CN107346012A - 一种定位方法、装置及定位设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位方法、装置及定位设备，其中，该方法包括：获取多个定位设备各自生成的该定位设备到目标设备的方向参数，每个定位设备均包括有一相控阵天线，所述方向参数为该相控阵天线在第一天线阵相位时的天线主瓣方向，所述第一天线阵相位是该相控阵天线在不同天线阵相位下接收所述目标设备的信号强度最大时的天线阵相位；根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定所述目标设备的位置信息。本发明基于相控阵天线的定位方法及装置可以通过较少数量的定位设备实现快速精准的定位。

Description

一种定位方法、装置及定位设备

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种定位方法、装置及定位设备。

背景技术

目前各种卫星定位系统对室内的目标设备进行定位时，由于信号在室内会减弱，导致定位能力减弱。目前主要的室内定位系统依赖于室内无线网络，通过无线接入点对与之连接的设备进行信号强度的分析，来确定目标设备的大致距离，同时根据多个无线接入点设备提供的距离范围，计算出一个重叠的范围，从而实现室内定位的目的。

然而，目前无线接入点的天线基本都采用了一般的全向天线，假使在一个没有障碍物的空间内，通过信号强度可以确定目标在某个无线接入点的固定距离的范围内。而实际中，室内定位需要面临障碍物的环境，虽然可以通过实际测量室内各个点的实际信号强度，来建立相关的数据库，通过信号强度和数据库比对实现定位，但是在人流变化大的室内环境下，障碍物的情况变化就更加负责，定位精度则会进一步降低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种定位方法、装置及定位设备，解决了现有技术中在障碍物环境中对目标设备进行定位存在速度慢、精度低的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种定位方法，包括：

获取多个定位设备各自生成的该定位设备到目标设备的方向参数，每个定位设备均包括有一相控阵天线，所述方向参数为该相控阵天线在第一天线阵相位时的天线主瓣方向，所述第一天线阵相位是该相控阵天线在不同天线阵相位下接收所述目标设备的信号强度最大时的天线阵相位；

根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定所述目标设备的位置信息。

优选地，所述根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定所述目标设备的位置信息的步骤之后，还包括：

将所述目标设备的位置信息，发送至目标设备。

优选地，所述根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定所述目标设备的位置信息的步骤，包括：

根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，计算出各个定位设备的天线主瓣方向的交汇区域，作为所述目标设备的位置信息。

本发明实施例还提供了一种定位方法，应用于定位设备，包括：

改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位，并在不同天线阵相位下分别测量目标设备的接收信号强度；

根据不同天线阵相位下所述目标设备的接收信号强度，确定所述目标设备的方向参数，所述方向参数为在不同天线阵相位下所述目标设备的接收信号强度最大时的第一天线阵相位对应的天线主瓣方向；

将所述目标设备的方向参数发送至服务器，以使所述服务器根据至少两个定位设备发送的方向参数以及对应的定位设备的位置，确定目标设备的位置信息。

优选地，所述改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位，并在不同天线阵相位下分别测量目标设备的接收信号强度的步骤之前，还包括：

建立定位设备与目标设备之间的连接。

优选地，所述改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位的步骤，包括：

通过一数字移相器产生不同的相位偏移，根据所述相位偏移，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位。

本发明实施例还提供了一种定位装置，包括：

获取模块，用于获取多个定位设备各自生成的该定位设备到目标设备的方向参数，每个定位设备均包括有一相控阵天线，所述方向参数为该相控阵天线在第一天线阵相位时的天线主瓣方向，所述第一天线阵相位是该相控阵天线在不同天线阵相位下接收所述目标设备的信号强度最大时的天线阵相位；

第一生成模块，用于根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定所述目标设备的位置信息。

优选地，所述定位装置，还包括：

第一发送模块，用于将所述目标设备的位置信息，发送至目标设备。

优选地，所述第一生成模块包括：

第一处理单元，用于根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，计算出各个定位设备的天线主瓣方向的交汇区域，作为所述目标设备的位置信息。

本发明实施例还提供了一种定位设备，包括：相控阵天线；以及

监测模块，用于改变所述相控阵天线的天线阵相位，并在不同天线阵相位下分别测量目标设备的接收信号强度；

第二生成模块，用于根据不同天线阵相位下所述目标设备的接收信号强度，确定所述目标设备的方向参数，所述方向参数为在不同天线阵相位下所述目标设备的接收信号强度最大时的第一天线阵相位对应的天线主瓣方向；

