CN104407322A - 一种多核无线复合定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多核无线复合定位装置，包括至少两个相互独立的无线信号发射单元、控制模块，无线信号发射单元包括核心模块、微波电路，天线，每个无线信号发射单元均可独立地发射无线信号用于定位；本发明的优点：每个无线信号发射单元均可独立地发射无线信号用于定位，无线信号发射单元均以同一个位置参考点与参考方向作为自身的位置与方位，该位置参考点与参考方向基于装载无线信号发射单元外部结构和各无线信号发射单元的天线分布，接收设备的相对于各个无线信号发射单元均采用同一个参考相对位置，能实现多核定位装置与传统的单核定位装置兼容，有效地控制发射信号的稳定性，进而影响了定位计算的准确性。

Description

一种多核无线复合定位装置

技术领域

本发明涉及一种多核无线复合定位装置。 

背景技术

无线定位技术，一般包括三角定位与指纹定位技术。基于无线广播信号的接收端主动定位设备的流程如下： 

1.若干个无线信号发射装置部署在定位区域中，每个发射装置采用单核工作方式，持续向外部发射符合无线通信协议的单一广播信号。 

2.接收设备通过测量各个无线信号发射装置广播信号的接收信号强度(RSSI)，采用传统的三角定位与指纹定位方法进行位置估计。 

目前，用于定位的无线信号发射装置，大多采用传统的硬件架构，例如，采用全向天线，全工作模式等。由于无线信号传播天生的不稳定性，导致了目前的架构无法有效地控制发射信号的稳定性，进而影响了定位计算的准确性。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供多核无线复合定位装置，解决现有无线定位技术存在的稳定性差，定位计算的准确性差等缺陷。 

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种多核无线复合定位装置，包括至少两个相互独立的无线信号发射单元、对各个无线信号发射单元实现供电、控制、数据通信的控制模块，所述无线信号发射单元包括用于无线信号发射与核心控制的核心模块、与核心模块相连用于调理来自核 心模块无线信号的微波电路、与微波电路相连用于发射信号的天线，每个无线信号发射单元均可独立地发射无线信号用于定位，当接收设备接收无线信号，计算其与无线信号发射单元的相对位置时，包含距离与角度，所有的无线信号发射单元均以同一个位置参考点与参考方向作为自身的位置与方位，该位置参考点与参考方向为基于装载无线信号发射单元的多核定位装置外部结构和各无线信号发射单元的天线分布，接收设备相对于各个无线信号发射单元均采用同一个参考相对位置。 

优选的，无线信号发射单元在接收设备内通过以下步骤实现信号分辨： 

1)无线信号报文，在报文中写入对应无线信号发射单元的装置识别号ID、单元识别号ID、额定发射功率、发射频段Freq、链路质量信息LQI、冗余校验码CRC，装置识别号ID用于区分来自不同无线信号发射单元发射的信号，单元识别号ID用于区分不同无线信号发射单元发射的信号，冗余校验码CRC用于校验广播信号，长度依据信号有效数据长度确定； 

2)通过无线信号报文，作为通用信号向量识别方法； 

3)通过数据库索引并根据装置识别号ID获取其他信息。 

能实现不同无线信号发射单元的信号在接收设备中的分辨。 

优选的，无线信号发射单元在同一个位置点向接收设备发射多个无线信号，从而提取出一个维数大于2的高维信号向量，所述高维信号向量可以通过空间高维信号向量生成方法、频率高维信号向量生成方法、时间高维信号向量生成方法生成，提高现有的基于单一信号的定位方法中信号的数量，增加信号冗余 度，从而提高定位性能。 

优选的，空间高维信号向量生成方法通过对天线进行空间上的差异化分布，包括距离差异、极化差异、方向增益差异,距离差异为无线信号发射单元在水平或垂直方向相对于接收设备的距离不同，极化差异为各无线信号发射单元天线的极化方向不同，方向增益差异为通过采用定向天线或添加隔离装置，形成移动网络基站的扇区划分方法，通过在空间上对各无线信号发射单元的天线进行空间上的差异化分布形成各无线信号发射单元发射信号到达同一定位位置时强度不同，从而形成高维信号向量，发射的信号在传播中的变化也会不同，从而形成接收设备上各接收信号强度的差异，对于不同方向，各无线信号发射单元天线的辐射增益不同，从而在不同的位置形成接收信号强度的差异。 

