CN107179527B - 一种基于正交分集技术实现高精度室内测距的方法 - Google Patents

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    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location

Abstract

本发明公开了一种基于正交分集技术实现高精度室内测距的方法，包括如下步骤：（1）在室内设置至少两个测距节点，每个测距节点设置有两个极化正交的天线；（2）通过控制射频开关对任意两个测距节点中的天线进行组合，得到4个双天线组合；（3）计算每种双天线组合下的若干次TOA结果，即根据信号发送和到达时间差计算信号的飞行时间，乘以电磁波的飞行速度3x108m/s，测算得到单次的距离，然后对多次测算数据取平均值得到每种天线组合下的测距值，一共得到4组平均值数据；（4）对上述4组数据再次求平均值，得到该两个测距节点间的相对距离。本发明通过增加正交天线，综合考虑不同极化方式时多径效应引起的误差相互抵消，从而得到较精确的距离。

Description

一种基于正交分集技术实现高精度室内测距的方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于正交分集技术实现高精度室内测距的方法。
背景技术
GPS 北斗等卫星定位系统的成熟发展，使得室外定位的精度可以精确到分米级。由于卫星定位时主要贡献卫星位于用户头顶空间，到室内时，卫星信号受建筑物遮挡，无法直达；绕射到（电磁波的衍射）室内衰减也很快，达到一米左右信号已经衰减很弱。另外，在地下商场、停车场等室内场所，基本无法收到卫星信号，而对室内定位的需求也越来越强烈，因此室内定位是对卫星定位的重大补充。定位技术的前提则是实现待定位节点与已知位置节点之间的距离，然后根据多点实现联合定位。利用到达时间差（Time of Arrive,TOA）测距是室内定位的一项重要方法，这种方法利用测距节点间的通信时间差来计算相对距离，但是该测距方法的精度一直受通信带宽、室内多径效应、障碍物遮挡等因素制约。
提高室内测距精度较明显的一种方法是增加通信带宽，这意味着要提高射频前端设计的复杂性和产品成本，提高带宽能增加精度的根本原因是随着带宽增加，脉冲信号占用时间极短，收发端可以有效鉴别出多径信号，从而在较大程度上克服多径效应对精度的影响。另一方面，天线分集技术也是抗多径效应的一种有效方法，在测距节点采用多天线分集，也可以有效的降低多径效应，从而提高室内测距的精度，采用天线分集技术的额外成本需要加一颗射频开关和一根天线，硬件成本较增加带宽相对较高，但可有效节约宝贵的频谱资源。
发明内容
本发明的目的在于实现高精度室内测距，并控制成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于正交分集技术实现高精度室内测距的方法，包括如下步骤：
（1）在室内设置至少两个测距节点，每个测距节点设置有两个极化正交的天线；
（2）通过控制射频开关对任意两个测距节点中的天线进行组合，得到4个双天线组合；
（3）计算每种双天线组合下的若干次TOA结果，即根据信号发送和到达时间差计算信号的飞行时间，乘以电磁波的飞行速度3x108m/s，测算得到单次的距离，然后对多次测算数据取平均值得到每种天线组合下的测距值，一共得到4组平均值数据；
（4）对上述4组数据再次计算平均值，得到该两个测距节点间的相对距离。
优选地，所述两个极化正交的天线是一个水平极化的天线和一个垂直极化的天线。
优选地，每个水平极化的天线相互平行。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过增加正交天线，综合考虑不同极化方式时多径效应引起的误差相互抵消，得到较精确的距离。
附图说明
图1是本发明实施例测距节点示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容进行详细说明。
如图1所示，在本实施例中，在室内布置两个测距节点，每个测距节点各有两个极化正交（一个水平极化，另外一个垂直极化）的天线，通过控制射频开关对两个测距节点中的天线进行组合，一共有四种双天线组合，即天线1-1和天线2-1，天线1-1和天线2-2，天线1-2和天线2-1，天线1-2和天线2-2，根据信号发送和到达时间差计算信号的飞行时间，乘以电磁波的飞行速度3x108m/s，测算得到单次的距离，然后对多次测算数据取平均值得到每种天线组合下的测距值，一共得到4组平均值数据，对这4组数据再次计算平均值，最终得到该两个测距节点的相对距离。布置测距节点时，保证天线1-2，天线2-2（两个水平极化天线）相互平行。
两个测距节点相距4米时，测试结果如表1所示，平均值3.5m（按0.5四舍五入）。
Figure 467541DEST_PATH_IMAGE002
两个测距节点相距6米时，测试结果如表2所示，平均值6m。
Figure 574562DEST_PATH_IMAGE004
结果表明，本发明通过增加正交天线，综合考虑不同极化方式时多径效应引起的误差相互抵消，可得到高精度的室内测距结果。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种基于正交分集技术实现高精度室内测距的方法，其特征在于，包括如下步骤：
在室内设置至少两个测距节点，每个测距节点设置有两个极化正交的天线；
通过控制射频开关对任意两个测距节点中的天线进行组合，得到4个双天线组合；
计算每种双天线组合下的若干次TOA结果，即根据信号发送和到达时间差计算信号的飞行时间，乘以电磁波的飞行速度3x108m/s，测算得到单次的距离，然后对多次测算数据取平均值得到每种天线组合下的测距值，一共得到4组平均值数据；
对上述4组数据再次计算平均值，得到该两个测距节点间的相对距离；所述两个极化正交的天线是一个水平极化的天线和一个垂直极化的天线；每个水平极化的天线相互平行。
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