CN109922431A - 一种基于相位式测距的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线测距及定位技术领域，公开了一种基于相位式测距的定位方法。通过本发明创造，可以先基于收发信号之间的相位差测定定位器至定位目标设备的距离，然后根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离，获取定位目标设备的当前位置，并在测距过程中，由于是采用交互响应方式进行测距，可以指定定位目标设备来接收和反馈已调信号，使得测距带有指定性或指向性，且由于正弦调制信号在收发过程中不会受到干扰和空气质量的不利影响，因此在最终信号处理时无需考虑多径反射及多径衰落等问题，使得在定位器侧可大大降低在数据处理能力方面的要求，仅需通过模拟调制、解调、鉴相和简单运算处理即可获得最终测距结果。

Description

一种基于相位式测距的定位方法

技术领域

本发明属于无线测距及定位技术领域，具体涉及一种适用于物联网RFID定位系统的且基于相位式测距的定位方法。

背景技术

无线测距是一种基于电磁波应用技术的测距方法，在无线定位、无线测量、无线探测等领域有着广泛的应用前景。在完成无线测距后，可进一步利用距离信息，实现对目标的定位跟踪或自适应地调节通信参数等。无线测距是一种重要的测距方法，与红外测距、激光测距等技术相比，无线测距可以与无线通信系统有机的融合为一体，形成通信测距一体化系统。随着无线网络的日益普及，无线测距技术将会获得越来越多的应用。

射频识别，RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，俗称电子标签，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。当前RFID技术已经被广泛应用于各个领域，例如，货物销售、运输、生产、废物管理、邮政跟踪、航空行李管理、车辆收费管理等领域，传统的纸带条形码因其存储能力小、不能改写等缺点，在识别领域，其已经慢慢被RFID系统所替代。

一个典型的物联网RFID定位系统是由定位基站、定位器和目标定位设备(即电子标签)组成，其中，所述定位器用于应用无线测距技术获取本地至目标定位设备的空间距离，定位基站用于根据定位器的已知位置及其至目标定位设备的空间距离，通过诸如三点定位算法等获取目标定位设备的精确位置。现有无线测距技术一般基于无线信号反射或RSSI(Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示)进行测距，前者由于缺乏指向性或指定性(即针对某个特定的定位目标设备进行测距)，且需要考虑多径反射问题，因此对测距侧的数据处理能力要求较高，不利于低成本设计定位器及定位基站，同时也无法对隐蔽的目标定位设备进行反射测距；后者虽然可以对隐蔽的目标定位设备进行测距，但是需要考虑传播路径对信号衰落的影响(例如雾天对无线信号衰落影响较大，而晴天对无线信号衰落影响较小)以及多径衰落问题，因此同样对测距装置侧的数据处理能力要求较高，不利于低成本设计定位器及定位基站，严重制约了物联网RFID定位系统的具体应用和推广，特别不适用于诸如布置在山区或港口等场所的且覆盖范围介于30M～3KM的物联网RFID定位系统中，因此有必要提供一种对数据处理能力要求低和利于低成本设计硬件的新测距方法或新测距装置以及新定位方法或新定位系统。

发明内容

为了解决现有在物联网RFID定位系统中所存在的测距装置侧数据处理能力需求高和硬件成本大等问题，本发明目的在于提供一种适用于物联网RFI D定位系统的且基于相位式测距的定位方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于相位式测距的定位方法，包括如下步骤：

S101.定位基站生成并发送定位启动消息，其中，所述定位启动消息包含定位器地址信息和定位目标设备地址信息，所述定位器地址信息用于指示需要立即进入定位测距模式的定位器，所述定位目标设备地址信息用于指示待定位的定位目标设备；

S102.定位器在收到所述定位启动消息后，若判定所述定位器地址信息与本地定位器地址匹配，则进入定位测距模式：执行后续步骤S103～S104；

S103.按照如下步骤S201～S208获取本地定位器至定位目标设备的距离：

S201.根据所述定位启动消息生成测距启动消息，其中，所述测距启动消息包含有第一测距目标设备地址信息，所述第一测距目标设备地址信息用于指示需要立即进入测距响应模式的定位目标设备；