第二发送模块，用于将所述目标设备的方向参数发送至服务器，以使所述服务器根据至少两个定位设备发送的方向参数以及对应的定位设备的位置，确定目标设备的位置信息。

优选地，所述定位装置，还包括：

连接模块，用于建立定位设备与目标设备之间的连接。

优选地，所述监测模块包括：

第二处理单元，用于通过一数字移相器产生相位偏移，根据所述相位偏移，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位。

本发明的实施例的有益效果是：

上述方案中，采用相控阵天线可以通过改变相位来改变天线阵列方向图的方法，以获得不同相位上接收到的目标设备发出的强度信号，从而根据接收到目标设备发送的信号强度最大时对应的天线主瓣方向，确定目标设备的方向。而通过多台定位设备确定的目标设备的方向，计算得到一个交汇区域，从而实现对目标设备的精定位。上述方案采用数字移相器改变天线方向图，相比机械方式扫描各个方向信号速度更快，保证了定位时间。基于相控阵天线方向图的主瓣波束较窄，因此只需架设少量定位设备就可以获得一个很小的交汇区域，实现快速精准的定位。

附图说明

图1表示本发明实施例的定位方法的流程图；

图2表示本发明实施例的定位设备确定目标设备方向的示意图；

图3表示本发明实施例的具有多台定位设备的定位装置的结构框图；

图4表示本发明实施例的应用于定位设备的定位方法的流程图；

图5表示本发明实施例的相控阵天线的结构框图；

图6表示本发明实施例的天线阵列的示意图；

图7表示本发明实施例的定位装置的结构框图；

图8表示本发明实施例的定位设备的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明实施例提供了一种定位方法，包括：

S101、获取多个定位设备各自生成的该定位设备到目标设备的方向参数，每个定位设备均包括有一相控阵天线，方向参数为该相控阵天线在第一天线阵相位时的天线主瓣方向，第一天线阵相位是该相控阵天线在不同天线阵相位下接收目标设备的信号强度最大时的天线阵相位；

该实施例中，定位设备通过相控阵天线向多个方向辐射扫描信号，并接收目标设备根据对应相控阵天线向多个方向辐射的扫描信号产生的强度信号。定位设备根据多个方向的强度信号确定信号强度最大时对应的天线阵相位，并根据该天线阵相位对应的天线主瓣方向作为该定位设备到目标设备的方向参数。通过计算得到至少两个定位设备确定的方向参数的交汇区域，即可确定目标设备的位置信息。相应的，定位设备的数量越多，通过计算得到的目标设备的位置信息越精准。

S102、根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定目标设备的位置信息。

该实施例中，根据至少两个定位设备的位置以及对应的定位设备的方向参数，通过计算得到至少两个方向参数的交汇区域，即可确定目标设备的位置信息。基于相控阵天线的定位设备可以实现对目标设备的全方位扫描，并且根据相位方向确定的天线阵主瓣窄，其定位精度高。

进一步地，根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定目标设备的位置信息的步骤之后，还包括：

将目标设备的位置信息，发送至目标设备。

该实施例中，服务器通过将目标设备的位置信息返回到目标设备上，可以使目标设备侧的用户能够获知当前的地理位置。

具体的，如图2所示，以两台定位设备为例具体说明该定位方法的步骤。值得说明的是，该定位方法的还可以是根据图3所示的多个定位设备来实现。

步骤1：目标设备23与定位设备21和定位设备22均建立连接。

步骤2：定位设备21和定位设备22均通过各自的数字移相器改变相控阵天线的相位，来改变各自天线阵的主瓣波束方向，每改变一次相位时记录一个接收到目标设备23发出的信号强度值；

步骤3：定位设备21和定位设备22重复步骤2，直至相控阵天线完成全部方向的扫描，并确定目标设备23接收到信号强度最大时对应的天线阵相位，并根据该天线阵相位值计算出天线阵主瓣方向。天线阵的主瓣方向可以理解为图2中定位设备21到目标设备23方向上的区域。

步骤4：将步骤3中每台定位设备计算得到的各自天线阵主瓣方向发送至服务器，服务器计算出每台定位设备的天线阵主瓣方向的交汇区域，即图2中的阴影部分，此交汇区域就是目标设备23的定位区域。

