的条目10％来推算理论上的校准相对距离：

9％/校准相对距离＝10％/300，得出校准相对距离＝270米。

然后，将实测相对距离300和校准相对距离270进行加权平局：

修正的相对距离＝a1×300+a2×270，其中a1+a2＝1；

假设a1和a2都取0.5时，所得出的修正的相对距离为285米。

在修正了相对距离之后，就能够根据修正后的相对距离、方位角、俯仰以及测量位置的地理坐标得出修正后的被测目标的地理坐标。本实施例中仅以两个例子来解释如何根据校准阶段获得的对应关系表来对相对距离进行修正，进而修正被测目标的地理坐标。本实施例的例子仅用于对本发明实施例进行说明而并非用于对权利要求保护范围进行限定。实践中还可能存在其他具体方法，只要是依据校准阶段的数据对实测的相对距离进行修正的其他合理的方法都落入本发明权利要求保护范围之内。

本实施例的射频定位方法，不仅能够实现被测目标的三维空间定位，还考虑到不同测量环境对误码率的影响，利用校准阶段测量的误码率对实际测量的相对距离进行修正，进而修正被测目标的地理坐标。该方法能够适应不同的测量环境，改进了测量的精确度。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于，在校准阶段不仅需要建立实施例2中所例示的针对不同测量环境的包含接收误码率、被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度之间的对应关系表，而且还需要在校准阶段获得不同测量环境的方位角和俯仰角的测量偏差，并利用预先获得的方位角和俯仰角的测量偏差修正实际测量的方位角和俯仰角，从而修正被测目标的地理坐标。

图4为本实施例的详细流程图。

S401：针对不同的测量环境，预先获得俯仰角和方位角的测量偏差；

具体地，由于在不同环境中方位角和俯仰角的测量偏差会不同，因此对应于不同的测量环境也需要分别对实际测量的方位角和俯仰角进行修正。

一种可选的偏差测量方法是：在某一测量环境下，将被测目标置于已知位置，即已知被测目标相对于测量位置的实际的方位角和俯仰角，然后在测量位置筛选出最强的信号强度值来确定测量的方位角和俯仰角，将测量出的方位角和俯仰角与已知的方位角和俯仰角进行比较，就可以获得在该测量环境下的方位角和俯仰角的测量偏差，分别记录不同环境下的方位角和俯仰角的测量偏差。

假设某个测量环境下在校准阶段以方位角125°、俯仰角125°、相对距离10m的位置放置被测目标，测得包含方位角、俯仰角和信号强度值的表格如表3所例示：

表3

方位角(°)

俯仰角(°)

信号强度值(dBm)

10	10	-2.2
			50	50	-1
60	60	0
			100	100	4
120	120	10
			140	140	4.1
180	180	0
			200	200	-1.5
240	240	-2.6
			260	260	-4.0
300	300	-6
			320	320	-4.6
340	340	-3.2
			360	360	-2.8

图5示出了方位角和信号强度的关系示意图；图6示出了俯仰角和信号强度的关系示意图。从表3结合图5和图6可以看出，在方位角为120°且俯仰角也为120°时，能够获得最大的信号强度值10dBm，那么测量出的方位角和俯仰角都为120°；然而已知的方位角和俯仰角都为125°，那么在该测量环境下所测出的方位角和俯仰角偏小，即都比实际的角度小5°，因此，在测量阶段得出测量的方位角和俯仰角之后就需要相应增加5°，以弥补环境造成的角度偏差。

S402：针对不同的测量环境，预先获得接收误码率、所述被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度之间的对应关系；

该步骤的具体实现过程可以参见实施例2中对于S301的详细描述。

S403：在第一位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号；

该步骤的具体实现过程可以参见实施例1中对于S201的详细描述。

S404：根据接收到的射频信号获得实际测量的误码率；

该步骤的具体实现过程可以参见实施例2中对于S303的详细描述。

S405：从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角；

该步骤的具体实现过程可以参见实施例1中对于S202的详细描述。

S406：依据当前测量环境中预先获得的俯仰角和方位角的测量偏差，对实际测量的所述被测目标的方位角和俯仰角进行修正。

以表3和图5、图6的情况为例，由于在该测量环境下所测出的方位角和俯仰角都比实际的角度小5°，因此，在测量阶段得出测量的方位角和俯仰角之后就需要相应增加5°，以弥补环境造成的角度偏差。