S202.在第一信道上无线发送所述测距启动消息；

S203.生成正弦调制信号和下行载波信号，其中，所述正弦调制信号的频率介于10K～1MHz之间，所述下行载波信号的频率介于300M～3GHz之间；

S204.对所述正弦调制信号和所述下行载波信号进行模拟调制，得到下行已调信号；

S205.在下行信道上无线发送所述下行已调信号；

S206.侦听上行信道，无线接收来自定位目标设备的上行已调信号，其中，所述上行已调信号为在定位目标设备侧对从所述下行已调信号中解调出的正弦调制信号和生成的上行载波信号进行模拟调制而得到的调制信号，所述上行载波信号的频率介于300M～3GHz之间；

S207.对从所述上行已调信号中解调出的正弦调制信号与本地生成的正弦调制信号进行鉴相，获取相位差；

S208.按照如下公式计算本地定位器至定位目标设备的距离：

式中，Δφ为相位差，f₀为所述正弦调制信号的频率，Δt为固定处理延时，c为光速；

S104.生成并向定位基站反馈定位响应消息，其中，所述定位响应消息包含本地定位器至定位目标设备的距离、对应本地定位器的定位器地址和对应定位目标设备的设备地址；

S105.定位基站在收到所述定位响应消息后，根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离，获取定位目标设备的当前位置。

优化的，所述测距启动消息还包含有下行信道唯一标识和/或上行信道唯一标识。

优化的，当所述定位器地址信息指示多个定位器时，所述测距启动消息还包含有下行信道唯一标识和上行信道唯一标识，其中，所述下行信道唯一标识为在对应定位器侧随机分配的信道唯一标识或包含在所述定位启动消息中的且与对应定位器一一对应的信道唯一标识，所述上行信道唯一标识为在对应定位器侧随机分配的信道唯一标识或包含在所述定位启动消息中的且与对应定位器一一对应的信道唯一标识。

优化的，当所述第一测距目标设备地址信息指示多个定位目标设备时，所述测距启动消息还包含有与各个定位目标设备一一对应的上行信道唯一标识。

优化的，所述测距启动消息还包含有测距启动时长信息，其中，所述测距启动时长信息用于指示定位目标设备维持测距响应模式的最大时长。

优化的，在所述步骤S105中，包括如下步骤：

S501.定位基站在同一时段内收到多个由不同定位器反馈的定位响应消息后，根据各个定位器至定位目标设备的距离确定三个距离定位目标设备最近的定位器；

S502.根据三个最近定位器的已知位置和三个最近定位器分别至定位目标设备的距离，进行三点定位算法处理，计算得到定位目标设备的当前位置。

优化的，所述定位响应消息还包含有获取本地定位器至定位目标设备距离的时间戳。

优化的，在所述步骤S206之前，还包括如下步骤：

S601.定位目标设备在收到所述测距启动消息后，若判定所述第一测距目标设备地址信息与本地设备地址匹配，则进入测距响应模式：执行后续步骤S602～S604；

S602.侦听下行信道，并在无线接收到所述下行已调信号时，从所述下行已调信号中解调出正弦调制信号；

S603.对从所述下行已调信号中解调出的正弦调制信号和本地生成的上行载波信号进行模拟调制，得到上行已调信号；

S604.在上行信道上无线发送所述上行已调信号。

优化的，在所述步骤S205之后，若在有效响应时间内未收到所述上行已调信号，则终止无线发送所述下行已调信号。

优化的，在所述步骤S208之后，还包括如下步骤：

S209.生成测距结束消息，并在第二信道上无线发送所述测距结束消息，其中，所述测距结束消息包含有第二测距目标设备地址信息，所述第二测距目标设备地址信息用于指示需要立即结束测距响应模式的定位目标设备。

本发明的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种新型的且基于相位式测距的定位方法，其可以先基于收发信号之间的相位差测定定位器至定位目标设备的距离，然后根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离，获取定位目标设备的当前位置，并在测距过程中，由于是采用交互响应方式进行测距，可以指定定位目标设备来接收和反馈已调信号，使得测距带有指定性或指向性，且由于正弦调制信号在收发过程中不会受到干扰和空气质量的不利影响，因此在最终信号处理时无需考虑多径反射及多径衰落等问题，使得在定位器侧可大大降低在数据处理能力方面的要求，仅需通过模拟调制、解调、鉴相和简单运算处理即可获得最终测距结果，可利于低成本设计硬件，尤其适用于物联网RFI D定位系统；

(2)所述定位方法还具有可多目标同时定位及测距、利于定位目标设备节能以及应用灵活等优点，便于实际推广和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于相位式测距的定位方法流程示意图。