优选的，频率高维信号向量生成方法是各无线信号发射单元发射频率不相同的信号，利用信号在空间中传播损耗的差异，以及受多径影响的差异，实现不同信号到达同一位置时的强度不同，各无线信号发射单元发射频率选择需采用与接收设备相兼容的通信协议标准。 

优选的，所述时间高维信号向量生成方法是通过天线的空间分布差异，形成各无线信号发射单元信号到达接收设备的距离差异，进而形成信号传播时间的差异，形成高维信号向量，所述天线的空间分布差异包括距离差异、方向增益差异，能适应TOA定位或TDOA定位。 

优选的，所述高维信号向量生产方法可以同时对各无线信号发射单元的空间分布、天线朝向、发射信号频率进行综合设置，进一步提高接收信号的维度。 

优选的，高维信号向量通过单一装置的复合定位或多装置的复合定位实现复合定位： 

单一装置的复合定位通过三角定位原则和指纹定位原则实现复合定位； 

三角定位原则依次包括以下步骤：1)对每个单元的接收信号，根据信号强度或信号传播时间，生成接收设备与单元的等距离圈；2)对比不同等距离圈的交叉区域，选取交叉最多的区域的质心作为位置的估测点； 

指纹定位原则依次包括以下步骤：1)根据特定场景下的现场勘测，测量高维信号向量与在不同接收位置的分布，即指纹数据库；2)依据步骤1)中的指纹数据库，采取指纹定位算法估算位置； 

多装置的复合定位方法通过平均信号定位和高维信号向量定位实现复合定位； 

平均信号定位：对每个装置的信号向量计算平均值，以平均值进行三角定位、指纹定位、TOA定位、TDOA定位； 

高维信号向量定位：对每个装置的信号向量，根据信号强度或信号传播时间，生成接收设备与装置相对位置，再按照三角定位的质心算法计算最终的估测位置。 

定位效果好，估测准确度高，使用效果好，能适应不同的装置进行复合定位，实用性能强，操作简单。 

综上所述，本发明的优点：每个无线信号发射单元均可独立地发射无线信号用于定位，无线信号发射单元均以同一个位置参考点与参考方向作为自身的 位置与方位，该位置参考点与参考方向基于装载无线信号发射单元外部结构和各无线信号发射单元的天线分布，接收设备的相对于各个无线信号发射单元均采用同一个参考相对位置，能实现多核定位装置与传统的单核定位装置兼容，有效地控制发射信号的稳定性，进而影响了定位计算的准确性。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明： 

图1为本发明多核无线复合定位装置的结构示意图； 

图2为本发明无线信号发射单元的结构示意图。 

具体实施方式

如图1、图2所示：一种多核无线复合定位装置，包括至少两个相互独立的无线信号发射单元1、对各个无线信号发射单元实现供电、控制、数据通信的控制模块2，所述无线信号发射单元包括用于无线信号发射与核心控制的核心模块11、与核心模块相连用于调理来自核心模块无线信号的微波电路12、与微波电路12相连用于发射信号的天线13，每个无线信号发射单元均可独立地发射无线信号用于定位，每个无线信号发射单元均可独立地发射无线信号用于定位，当接收设备接收无线信号，计算其与无线信号发射单元的相对位置时，包含距离与角度，所有的无线信号发射单元均以同一个位置参考点与参考方向作为自身的位置与方位，该位置参考点与参考方向为基于装载无线信号发射单元的多核定位装置外部结构和各无线信号发射单元的天线分布，接收设备相对于各个无线信号发射单元均采用同一个参考相对位置。 

无线信号发射单元在接收设备内通过以下步骤实现信号分辨： 

1)无线信号报文，在报文中写入对应无线信号发射单元的装置识别号ID、单元识别号ID、额定发射功率、发射频段Freq、链路质量信息LQI、冗余校验码CRC，装置识别号ID用于区分来自不同无线信号发射单元发射的信号，单元识别号ID用于区分不同无线信号发射单元发射的信号，冗余校验码CRC用于校验广播信号，长度依据信号有效数据长度确定； 