步骤5：服务器将计算得到的目标设备23的位置信息返回到目标设备。

进一步地，根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定目标设备的位置信息的步骤，包括：

根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，计算出各个定位设备的天线主瓣方向的交汇区域，作为目标设备的位置信息。

具体的，通过建立空间模型，在该空间模型中对应分配各个定位设备的位置以及对应的定位设备的方向参数。在空间模型中，定位同一目标设备的各个定位设备的方向参数交汇形成一重叠区域，该重叠区域为目标设备的位置。根据重叠区域生成位置信息，即实现了对目标设备的定位。

如图4所示，本发明实施例还提供一种定位方法，应用于定位设备，包括：

S401、改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位，并在不同天线阵相位下分别测量目标设备的接收信号强度；

该实施例中，通过改变相控阵天线的天线阵相位，向目标设备辐射不同方向的扫描信号，并接收目标设备根据对应的扫描信号返回的强度信号。

S402、根据不同天线阵相位下目标设备的接收信号强度，确定目标设备的方向参数，方向参数为在不同天线阵相位下目标设备的接收信号强度最大时的第一天线阵相位对应的天线主瓣方向；

该实施例中，定位设备通过对不同天线阵相位下目标设备的接收信号强度进行分析，确定信号强度最大时的天线阵相位。根据该天线阵相位对应的天线主瓣方向作为该定位设备到目标设备的方向参数。同时利用相控阵天线进行波束扫描的速度高。

S403、将目标设备的方向参数发送至服务器，以使服务器根据至少两个定位设备发送的方向参数以及对应的定位设备的位置，确定目标设备的位置信息。

该实施例中，定位设备用于获取定位设备与目标设备之间的方向参数，通过至少两个设置在不同位置的定位设备对目标设备进行监测，每个定位设备确定各自到目标设备的方向参数，并把该方向参数发送至服务器，服务器根据定位设备的位置和对应的方向参数，计算得到目标设备的位置信息。

进一步地，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位，并在不同天线阵相位下分别测量目标设备的接收信号强度的步骤之前，还包括：

建立定位设备与目标设备之间的连接。

该实施例中，通过建立定位设备与目标设备之间的连接，实现了定位设备能够向目标设备辐射扫描信号，并且目标设备可以根据定位设备的稻苗信号对应返回强度信号到定位设备上。另外，作为一种实现方式，还可以是将定位设备、目标设备和服务器均连接到一接入网络，可以实现定位设备将获取的目标设备的方向参数发送到服务器，并且服务器可以将计算得到的目标设备的位置参数，发送至目标设备。

进一步地，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位的步骤，包括：

通过一数字移相器产生不同的相位偏移，根据相位偏移，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位。

具体的，如图5所示，相控阵天线包括天线阵列51、馈电网络52和数字移相器53。其中，天线阵列51由多个天线辐射单元510按照图6的方式排列成N行M列的阵列，天线辐射单元510可以由天线阵子或者微带天线或者其他形式的天线构成，天线阵列51中的天线辐射单元510的数量越多，其形成的天线阵方向图的主瓣越窄，定位的精度就越高。数字移相器53产生相位偏移，控制天线阵列51中的天线辐射单元510共同产生相位偏移，即使天线阵列51产生相位偏移。同时，馈电网络52用于给天线阵列51中的每个天线辐射单元510馈电，不同相位的信号通过馈电网络52馈入天线阵列51中的不同天线辐射单元中。定位设备利用数字移相器53产生相位偏移，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位，实现了对目标设备的各个方向的定位监测，并且具有精度高、速度快的优点。

如图7所示，本发明实施例还提供了一种定位装置，包括：

获取模块701，用于获取多个定位设备各自生成的该定位设备到目标设备的方向参数，每个定位设备均包括有一相控阵天线，方向参数为该相控阵天线在第一天线阵相位时的天线主瓣方向，第一天线阵相位是该相控阵天线在不同天线阵相位下接收目标设备的信号强度最大时的天线阵相位；