图2是本发明提供的在定位器与定位目标设备间进行相位式测距的方法流程示意图。

图3是本发明提供的在定位器与定位目标设备间进行相位式测距的相关信号波形示意图。

图4是本发明提供的在定位器与定位目标设备间进行相位式测距的相关信道时序示意图。

图5是本发明提供的基于相位式测距的定位系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例一

如图1～4所示，本实施例提供的所述基于相位式测距的定位方法，可以但不限于包括如下步骤。

S101.定位基站生成并发送定位启动消息，其中，所述定位启动消息包含定位器地址信息和测距目标设备地址信息，所述定位器地址信息用于指示需要立即进入定位测距模式的定位器，所述测距目标设备地址信息用于指示待定位的定位目标设备。

在所述步骤S101中，所述定位启动消息用于告知接收者(即定位器)立即进入定位测距模式：先通过相位式测距方法(即后续步骤S201～S208所描述的方法)获取本地定位器至定位目标设备的距离，然后将本地定位器至定位目标设备的距离、对应本地定位器的定位器地址和对应定位目标设备的设备地址一起绑定上传给定位基站，以便定位基站根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离，获取定位目标设备的当前位置。为了节省定位所需时间，可以同时启动多个定位器对定位目标设备进行定位，即优化的，当所述定位器地址信息指示多个定位器时，所述定位启动消息还包含有与对应定位器一一对应的信道唯一标识，所述信道唯一标识用于指示在定位器与定位目标设备之间进行相位式测距所需的上行信道和/或下行信道，以避免相邻的两定位器在同一下行信道上发送下行已调信号和/或在同一上行信道上侦听上行已调信号，即降低出现两已调信号相互干扰的概率。

S102.定位器在收到所述定位启动消息后，若判定所述定位器地址信息与本地定位器地址匹配，则进入定位测距模式：执行后续步骤S103～S104。

S103.可以但不限于按照如下步骤S201～S208获取本地定位器至定位目标设备的距离。

S201.根据所述定位启动消息生成测距启动消息，其中，所述测距启动消息包含有第一测距目标设备地址信息，所述第一测距目标设备地址信息用于指示需要立即进入测距响应模式的定位目标设备。

在所述步骤S201中，所述测距启动消息用于告知接收者(即定位目标设备)立即进入测距响应模式：先侦听下行信道并无线接收下行已调信号，然后根据该下行已调信号得到上行已调信号，最后在上行信道上无线发送该上行已调信号。所述上行信道和所述下行信道分别为与后续第一信道不同的专用信道，它们可通过标准协议默认，也可以在所述测距启动消息中进行指定，即优化的，所述测距启动消息还包含有下行信道唯一标识和/或上行信道唯一标识，其中，所述下行信道唯一标识用于指示定位目标设备需要侦听的下行信道，所述上行信道唯一标识用于指示定位目标设备进行反馈响应的上行信道,从而可以实现动态约定下行信道和/或上行信道的目的，应用灵活性强。

在所述步骤S101中，出于快速测距的目的，可以一次性地同时启动对多个定位目标设备进行相位式测距，此时对于多个定位目标设备而言，它们可以同时侦听同一个下行信道，但是为了避免出现多个上行已调信号的相互干扰问题，必须针对每个定位目标设备指定对应的上行信道，即优化的，当所述第一测距目标设备地址信息指示多个定位目标设备时，所述测距启动消息还包含有与各个定位目标设备一一对应的上行信道唯一标识。

在所述步骤S101中，若出于快速定位目的，通过所述定位启动消息同时启动了多个定位器对定位目标设备进行定位，为了避免相邻的两定位器在同一下行信道上发送下行已调信号和/或在同一上行信道上侦听上行已调信号，优化的，当所述定位器地址信息指示多个定位器时，所述测距启动消息还包含有下行信道唯一标识和上行信道唯一标识，其中，所述下行信道唯一标识为在对应定位器侧随机分配的信道唯一标识或包含在所述定位启动消息中的且与对应定位器一一对应的信道唯一标识，所述上行信道唯一标识为在对应定位器侧随机分配的信道唯一标识或包含在所述定位启动消息中的且与对应定位器一一对应的信道唯一标识。由此可随机分配或提前预置下行信道，以及随机分配或提前预置上行信道，可以有效降低出现两已调信号相互干扰的概率。

