CN104459620A - 一种无线定位装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线定位装置及方法。该无线定位装置具有多根天线与同一无线定位信号接收器连接，将传统的“移动台-基站”的模型变化为“移动台-同一基站的不同虚拟接收机”模型，虚拟接收机即天线，因此所有虚拟接收机的时间参考节点均使用同一时钟，从源头上去除了时钟同步的要求。该方法基于TDOA定位算法技术，采用上述无线定位装置，利用TDOA双曲线方程计算得到移动设备的位置，由于避免了时间不同步的影响，因此实现了精准定位。这种无线定位装置及方法，基于TDOA算法实现了实际应用中的精准定位，同时降低了成本及复杂性。

Description

一种无线定位装置及方法
技术领域
本发明涉及一种无线定位装置及方法。
背景技术
现有技术中越来越多的仓储、物流、安保、休闲购物等应用要求知道人或物体的精确位置信息以便提供个性化实时服务，因此，高效、简洁、可行的无线定位技术成为了新的研究热点。理论上常见的无线定位技术包括接收信号强度(Received Signal Strength，RSS)定位，到达时间(Time of Arrival，TOA)定位，到达角(Angle of Arrival，AOA)定位和到达时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)定位等。
其中，TDOA定位是一种精度高、速度快和抗干扰能力强的定位技术。它的基本思路是通过测量定位信号从移动台到两个基站或从两个基站到移动台的时间差，再利用时间差的双曲线方程计算移动台的当前位置，其具体过程如下：
1、移动台发射定位信号；
2、多个基站接收到定位信号，由于移动台到各个基站之间的距离不同，定位信号到达的时间也不同，分别为t1，t2，…，tn；
3、多个基站将各自收到定位信号的时间发送给服务器，服务器计算出时间差。由于每两个基站之间的时间差可形成一个双曲线定位区，多个基站可存在多组双曲线定位区，其交点就是移动台的精确位置。
与TOA算法相比，TDOA算法不需要加入时间戳，因此无需保证移动台和基站之间的时间同步，降低了系统复杂度，提高了可行性。此外，移动信道传输特性相似时，还能减少由多径效应带来的误差。因此，TDOA是前景广阔的一种定位算法。
该算法的关键在于一个移动台到多个基站的距离不同，而无线电波以光速传播，因此不同距离的传输时间也不同，时间差可以换算成距离差。又因为光速很大，1ns的时间差误差会引发30cm的定位误差，所以TDOA的定位精确度取决于时间差的精确度。为了保证TDOA的时间差精确度，TDOA系统要求多个基站之间保持高精度的时钟同步，一般要求误差在十亿分之一秒之内。由于TDOA算法技术对时钟同步的高要求导致了TDOA系统实现非常困难，难以实际有效应用，同时还存在高成本、高复杂性的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供一种无线定位装置及方法，其可基于TDOA算法实现实际应用中的精准定位，同时降低成本及复杂性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种无线定位装置，包括具有多根天线的无线定位信号接收器和与所述无线定位信号接收器通过天线导线连接的后台处理服务器，其中所述无线定位信号接收器负责接收移动设备发射的定位信号，所述后台处理服务器负责利用定位信号的接收时刻计算移动设备的位置。
进一步地，所述天线导线为光纤、电缆、网线、波导线、带状线、微带线或电力线。
进一步地，所述天线通过所述天线导线安装在所述无线定位信号接收器的网口或插座上。
采用上述无线定位装置的无线定位方法，移动设备发出的定位信号被所述天线接收，经过所述天线导线传输至所述无线定位信号接收器，得到一个接收时刻T1，根据无线信号在所述天线导线上的传输速度和所述天线导线的长度计算出无线信号在所述天线导线上的传输时间t，用接收时刻T1减去传输时间t，可得到所述天线接收所述定位信号的实际时刻T2，所述无线定位信号接收器将不同天线的实际时刻T2全部传送至后台处理服务器，所述后台处理服务器根据收到的这一组实际时刻T2计算时间差，并利用TDOA双曲线方程计算得到所述移动设备的位置。
本发明所述的无线定位装置，多根天线与同一无线定位信号接收器连接，将传统的“移动台-基站”的模型变化为“移动台-同一基站的不同虚拟接收机”模型，虚拟接收机即天线，因此所有虚拟接收机的时间参考节点均使用同一时钟，从源头上去除了时钟同步的要求。该方法基于TDOA定位算法技术，采用上述无线定位装置，移动设备发出的定位信号被所述天线接收，经过所述天线导线传输至所述无线定位信号接收器，得到一个接收时刻T1，根据无线信号在所述天线导线上的传输速度和所述天线导线的长度计算出无线信号在所述天线导线上的传输时间t，用接收时刻T1减去传输时间t，可得到所述天线接收所述定位信号的实际时刻T2，所述无线定位信号接收器将不同天线的实际时刻T2全部传送至后台处理服务器，所述后台处理服务器根据收到的这一组实际时刻T2计算时间差，并利用TDOA双曲线方程计算得到所述移动设备的位置，由于避免了时间不同步的影响，因此实现了精准定位。这种无线定位装置及方法，基于TDOA算法实现了实际应用中的精准定位，同时降低了成本及复杂性。