S407：根据第一位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第一位置的相对距离。

该步骤的具体实现过程可以参见实施例1中对于S203的详细描述。

S408：根据当前测量环境的所述对应关系和实际测量的误码率来对所述相对距离进行修正。

该步骤的具体实现过程可以参见实施例1中对于S307的详细描述。

S409：根据所述第一位置的地理坐标、修正后的方位角和俯仰角以及修正后的相对距离，生成修正的所述被测目标的地理坐标。

通过将修正后的方位角和俯仰角以及修正后的相对距离与第一位置的地理坐标叠加，可以生成修正的所述被测目标的地理坐标。

本实施例的射频定位方法，不仅考虑了不同测量环境对误码率的影响，还考虑到不同测量环境对方位角和俯仰角的测量偏差，利用校准阶段测量的误码率和角度偏差对实际测量的角度以及相对距离进行修正，进而修正被测目标的地理坐标。该方法能够适应不同的测量环境，改进了测量的精确度。

实施例4：

本实施例与实施例1-3所不同的是，不仅在第一位置对被测目标的地理坐标进行测量，还会选择不同于第一位置的第二位置对被测目标的地理坐标进行测量，第二位置的测量结果用于对第一位置的测量结果进行修正，通过分析两个测量结果来生成最终的测量结果。

在第二位置对被测目标的地理坐标进行测量的方法参见实施例1-3中所述的任何一种方法。此处不再赘述。

图7为本实施例的应用场景图。本实施例中，将第一位置的测量结果称为被测目标的地理坐标，而将第二位置的测量结果称为被测目标的校准地理坐标。在第一位置处测得的相对位置信息为(θ₁,γ₁,d₁)，将相对位置信息(θ₁,γ₁,d₁)和第一位置处的地理坐标叠加，获得第一位置处测量的被测目标的地理坐标；在第二位置处测得的相对位置信息为(θ₂,γ₂,d₂)，将相对位置信息(θ₂,γ₂,d₂)和第二位置处的地理坐标叠加，获得第二位置处测量的被测目标的校准地理坐标。

本实施例的一种修正方法是：如果被测目标的地理坐标和被测目标的校准地理坐标之间的距离小于第一阈值，并且在第一位置处和第二位置处实际测量的误码率均低于第二阈值，则选择该地理坐标或该校准地理坐标的其中之一作为最终测量结果，否则选择不同于第一位置和第二位置的第三位置继续测量被测目标的地理坐标。第三位置的测量过程同样参照第一位置和第二位置的测量过程。

本实施例的射频定位方法，通过在不同于第一位置的第二位置对被测目标进行测量，并且通过比较两次测量结果来得出最终的测量结果，该方法能够避免某一次测量失误所导致的测量结果不准确的问题，使测量结果更可信。

实施例5：

本实施例提供一种射频定位装置，以实现实施例1-4的方法。

图8为本实施例射频定位装置的结构示意图，如图8所示：该装置至少包括定向天线21、俯仰电机22、方位电机23、电机控制单元11、射频发射单元12、射频接收单元13、信息处理单元14、电源15、显示单元16以及GPS单元17。

其中，电源15为其他单元提供电力支持，信息处理单元14连接电机控制单元11、射频发射单元12、射频接收单元13、信息处理单元14、显示单元16和GPS单元17。定向天线21连接俯仰电机22、方位电机23，通过电机控制单元11控制俯仰电机22和方位电机23的角度，从而使得该定向天线21可以在不同的方位角和俯仰角上接收来自电子标签的射频信号。射频发射单元12发射低频射频信号以启动电子标签发射高频射频信号，射频接收单元13采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号，并将接收到的高频射频信号提供给信息处理单元14进行处理。信息处理单元14对来自射频接收单元13的高频射频信号进行处理，生成被测目标相对于测量位置的相对位置信息(θ,γ,d)，可选地还会基于不同的测量环境下的校准数据对生成的相对位置信息进行修正，并将被测目标相对于测量位置的相对位置信息和GPS单元17获取的测量位置的GPS地理坐标进行叠加来获得被测目标的地理坐标。显示单元16用于显示各种信息，如测量过程中的方位角、俯仰角、相对距离信息、测量位置的地理坐标以及被测目标的地理坐标等。所显示的信息可以根据实际需要进行设计。

图9为本实施例信息处理单元14的详细功能框图。

在一种应用场景中，本实施例的射频接收单元13，用于在第一位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号。在实际产品中，该射频接收单元可以包括定向天线，或者该射频接收单元与定向天线也可以是独立的实体，定向天线将接收到的信号传给该射频接收单元。

信息处理单元14从射频接收单元13接收射频信号，信息处理单元14具体包括：角度测量单元91，用于从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角；距离测量单元92，用于根据第一位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第一位置的相对距离；位置信息生成单元93，用于根据所述第一位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第一位置的相对距离，生成所述被测目标的地理坐标。

其中，角度测量单元91测量被测目标相对于第一位置的方位角和俯仰角、距离测量单元92测量被测目标相对于第一位置的相对距离，以及位置信息生成单元93基于角度测量单元91和距离测量单元92的测量结果生成被测目标的地理坐标的详细过程已经在实施例1中进行了详细说明，此处不再赘述。