在所述步骤S101中，出于节能目的，优化的，所述测距启动消息还包含有测距启动时长信息，其中，所述测距启动时长信息用于指示定位目标设备维持测距响应模式的最大时长。由此可使定位目标设备在进入测距响应模式后，若未在所述下行信道上无线收到下行已调信号，也未收到其他结束消息，可根据所述测距启动时长信息定时退出测距响应模式，以便及时休眠或转入其他模式。

S202.在第一信道上无线发送所述测距启动消息。

在所述步骤S202中，出于节能目的，处于物联网RFI D定位系统中的定位目标设备(即电子标签)一般会周期性地休眠和侦听所述第一信道，为了确保能够启动定位目标设备进行测距响应模式，优化的，在第一信道上且在第一时段内连续性地周期发送多个所述测距启动消息，其中，所述第一时段的时长大于定位目标设备的睡眠周期，所述睡眠周期包括定位目标设备的休眠时长和第一信道侦听时长，所述测距启动消息的发送周期小于定位目标设备的第一信道侦听时长。由于所述第一时段的时长大于定位目标设备的睡眠周期以及所述测距启动消息的发送周期小于定位目标设备的第一信道侦听时长，可以确保定位目标设备在任何一个睡眠周期的第一信道侦听时长内能够完整收到所述测距启动消息，杜绝出现启动遗漏。举例的，若所述第一信道侦听时长为100ms，所述休眠时长为3900ms，则定位目标设备的睡眠周期为4秒，所述发送周期可设计为60ms(假设所述测距启动消息的发送时长为50ms，预留10ms的时隙间距)，所述第一时段的时长可设计为4020ms，即可连续发送67次所述测距启动消息。进一步优化的，所述测距启动消息还包含有第一时段时长信息和当前消息发送时钟信息，其中，所述当前消息发送时钟信息用于指示从第一时段的起始时刻起至当前消息发送时刻的时间戳。通过前述信息配置，非定位目标设备或定位目标设备在获取所述第一时段时长信息和当前消息发送时钟信息后，可以知道本轮所述测距启动消息的发送结束时间，由此可以设置一个较长的休眠时间，利于设备节能，尤其是对于非定位目标设备或已经完成上行已调信号反馈的定位目标设备(可简称为已测距设备)而言，由于无需进行测距响应，可以直接睡到发送结束后再醒来。

在所述步骤S202中，由于所述测距启动消息可以通过消息帧属性对外告知其为测距启动消息，因此对于定位目标设备而言，可以不必知道所述测距启动消息的发送者身份和/或接收者的群组身份，因此优化的，所述测距启动消息还可包含有源地址无效位和/或定位目标设备群地址无效位，其中，所述源地址无效位用于指示在所述测距启动消息中不存在源地址信息，所述定位目标设备群地址无效位用于指示在所述测距启动消息中不存在定位目标设备群地址信息，所述源地址信息用于指示所述测距启动消息的发送者身份，所述定位目标设备群地址信息用于指示定位目标设备的组别身份。通过前述测距启动消息的地址缺省配置，可以有效缩短消息长度(一般可缩短4字节或8字节)和发送时长，不但可提高信道利用率，还可以有效缩短定位目标设备的第一信道侦听时长，进一步利于设备节能。

S203.生成正弦调制信号和下行载波信号，其中，所述正弦调制信号的频率介于10K～1MHz之间，所述下行载波信号的频率介于300M～3GHz之间。

在所述步骤S203中，所述正弦调制信号和所述下行载波信号可以通过现有晶振单元及相关倍频单元生成。

S204.对所述正弦调制信号和所述下行载波信号进行模拟调制，得到下行已调信号。

在所述步骤S204中，模拟调制即为常规调制技术，例如幅度调制技术、相位调制技术或频率调制技术等，如图3和4所示，举例采用幅度调制技术。

S205.在下行信道上无线发送所述下行已调信号。

在所述步骤S205中，由于本实施例是进行相位式测距，为了确保最终测距结果是准确可信的，最好需要保证测距装置至测距目标设备的间距不大于所述正弦调制信号的半个波长，优化的，通过发射功率控制方式使所述下行已调信号的有效覆盖半径不大于所述正弦调制信号的半个波长，即通过发射功率控制方式(其为现有技术)来限制所述下行已调信号的有效覆盖半径，可确保仅在覆盖范围内的测距目标设备会响应反馈上行已调信号，使最终测距结果正确可信。此外，也可结合现有RSSI测距技术来矫正最终测距结果。