该实施例中，定位设备的获取模块701通过相控阵天线向多个方向辐射扫描信号，并接收目标设备根据对应相控阵天线向多个方向辐射的扫描信号产生的强度信号。定位设备根据多个方向的强度信号确定信号强度最大时对应的天线阵相位，并根据该天线阵相位对应的天线主瓣方向作为该定位设备到目标设备的方向参数。通过计算得到至少两个定位设备确定的方向参数的交汇区域，即可确定目标设备的位置信息。相应的，定位设备的数量越多，通过计算得到的目标设备的位置信息越精准。

第一生成模块702，用于根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定目标设备的位置信息。

该实施例中，第一生成模块702根据至少两个定位设备的位置以及对应的定位设备的方向参数，通过计算得到至少两个方向参数的交汇区域，即可确定目标设备的位置信息。基于相控阵天线的定位设备可以实现对目标设备的全方位扫描，并且根据相位方向确定的天线阵主瓣窄，其定位精度高。

进一步地，上述定位装置还包括：

第一发送模块703，用于将目标设备的位置信息，发送至目标设备。

该实施例中，服务器通过第一发送模块703将目标设备的位置信息返回到目标设备上，可以使目标设备侧的用户能够获知当前的地理位置。

进一步地，第一生成模块702包括：

第一处理单元7021，用于根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，计算出各个定位设备的天线主瓣方向的交汇区域，作为目标设备的位置信息。

具体的，通过建立空间模型，在该空间模型中对应分配各个定位设备的位置以及对应的定位设备的方向参数。在空间模型中，定位同一目标设备的各个定位设备的方向参数交汇形成一重叠区域，该重叠区域为目标设备的位置。根据重叠区域生成位置信息，即实现了对目标设备的定位。

如图8所示，本发明实施例还提供一种定位设备，包括：相控阵天线801；以及

监测模块802，用于改变相控阵天线的天线阵相位，并在不同天线阵相位下分别测量目标设备的接收信号强度；

该实施例中，监测模块802通过数字移相器改变相控阵天线的天线阵相位，以使相控阵天线向目标设备辐射不同方向的扫描信号，并接收目标设备根据对应的扫描信号返回的强度信号。

第二生成模块803，用于根据不同天线阵相位下目标设备的接收信号强度，确定目标设备的方向参数，方向参数为在不同天线阵相位下目标设备的接收信号强度最大时的第一天线阵相位对应的天线主瓣方向；

该实施例中，定位设备通过第二生成模块803对不同天线阵相位下目标设备的接收信号强度进行分析，确定信号强度最大时的天线阵相位。根据该天线阵相位对应的天线主瓣方向作为该定位设备到目标设备的方向参数。利用相控阵天线进行波束扫描的具有速度高的优点。

第二发送模块804，用于将目标设备的方向参数发送至服务器，以使服务器根据至少两个定位设备发送的方向参数以及对应的定位设备的位置，确定目标设备的位置信息。

该实施例中，定位设备用于获取定位设备与目标设备之间的方向参数，通过至少两个设置在不同位置的定位设备对目标设备进行监测，每个定位设备确定各自到目标设备的方向参数，并通过第二发送模块804把该方向参数发送至服务器，服务器根据定位设备的位置和对应的方向参数，计算得到目标设备的位置信息。

进一步地，上述定位设备还包括：

连接模块805，用于建立定位设备与目标设备之间的连接。

该实施例中，定位装置通过连接模块805与目标设备建立连接，以使定位设备能够向目标设备辐射扫描信号，并且目标设备可以根据定位设备的稻苗信号对应返回强度信号到定位设备上。另外，作为一种实现方式，还可以是将定位设备、目标设备和服务器均连接到一接入网络，可以实现定位设备将获取的目标设备的方向参数发送到服务器，并且服务器可以将计算得到的目标设备的位置参数，发送至目标设备。

进一步地，监测模块802包括：

第二处理单元8021，用于通过一数字移相器产生相位偏移，根据相位偏移，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位。

具体的，如图5所示，相控阵天线包括天线阵列、馈电网络和数字移相器。其中，天线阵列由多个天线辐射单元按照图6的方式排列成N行M列的阵列，天线辐射单元可以由天线阵子或者微带天线或者其他形式的天线构成，天线阵列中的天线辐射单元的数量越多，其形成的天线阵方向图的主瓣越窄，定位的精度就越高。数字移相器产生相位偏移，控制天线阵列中的天线辐射单元共同产生相位偏移，即天线阵列产生相位偏移。同时，馈电网络用语给天线阵列中的每个天线辐射单元馈电，不同相位的信号通过馈电网络馈入天线阵列中的不同天线辐射单元中。定位设备通过利用数字移相器产生相位偏移，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位，实现了对目标设备的各个方向的定位监测，并且具有精度高、速度快的优点。