在一可选的实施方式中，考虑到不同测量环境对误码率的影响，信息处理单元14还包括：预测量单元94，用于针对不同的测量环境，预先获得接收误码率、所述被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度之间的对应关系；位置修正单元95，用于根据当前测量环境的所述对应关系和实际测量的误码率来对所述相对距离进行修正，并基于修正后的相对距离生成修正后的所述被测目标的地理坐标。

其中，预测量单元94获得不同测量环境下接收误码率、所述被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度之间的对应关系、位置修正单元95基于该对应关系对被测目标的地理坐标进行修正的详细过程已经在实施例2中进行了详细描述，此处不再赘述。

在一可选的实施方式中，考虑到不同测量环境下方位角和俯仰角的测量偏差，信息处理单元14还包括：偏差测量单元96，用于针对不同的测量环境，预先获得俯仰角和方位角的测量偏差；角度校准单元97，用于依据当前测量环境中预先获得的俯仰角和方位角的测量偏差，对实际测量的所述被测目标的方位角和俯仰角进行校准；所述位置修正单元95，还用于依据校准后的方位角和俯仰角对所述被测目标的地理坐标进行修正。

其中，偏差测量单元96测量不同环境下的方位角和俯仰角的偏差、角度校准单元97对方位角和俯仰角进行校准以及位置修正单元95基于校准后的角度对被测目标的地理坐标进行修正的详细过程已经在实施例3中进行了详细描述，此处不再赘述。

在另一种应用场景中，本实施例的射频接收单元13，还用于在不同于第一位置的第二位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号。此时，角度测量单元91，还用于从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第二位置的方位角和俯仰角；距离测量单元92，还用于根据第二位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第二位置的相对距离；位置信息生成单元93，还用于根据所述第二位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第二位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第二位置的相对距离，生成所述被测目标的校准地理坐标；位置修正单元95，还用于利用所述被测目标的校准地理坐标对所述被测目标的地理坐标进行校准。

在一种可选的实施方式中，位置修正单元95，用于当所述校准地理坐标和所述地理坐标之间的距离小于第一阈值，并且在所述第一位置处和所述第二位置处实际测量的误码率均低于第二阈值时，选择所述地理坐标或所述校准地理坐标的其中之一作为最终测量结果，否则选择第三位置继续测量所述被测目标的地理坐标。

本实施例的射频定位装置，解决了现有定位技术无法获得被测目标准确的三维空间坐标的缺陷，该装置通过采用不同的方位角和俯仰角来搜寻被测目标的电子标签所发出的信号，确定被测目标的方位角和俯仰角以及被测目标相对于测量位置的相对距离，进而得出包含经度、纬度和高度的被测目标的地理坐标。

实施例6：

本实施例提供一种射频定位系统，图10为本实施例的系统原理图。如图10所示，本实施例的系统包括电子标签和实施例5的射频定位装置。其中，电子标签，与被测目标连接并通过全向天线发射射频信号；射频定位装置，接收所述电子标签发射的射频信号并对所述被测目标进行定位，确定所述被测目标的地理坐标。

其中，射频定位装置，具体用于发射低频射频信号以启动所述电子标签，并接收来自所述电子标签的高频射频信号；电子标签，具体用于周期性地接收来自所述射频定位装置的低频射频信号，并发送高频射频信号。

虽然图10中示出了在位置1和位置2处进行测量的情况，但是如前述实施例说明的，在两个位置进行测量仅仅是一种具体的实现方式，实际中可以仅在一个位置进行测量。另外，由于射频定位装置的结构和工作原理已经在实施例1-5中进行了详细说明，此处不再赘述。

本发明提供的射频定位方法可以使用可编程逻辑器件来实现，也可以实施为计算机程序产品，该程序产品使计算机执行用于所示范的方法。所述计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该介质上包含计算机程序逻辑或代码部分，用于实现上述方法的各个步骤。所述计算机可读存储介质可以是被安装在计算机中的内置介质或者可从计算机主体拆卸的可移动介质(例如可热拔插的存储设备)。所述内置介质包括但不限于可重写的非易失性存储器，例如RAM、ROM和硬盘。所述可移动介质包括但不限于：光存储媒体(例如CD-ROM和DVD)、磁光存储媒体(例如MO)、磁存储媒体(例如磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写的非易失性存储器的媒体(例如存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如ROM盒)。

本领域技术人员应当理解，任何具有适当编程装置的计算机系统都能够执行包含在计算机程序产品中的本发明的方法的诸步骤。尽管本说明书中描述的多数具体实施方式都侧重于软件程序，但是以硬件方式实现本发明提供的方法的替代实施例同样在本发明要求保护的范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化均涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他部件、单元或步骤，单数不排除复数。权利要求中陈述的多个部件、单元或装置也可以由一个部件、单元或装置通过软件或者硬件来实现。