在所述步骤S205之后，考虑定位目标设备可能存在因诸如未收到所述测距启动消息或收到所述下行已调信号等原因而未成功反馈上行已调信号的情况，为了避免无谓的能量消耗和继续进行测距，优化的，若在有效响应时间内未收到所述上行已调信号，则终止无线发送所述下行已调信号。

S206.侦听上行信道，无线接收来自定位目标设备的上行已调信号，其中，所述上行已调信号为在定位目标设备侧对从所述下行已调信号中解调出的正弦调制信号和生成的上行载波信号进行模拟调制而得到的调制信号，所述上行载波信号的频率介于300M～3GHz之间。

在所述步骤S206之前且在定位目标设备侧，还需包括如下步骤：S601.定位目标设备在收到所述测距启动消息后，若判定所述第一测距目标设备地址信息与本地设备地址匹配，则进入测距响应模式：执行后续步骤S602～S604；S602.侦听下行信道，并在无线接收到所述下行已调信号时，从所述下行已调信号中解调出正弦调制信号；S603.对从所述下行已调信号中解调出的正弦调制信号和本地生成的上行载波信号进行模拟调制，得到上行已调信号；S604.在上行信道上无线发送所述上行已调信号。另外，如果没有在第一时段内连续性地周期发送多个所述测距启动消息，则需要在所述步骤S601之前，唤醒定位目标设备，即还包括如下步骤：S600.定位目标设备在接收到指定唤醒消息后，启动侦听第一信道，其中，所述指定唤醒消息包含有与测距目标设备地址匹配的指定唤醒设备地址信息。所述指定唤醒消息用于在唤醒信道上发送并唤醒周期睡眠的定位目标设备，为了确保能够唤醒定位目标设备，其在唤醒信道上的发送方式可参照所述测距启动消息，于此不再赘述。

S207.对从所述上行已调信号中解调出的正弦调制信号与本地生成的正弦调制信号进行鉴相，获取相位差。

在所述步骤S207中，可具体采用现有鉴相器对两正弦调制信号进行鉴相，获取相位差。

S208.按照如下公式计算本地定位器至定位目标设备的距离：

式中，Δφ为相位差，f₀为所述正弦调制信号的频率，Δt为固定处理延时，c为光速。

在所述步骤S208中，Δt为在定位目标设备侧和测距装置侧所必需的固定处理延时，其可以通过常规实验提前测定。由此通过前述步骤S201～S208，可以基于收发信号之间的相位差测定本地定位器至定位目标设备的距离。

在所述步骤S208之后，为了及时通知定位目标设备已获取测距结果，无需继续上传所述上行已调信号，优化的，还包括如下步骤：S209.生成测距结束消息，并在第二信道上无线发送所述测距结束消息，其中，所述测距结束消息包含有第二测距目标设备地址信息，所述第二测距目标设备地址信息用于指示需要立即结束测距响应模式的定位目标设备。所述第二信道可以是与所述第一信道相同的信道，也可以不同。定位目标设备在收到所述测距结束消息后，若判定所述第二测距目标设备地址信息与本地设备地址匹配，则退出测距响应模式。进一步优化的，若通过所述测距启动消息同时启动了对多个定位目标设备进行测距，则存在同时完成多个测距任务的情况，为了减少定位目标设备侦听第二信道的时长，利于终端设备节能，因此若在所述测距启动消息中包含有定位目标设备群地址信息，则所述第二测距目标设备地址信息为定位目标设备单地址内容或定位目标设备群地址内容。此外，为了指示定位目标设备的下一步动作是继续侦听还是进入睡眠，进一步优化的，所述测距结束消息还包含有继续等待时长信息或立即睡眠时长信息，其中，所述继续等待时长信息用于指示需要定位目标设备继续侦听工作信道的时长，所述立即睡眠时长信息用于指示需要定位目标设备立即进入睡眠模式的时长。定位目标设备在收到所述测距结束消息后，可根据所述继续等待时长信息继续侦听工作信道，以便完成其它任务，或者根据所述立即睡眠时长信息定时休眠，以便节能。所述继续等待时长信息和所述立即睡眠时长信息的设置方式不限定。

S104.生成并向定位基站反馈定位响应消息，其中，所述定位响应消息包含本地定位器至定位目标设备的距离、对应本地定位器的定位器地址和对应定位目标设备的设备地址。

在所述步骤S104中，考虑定位目标设备可能具有移动特性，为了便于对定位目标设备进行空时维度的精确定位或路径追踪目的，优化的，所述定位响应消息还包含有获取本地定位器至定位目标设备距离的时间戳。