附图说明
图1为本发明所述一种无线定位装置及方法的结构原理图；
图2为图1的工作流程图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例所述的一种无线定位装置，包括具有多根天线的无线定位信号接收器和与无线定位信号接收器通过天线导线连接的后台处理服务器，其中无线定位信号接收器负责接收移动设备发射的定位信号，后台处理服务器负责利用定位信号的接收时刻计算移动设备的位置。
所述天线导线为光纤、电缆、网线、波导线、带状线、微带线或电力线。天线通过天线导线安装在无线定位信号接收器的网口或插座上。采用上述无线定位装置的无线定位方法，移动设备发出的定位信号被天线接收，经过天线导线传输至无线定位信号接收器，得到一个接收时刻T1，根据无线信号在天线导线上的传输速度和天线导线的长度计算出无线信号在天线导线上的传输时间t，用接收时刻T1减去传输时间t，可得到天线接收定位信号的实际时刻T2，无线定位信号接收器将不同天线的实际时刻T2全部传送至后台处理服务器，后台处理服务器根据收到的这一组实际时刻T2计算时间差，并利用TDOA双曲线方程计算得到移动设备的位置。
更具体地，结合图1所示，假设无线定位信号接收器装有i根天线导线，每根天线导线可外接出j根天线，第i根天线上的第j根外接天线表示为Ai，j。每根天线到无线定位信号接收器的导线长度不同，第i，j根天线到无线定位信号接收器的导线长度表示为di，j。定位信号在天线上的传输速度为v，是已知数据，天线Ai，j的安装位置和它到无线定位信号接收器的导线长度di，j也是已知数据，这些数据存储在后台处理服务器中。无线定位信号接收器中有高精度的时钟用以记录定位信号的接收时间。
图2是本发明的工作流程示意图，说明了从移动设备发出定位信号到得出移动设备当时位置的具体流程，详细步骤如下：
a、移动设备发射定位信号Datai，j；
b、无线定位信号接收器的第i，j根天线Ai，j接收定位信号Datai，j；
c、无线定位信号接收器记录Datai，j到达的时间Ti，j；
d、该时间Ti，j减去定位信号在天线导线上传输的时间ΔTi，j可得到定位信号实际被该天线接收的时间Ti，j’。因此，查找天线Ti，j到接收器的导线长度di，j，再根据定位信号在天线上的传输速度v计算出定位信号在天线导线上传输的时间Δti，j，则定位信号实际被该天线接收的时间可以表示为Ti，j’＝Ti，j-Δti，j；
e、将Ti，j’传送至后台处理服务器；
f、后台处理服务器获取多根天线的定位信号实际接收时间，根据TDOA定位算法计算出移动台的位置。
TODA定位算法的理论基础作为公知常识，不再赘述。
本发明所述的无线定位装置，多根天线与同一无线定位信号接收器连接，将传统的“移动台-基站”的模型变化为“移动台-同一基站的不同虚拟接收机”模型，虚拟接收机即天线，因此所有虚拟接收机的时间参考节点均使用同一时钟，从源头上去除了时钟同步的要求。该方法基于TDOA定位算法技术，采用上述无线定位装置，由于避免了时间不同步的影响，因此实现了精准定位。这种无线定位装置及方法，基于TDOA算法实现了实际应用中的精准定位，同时降低了成本及复杂性。
该装置使用的定位方式包括但不限于射频定位、红外定位、超声波定位、蓝牙定位、超宽带定位、ZigBee定位、无线局域网定位等无线室内定位技术。该无线定位装置的天线导线可以使用光纤和电缆，也可以使用建筑过程中铺设好的网线和电力线等。当使用网线或电力线等墙内线路时，该装置使用可拆卸天线，将天线安装在网口或插座上即组成该室内定位装置。
以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，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 (4)

1.一种无线定位装置，其特征在于：包括具有多根天线的无线定位信号接收器和与所述无线定位信号接收器通过天线导线连接的后台处理服务器，其中所述无线定位信号接收器负责接收移动设备发射的定位信号，所述后台处理服务器负责利用定位信号的接收时刻计算移动设备的位置。
2.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述天线导线为光纤、电缆、网线、波导线、带状线、微带线或电力线。
3.如权利要求2所述定位装置，其特征在于，所述天线通过所述天线导线安装在所述无线定位信号接收器的网口或插座上。
4.采用如权利要求1所述的无线定位装置的无线定位方法，其特征在于，移动设备发出的定位信号被所述天线接收，经过所述天线导线传输至所述无线定位信号接收器，得到一个接收时刻T1，根据无线信号在所述天线导线上的传输速度和所述天线导线的长度计算出无线信号在所述天线导线上的传输时间t，用接收时刻T1减去传输时间t，可得到所述天线接收所述定位信号的实际时刻T2，所述无线定位信号接收器将不同天线的实际时刻T2全部传送至后台处理服务器，所述后台处理服务器根据收到的这一组实际时刻T2计算时间差，并利用TDOA双曲线方程计算得到所述移动设备的位置。
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