2)通过无线信号报文，作为通用信号向量识别方法； 

3)通过数据库索引并根据装置识别号ID获取其他信息。 

能实现不同无线信号发射单元的信号在接收设备中的分辨。 

无线信号发射单元在同一个位置点向接收设备发射多个无线信号，从而提取出一个维数大于2的高维信号向量，所述高维信号向量可以通过空间高维信号向量生成方法、频率高维信号向量生成方法、时间高维信号向量生成方法生成，提高现有的基于单一信号的定位方法中信号的数量，增加信号冗余度，从而提高定位性能，空间高维信号向量生成方法通过对天线进行空间上的差异化分布，包括距离差异、极化差异、方向增益差异,距离差异为无线信号发射单元在水平或垂直方向相对于接收设备的距离不同，极化差异为各无线信号发射单元天线的极化方向不同，方向增益差异为通过采用定向天线或添加隔离装置，形成移动网络基站的扇区划分方法，通过在空间上对各无线信号发射单元的天线进行空间上的差异化分布形成各无线信号发射单元发射信号到达同一定位位置时强度不同，从而形成高维信号向量，发射的信号在传播中的变化也会不同， 从而形成接收设备上各接收信号强度的差异，对于不同方向，各无线信号发射单元天线的辐射增益不同，从而在不同的位置形成接收信号强度的差异，频率高维信号向量生成方法是各无线信号发射单元发射频率不相同的信号，利用信号在空间中传播损耗的差异，以及受多径影响的差异，实现不同信号到达同一位置时的强度不同，各无线信号发射单元发射频率选择需采用与接收设备相兼容的通信协议标准，所述时间高维信号向量生成方法是通过天线的空间分布差异，形成各无线信号发射单元信号到达接收设备的距离差异，进而形成信号传播时间的差异，形成高维信号向量，所述天线的空间分布差异包括距离差异、方向增益差异，能适应TOA定位或TDOA定位，所述高维信号向量生产方法可以同时对各无线信号发射单元的空间分布、天线朝向、发射信号频率进行综合设置，进一步提高接收信号的维度。 

高维信号向量通过单一装置的复合定位或多装置的复合定位实现复合定位： 

单一装置的复合定位通过三角定位原则和指纹定位原则实现复合定位； 

三角定位原则依次包括以下步骤：1)对每个单元的接收信号，根据信号强度或信号传播时间，生成接收设备与单元的等距离圈；2)对比不同等距离圈的交叉区域，选取交叉最多的区域的质心作为位置的估测点； 

指纹定位原则依次包括以下步骤：1)根据特定场景下的现场勘测，测量高维信号向量与在不同接收位置的分布，即指纹数据库；2)依据步骤1)中的指纹数据库，采取指纹定位算法估算位置； 

多装置的复合定位方法通过平均信号定位和高维信号向量定位实现复合定位； 

平均信号定位：对每个装置的信号向量计算平均值，以平均值进行三角定位、指纹定位、TOA定位、TDOA定位； 

高维信号向量定位：对每个装置的信号向量，根据信号强度或信号传播时间，生成接收设备与装置相对位置，再按照三角定位的质心算法计算最终的估测位置。 

定位效果好，估测准确度高，使用效果好，能适应不同的装置进行复合定位，实用性能强，操作简单。 

高维信号向量定位也通过合并来自每个装置的高维信号向量，生成复合的信号指纹，再根据指纹定位算法比较事先勘测的指纹数据库，进行定位，能适应不同的定位算法，实用性能强，使用效果好。 

每个无线信号发射单元均可独立地发射无线信号用于定位，无线信号发射单元均以同一个位置参考点与参考方向作为自身的位置与方位，该位置参考点与参考方向基于装载无线信号发射单元外部结构和各无线信号发射单元的天线分布，接收设备的相对于各个无线信号发射单元均采用同一个参考相对位置，能实现多核定位装置与传统的单核定位装置兼容，有效地控制发射信号的稳定性，进而影响了定位计算的准确性。 

Claims (8)