S105.定位基站在收到所述定位响应消息后，根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离，获取定位目标设备的当前位置。

在所述步骤S105中，所述根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离来获取定位目标设备的当前位置的方法，可以采用现有常规方法，例如三点定位算法等。也可以但不限于采用如下步骤来获取定位目标设备的当前位置：S501.定位基站在同一时段内收到多个由不同定位器反馈的定位响应消息后，根据各个定位器至定位目标设备的距离确定三个距离定位目标设备最近的定位器；S502.根据三个最近定位器的已知位置和三个最近定位器分别至定位目标设备的距离，进行三点定位算法处理，计算得到定位目标设备的当前位置。其中的所述三点定位算法为现有算法，通过前述步骤S501～S502，可以精确获取定位目标设备的当前位置，保障定位精度。

由此通过前述步骤S101～S105以及步骤S201～S208，可以先基于收发信号之间的相位差测定定位器至定位目标设备的距离，然后根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离，获取定位目标设备的当前位置，并在测距过程中，由于是采用交互响应方式进行测距，可以指定定位目标设备来接收和反馈已调信号，使得测距带有指定性或指向性，且由于正弦调制信号在收发过程中不会受到干扰和空气质量的不利影响，因此在最终信号处理时无需考虑多径反射及多径衰落等问题，使得在定位器侧可大大降低在数据处理能力方面的要求，仅需通过模拟调制、解调、鉴相和简单运算处理即可获得最终测距结果，可利于低成本设计硬件，尤其适用于物联网RFI D定位系统。

综上，采用本实施例所提供的基于相位式测距的定位方法，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种新型的且基于相位式测距的定位方法，其可以先基于收发信号之间的相位差测定定位器至定位目标设备的距离，然后根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离，获取定位目标设备的当前位置，并在测距过程中，由于是采用交互响应方式进行测距，可以指定定位目标设备来接收和反馈已调信号，使得测距带有指定性或指向性，且由于正弦调制信号在收发过程中不会受到干扰和空气质量的不利影响，因此在最终信号处理时无需考虑多径反射及多径衰落等问题，使得在定位器侧可大大降低在数据处理能力方面的要求，仅需通过模拟调制、解调、鉴相和简单运算处理即可获得最终测距结果，可利于低成本设计硬件，尤其适用于物联网RFI D定位系统；

(2)所述基于相位式测距的定位方法还具有可多目标同时定位及测距、利于定位目标设备节能以及应用灵活等优点，便于实际推广和应用。

实施例二

如图5所示，本实施例提供了一种实现前述实施例一所述方法的定位系统，包括定位基站和定位器，其中，所述定位基站包括第一收发单元和第一控制单元；

所述第一收发单元通信连接所述第一控制单元，用于向定位器发送来自所述第一控制单元的定位启动消息和接收由定位器反馈的定位响应消息；

所述第一控制单元用于生成所述定位启动消息，以及在收到所述定位响应消息后，根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离，获取定位目标设备的当前位置，其中，所述定位启动消息包含定位器地址信息和定位目标设备地址信息，所述定位器地址信息用于指示需要立即进入定位测距模式的定位器，所述定位目标设备地址信息用于指示待定位的定位目标设备；

所述定位器包括第一载波信号生成单元、正弦调制信号生成单元、第一模拟调制单元、第一无线收发单元、第一模拟解调单元、鉴相单元、第二控制单元和第二收发单元；

所述第一载波信号生成单元通信连接所述第二控制单元，用于在所述第二控制单元的控制下，生成下行载波信号和上行载波信号，其中，所述下行载波信号和所述上行载波信号的频率分别介于300M～3GHz之间；

所述正弦调制信号生成单元通信连接所述第二控制单元，用于在所述第二控制单元的控制下，生成正弦调制信号，其中，所述正弦调制信号的频率介于10K～1MHz之间；

所述第一模拟调制单元分别通信连接所述第一载波信号生成单元和所述正弦调制信号生成单元，用于对来自所述正弦调制信号生成单元的正弦调制信号和来自所述第一载波信号生成单元的下行载波信号进行模拟调制，得到下行已调信号；