以上所披露的仅为本发明的一些较佳实施例，不能以此来限定本发明权利要求的保护范围，依照本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (13)

1.一种射频定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在第一位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号；

从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角；

根据第一位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第一位置的相对距离；

根据所述第一位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第一位置的相对距离，生成所述被测目标的地理坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

针对不同的测量环境，预先获得接收误码率、所述被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度之间的对应关系；

根据当前测量环境的所述对应关系和实际测量的误码率来对所述相对距离进行修正，并基于修正后的相对距离生成修正后的所述被测目标的地理坐标。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

针对不同的测量环境，预先获得俯仰角和方位角的测量偏差；

依据当前测量环境中预先获得的俯仰角和方位角的测量偏差，对实际测量的所述被测目标的方位角和俯仰角进行校准；

依据校准后的方位角和俯仰角对所述被测目标的地理坐标进行修正。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在不同于第一位置的第二位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号；

从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第二位置的方位角和俯仰角；

根据第二位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第二位置的相对距离；

根据所述第二位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第二位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第二位置的相对距离，生成所述被测目标的校准地理坐标；

利用所述被测目标的校准地理坐标对所述被测目标的地理坐标进行校准。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述被测目标的校准地理坐标对所述被测目标的地理坐标进行校准包括：

如果所述校准地理坐标和所述地理坐标之间的距离小于第一阈值，并且在所述第一位置处和所述第二位置处实际测量的误码率均低于第二阈值，则选择所述地理坐标或所述校准地理坐标的其中之一作为最终测量结果，否则选择第三位置继续测量所述被测目标的地理坐标。

6.一种射频定位装置，其特征在于，所述装置包括：

射频接收单元，用于在第一位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号；

角度测量单元，用于从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角；

距离测量单元，用于根据第一位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第一位置的相对距离；

位置信息生成单元，用于根据所述第一位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第一位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第一位置的相对距离，生成所述被测目标的地理坐标。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

预测量单元，用于针对不同的测量环境，预先获得接收误码率、所述被测目标对于测量位置的相对距离以及接收信号强度之间的对应关系；

位置修正单元，用于根据当前测量环境的所述对应关系和实际测量的误码率来对所述相对距离进行修正，并基于修正后的相对距离生成修正后的所述被测目标的地理坐标。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

偏差测量单元，用于针对不同的测量环境，预先获得俯仰角和方位角的测量偏差；

角度校准单元，用于依据当前测量环境中预先获得的俯仰角和方位角的测量偏差，对实际测量的所述被测目标的方位角和俯仰角进行校准；

所述位置修正单元，还用于依据校准后的方位角和俯仰角对所述被测目标的地理坐标进行修正。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述射频接收单元，还用于在不同于第一位置的第二位置采用不同的方位角和俯仰角接收被测目标的电子标签发出的射频信号；

所述角度测量单元，还用于从所接收到的射频信号中筛选出射频信号强度最大值，将所述射频信号强度最大值对应的方位角和俯仰角确定为所述被测目标相对于所述第二位置的方位角和俯仰角；

所述距离测量单元，还用于根据第二位置处的所述射频信号强度最大值获得被测目标相对于所述第二位置的相对距离；

所述位置信息生成单元，还用于根据所述第二位置的地理坐标、所述被测目标相对于所述第二位置的方位角和俯仰角以及所述被测目标相对于所述第二位置的相对距离，生成所述被测目标的校准地理坐标；

所述位置修正单元，还用于利用所述被测目标的校准地理坐标对所述被测目标的地理坐标进行校准。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述位置修正单元，具体用于当所述校准地理坐标和所述地理坐标之间的距离小于第一阈值，并且在所述第一位置处和所述第二位置处实际测量的误码率均低于第二阈值时，选择所述地理坐标或所述校准地理坐标的其中之一作为最终测量结果，否则选择第三位置继续测量所述被测目标的地理坐标。

11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述射频接收单元包括定向天线；

所述定向天线连接方位电机和俯仰电机，在方位电机和俯仰电机的驱动下采用不同的方位角和俯仰角来接收被测目标的电子标签发出的射频信号。

12.一种射频定位系统，其特征在于，所述系统包括电子标签和权利要求6-11中任意一项权利要求所述的射频定位装置；

所述电子标签，与被测目标连接并通过全向天线发射射频信号；

所述射频定位装置，接收所述电子标签发射的射频信号并对所述被测目标进行定位，确定所述被测目标的地理坐标。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，

所述射频定位装置，具体用于发射低频射频信号以启动所述电子标签，并接收来自所述电子标签的高频射频信号；

所述电子标签，具体用于周期性地接收来自所述射频定位装置的低频射频信号，并发送高频射频信号。