本发明的上述方案，采用相控阵天线可以通过改变相位来改变天线阵列方向图的方法，以获得不同相位上接收到的目标设备发出的强度信号，从而根据接收到目标设备发送的信号强度最大时对应的天线主瓣方向，确定目标设备的方向。而通过多台定位设备确定的目标设备的方向，计算得到一个交汇区域，从而实现对目标设备的精定位。上述方案采用数字移相器改变天线方向图，相比机械方式扫描各个方向信号速度更快，保证了定位时间。基于相控阵天线方向图的主瓣波束较窄，因此只需架设少量定位设备就可以获得一个很小的交汇区域，实现快速精准的定位。

以上的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种定位方法，其特征在于，包括：

获取多个定位设备各自生成的该定位设备到目标设备的方向参数，每个定位设备均包括有一相控阵天线，所述方向参数为该相控阵天线在第一天线阵相位时的天线主瓣方向，所述第一天线阵相位是该相控阵天线在不同天线阵相位下接收所述目标设备的信号强度最大时的天线阵相位；

根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定所述目标设备的位置信息。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定所述目标设备的位置信息的步骤之后，还包括：

将所述目标设备的位置信息，发送至目标设备。

3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定所述目标设备的位置信息的步骤，包括：

根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，计算出各个定位设备的天线主瓣方向的交汇区域，作为所述目标设备的位置信息。

4.一种定位方法，应用于定位设备，其特征在于，包括：

改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位，并在不同天线阵相位下分别测量目标设备的接收信号强度；

根据不同天线阵相位下所述目标设备的接收信号强度，确定所述目标设备的方向参数，所述方向参数为在不同天线阵相位下所述目标设备的接收信号强度最大时的第一天线阵相位对应的天线主瓣方向；

将所述目标设备的方向参数发送至服务器，以使所述服务器根据至少两个定位设备发送的方向参数以及对应的定位设备的位置，确定目标设备的位置信息。

5.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位，并在不同天线阵相位下分别测量目标设备的接收信号强度的步骤之前，还包括：

建立定位设备与目标设备之间的连接。

6.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位的步骤，包括：

通过一数字移相器产生不同的相位偏移，根据所述相位偏移，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位。

7.一种定位装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取多个定位设备各自生成的该定位设备到目标设备的方向参数，每个定位设备均包括有一相控阵天线，所述方向参数为该相控阵天线在第一天线阵相位时的天线主瓣方向，所述第一天线阵相位是该相控阵天线在不同天线阵相位下接收所述目标设备的信号强度最大时的天线阵相位；

第一生成模块，用于根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，确定所述目标设备的位置信息。

8.根据权利要求7所述的定位装置，其特征在于，还包括：

第一发送模块，用于将所述目标设备的位置信息，发送至目标设备。

9.根据权利要求7所述的定位装置，其特征在于，所述第一生成模块包括：

第一处理单元，用于根据各个定位设备的方向参数以及各个定位设备的位置，计算出各个定位设备的天线主瓣方向的交汇区域，作为所述目标设备的位置信息。

10.一种定位设备，其特征在于，包括：相控阵天线；以及

监测模块，用于改变所述相控阵天线的天线阵相位，并在不同天线阵相位下分别测量目标设备的接收信号强度；

第二生成模块，用于根据不同天线阵相位下所述目标设备的接收信号强度，确定所述目标设备的方向参数，所述方向参数为在不同天线阵相位下所述目标设备的接收信号强度最大时的第一天线阵相位对应的天线主瓣方向；

第二发送模块，用于将所述目标设备的方向参数发送至服务器，以使所述服务器根据至少两个定位设备发送的方向参数以及对应的定位设备的位置，确定目标设备的位置信息。

11.根据权利要求10所述的定位设备，其特征在于，还包括：

连接模块，用于建立定位设备与目标设备之间的连接。

12.根据权利要求10所述的定位设备，其特征在于，所述监测模块包括：

第二处理单元，用于通过一数字移相器产生相位偏移，根据所述相位偏移，改变定位设备的相控阵天线的天线阵相位。