所述第一无线收发单元分别通信连接所述第二控制单元和所述第一模拟调制单元，用于在所述第二控制单元的控制下，在第一信道上无线发送来自所述第二控制单元的测距启动消息，以及在下行信道上无线发送来自所述第一模拟调制单元的下行已调信号，以及侦听上行信道并无线接收来自定位目标设备的上行已调信号，其中，所述测距启动消息包含有第一测距目标设备地址信息，所述第一测距目标设备地址信息用于指示需要立即进入测距响应模式的定位目标设备，所述上行已调信号为在定位目标设备侧对从所述下行已调信号中解调出的正弦调制信号和生成的上行载波信号进行模拟调制而得到的调制信号；

所述第一模拟解调单元分别通信连接所述第一载波信号生成单元和所述第一无线收发单元，用于根据来自所述第一载波信号生成单元的上行载波信号对来自所述第一无线收发单元的上行调制信号进行解调；

所述鉴相单元分别通信连接所述第一模拟解调单元和所述正弦调制信号生成单元，用于对来自所述第一模拟解调单元的且从所述上行已调信号中解调出的正弦调制信号与来自所述正弦调制信号生成单元的正弦调制信号进行鉴相，获取相位差；

所述第二控制单元分别通信连接所述鉴相单元和所述第二收发单元，用于在收到来自所述第二收发单元的定位启动消息后，若判定该定位启动消息中的定位器地址信息与本地定位器地址匹配，则控制所述第一载波信号生成单元、所述正弦调制信号生成单元和所述第一无线收发单元进入定位测距模式，以及根据所述定位启动消息生成所述测距启动消息，以及在得到来自所述鉴相单元的相位差后，按照如下公式计算本地定位器至测距目标设备的距离：

式中，Δφ为相位差，f₀为所述正弦调制信号的频率，Δt为固定处理延时，c为光速；

所述第二收发单元用于接收由定位基站发送的所述定位启动消息和向定位基站反馈来自所述第二控制单元的定位响应消息，其中，所述定位响应消息包含本地定位器至定位目标设备的距离、对应本地定位器的定位器地址和对应定位目标设备的设备地址。

优化的，所述测距启动消息还包含有下行信道唯一标识和/或上行信道唯一标识。

优化的，当所述定位器地址信息指示多个定位器时，所述测距启动消息还包含有下行信道唯一标识和上行信道唯一标识，其中，所述下行信道唯一标识为在对应定位器侧随机分配的信道唯一标识或包含在所述定位启动消息中的且与对应定位器一一对应的信道唯一标识，所述上行信道唯一标识为在对应定位器侧随机分配的信道唯一标识或包含在所述定位启动消息中的且与对应定位器一一对应的信道唯一标识。

优化的，当所述第一测距目标设备地址信息指示多个定位目标设备时，所述测距启动消息还包含有与各个定位目标设备一一对应的上行信道唯一标识。

优化的，所述测距启动消息还包含有测距启动时长信息，其中，所述测距启动时长信息用于指示定位目标设备维持测距响应模式的最大时长。

优化的，所述第一控制单元还用于在同一时段内收到多个由不同定位器反馈的定位响应消息后，根据各个定位器至定位目标设备的距离确定三个距离定位目标设备最近的定位器，然后根据三个最近定位器的已知位置和三个最近定位器分别至定位目标设备的距离，进行三点定位算法处理，计算得到定位目标设备的当前位置。

优化的，所述定位响应消息还包含有获取本地定位器至定位目标设备距离的时间戳。

优化的，所述第二控制单元还用于在无线发送所述下行已调信号后，若在有效响应时间内未收到所述上行已调信号，则控制所述第一无线收发单元终止无线发送所述下行已调信号。

优化的，所述第二控制单元还用于在计算得到本地定位器至测距目标设备的距离后，生成测距结束消息，并控制所述第一无线收发单元在第二信道上无线发送所述测距结束消息，其中，所述测距结束消息包含有第二测距目标设备地址信息，所述第二测距目标设备地址信息用于指示需要立即结束测距响应模式的定位目标设备。

优化的，还包括定位目标设备，其中，所述定位目标设备包括第二无线收发单元、第二载波信号生成单元、第二模拟解调单元、第二模拟调制单元和第三控制单元；

所述第二无线收发单元通信连接所述第三控制单元，用于在所述第三控制单元的控制下，侦听第一信道并接收来自定位器的测距启动消息，以及侦听下行信道并接收来自定位器的下行已调信号，以及在上行信道上无线发送来自所述第二模拟调制单元的上行已调信号；