1.一种多核无线复合定位装置，其特征在于：包括至少两个相互独立的无线信号发射单元(1)、对各个无线信号发射单元实现供电、控制、数据通信的控制模块(2)，所述无线信号发射单元(1)包括用于无线信号发射与核心控制的核心模块(11)、与核心模块(11)相连用于调理来自核心模块无线信号的微波电路(12)、与微波电路(12)相连用于发射信号的天线(13)，每个无线信号发射单元均可独立地发射无线信号用于定位，当接收设备接收无线信号，计算其与无线信号发射单元的相对位置时，包含距离与角度，所有的无线信号发射单元均以同一个位置参考点与参考方向作为自身的位置与方位，该位置参考点与参考方向为基于装载无线信号发射单元的多核定位装置外部结构和各无线信号发射单元的天线分布，接收设备相对于各个无线信号发射单元均采用同一个参考相对位置。

2.根据权利要求1所述的一种多核无线复合定位装置，其特征在于：无线信号发射单元在接收设备内通过以下步骤实现信号分辨：

1)无线信号报文，在报文中写入对应无线信号发射单元的装置识别号ID、单元识别号ID、额定发射功率、发射频段Freq、链路质量信息LQI、冗余校验码CRC，装置识别号ID用于区分来自不同无线信号发射单元发射的信号，单元识别号ID用于区分不同无线信号发射单元发射的信号，冗余校验码CRC用于校验广播信号，长度依据信号有效数据长度确定；

2)通过无线信号报文，作为通用信号向量识别方法；

3)通过数据库索引并根据装置识别号ID获取其他信息。

3.根据权利要求1所述的一种多核无线复合定位装置，其特征在于：无线信号发射单元在同一个位置点向接收设备发射多个无线信号，从而提取出一个维数大于2的高维信号向量，所述高维信号向量可以通过空间高维信号向量生成方法、频率高维信号向量生成方法、时间高维信号向量生成方法生成。

4.根据权利要求3所述的一种多核无线复合定位装置，其特征在于：空间高维信号向量生成方法通过对天线进行空间上的差异化分布，包括距离差异、极化差异、方向增益差异,距离差异为无线信号发射单元在水平或垂直方向相对于接收设备的距离不同，极化差异为各无线信号发射单元天线的极化方向不同，方向增益差异为通过采用定向天线或添加隔离装置，形成移动网络基站的扇区划分方法。

5.根据权利要求3所述的一种多核无线复合定位装置，其特征在于：频率高维信号向量生成方法是各无线信号发射单元发射频率不相同的信号，利用信号在空间中传播损耗的差异，以及受多径影响的差异，实现不同信号到达同一位置时的强度不同，各无线信号发射单元发射频率选择需采用与接收设备相兼容的通信协议标准。

6.根据权利要求3所述的一种多核无线复合定位装置，其特征在于：所述时间高维信号向量生成方法是通过天线的空间分布差异，形成各无线信号发射单元信号到达接收设备的距离差异，进而形成信号传播时间的差异，形成高维信号向量，所述天线的空间分布差异包括距离差异、方向增益差异。

7.根据权利要求3所述的一种多核无线复合定位装置，其特征在于：所述高维信号向量生产方法可以同时对各无线信号发射单元的空间分布、天线朝向、发射信号频率进行综合设置。

8.根据权利要求3所述的一种多核无线复合定位装置，其特征在于：高维信号向量通过单一装置的复合定位或多装置的复合定位实现复合定位：单一装置的复合定位通过三角定位原则和指纹定位原则实现复合定位；三角定位原则依次包括以下步骤：1)对每个单元的接收信号，根据信号强度或信号传播时间，生成接收设备与单元的等距离圈；2)对比不同等距离圈的交叉区域，选取交叉最多的区域的质心作为位置的估测点；

指纹定位原则依次包括以下步骤：1)根据特定场景下的现场勘测，测量高维信号向量与不同接收位置的分布，即指纹数据库；2)依据步骤1)中的指纹数据库，采取指纹定位算法估算位置；

多装置的复合定位方法通过平均信号定位和高维信号向量定位实现复合定位；

平均信号定位：对每个装置的信号向量计算平均值，以平均值进行三角定位、指纹定位、TOA定位、TDOA定位；

高维信号向量定位：对每个装置的信号向量，根据信号强度或信号传播时间，生成接收设备与装置相对位置，再按照三角定位的质心算法计算最终的估测位置。