所述第二载波信号生成单元通信连接所述第三控制单元，用于在所述第三控制单元的控制下，生成下行载波信号和上行载波信号，其中，所述下行载波信号和所述上行载波信号的频率分别介于300M～3GHz之间；

所述第二模拟解调单元分别通信连接所述第二无线收发单元和所述第二载波信号生成单元，用于根据来自所述第二载波信号生成单元的上行载波信号对来自所述第二无线收发单元的下行已调信号进行解调；

所述第二模拟调制单元分别通信连接所述第二模拟解调单元和所述第二载波信号生成单元，用于对来自所述第二模拟解调单元的且从所述下行已调信号中解调出的正弦调制信号和来自所述第二载波信号生成单元的上行载波信号进行模拟调制，得到上行已调信号；

所述第三控制单元用于在收到来自所述第二无线收发单元的测距启动消息后，若判定该测距启动消息中的第一测距目标设备地址信息与本地设备地址匹配，则控制所述第二无线收发单元和所述第二载波信号生成单元进入测距响应模式。

本实施例的技术细节及技术效果与实施例一的内容一致，于此不再赘述。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101.定位基站生成并发送定位启动消息，其中，所述定位启动消息包含定位器地址信息和定位目标设备地址信息，所述定位器地址信息用于指示需要立即进入定位测距模式的定位器，所述定位目标设备地址信息用于指示待定位的定位目标设备；

S102.定位器在收到所述定位启动消息后，若判定所述定位器地址信息与本地定位器地址匹配，则进入定位测距模式：执行后续步骤S103～S104；

S103.按照如下步骤S201～S208获取本地定位器至定位目标设备的距离：

S201.根据所述定位启动消息生成测距启动消息，其中，所述测距启动消息包含有第一测距目标设备地址信息，所述第一测距目标设备地址信息用于指示需要立即进入测距响应模式的定位目标设备；

S202.在第一信道上无线发送所述测距启动消息；

S203.生成正弦调制信号和下行载波信号，其中，所述正弦调制信号的频率介于10K～1MHz之间，所述下行载波信号的频率介于300M～3GHz之间；

S204.对所述正弦调制信号和所述下行载波信号进行模拟调制，得到下行已调信号；

S205.在下行信道上无线发送所述下行已调信号；

S206.侦听上行信道，无线接收来自定位目标设备的上行已调信号，其中，所述上行已调信号为在定位目标设备侧对从所述下行已调信号中解调出的正弦调制信号和生成的上行载波信号进行模拟调制而得到的调制信号，所述上行载波信号的频率介于300M～3GHz之间；

S207.对从所述上行已调信号中解调出的正弦调制信号与本地生成的正弦调制信号进行鉴相，获取相位差；

S208.按照如下公式计算本地定位器至定位目标设备的距离：

式中，Δφ为相位差，f₀为所述正弦调制信号的频率，Δt为固定处理延时，c为光速；

S104.生成并向定位基站反馈定位响应消息，其中，所述定位响应消息包含本地定位器至定位目标设备的距离、对应本地定位器的定位器地址和对应定位目标设备的设备地址；

S105.定位基站在收到所述定位响应消息后，根据定位器的已知位置以及定位器与定位目标设备的距离，获取定位目标设备的当前位置。

2.如权利要求1所述的一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于：

所述测距启动消息还包含有下行信道唯一标识和/或上行信道唯一标识。

3.如权利要求1所述的一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于：

当所述定位器地址信息指示多个定位器时，所述测距启动消息还包含有下行信道唯一标识和上行信道唯一标识，其中，所述下行信道唯一标识为在对应定位器侧随机分配的信道唯一标识或包含在所述定位启动消息中的且与对应定位器一一对应的信道唯一标识，所述上行信道唯一标识为在对应定位器侧随机分配的信道唯一标识或包含在所述定位启动消息中的且与对应定位器一一对应的信道唯一标识。

4.如权利要求1所述的一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于：

当所述第一测距目标设备地址信息指示多个定位目标设备时，所述测距启动消息还包含有与各个定位目标设备一一对应的上行信道唯一标识。

5.如权利要求1所述的一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于：

所述测距启动消息还包含有测距启动时长信息，其中，所述测距启动时长信息用于指示定位目标设备维持测距响应模式的最大时长。

6.如权利要求1所述的一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于：

在所述步骤S105中，包括如下步骤：

S501.定位基站在同一时段内收到多个由不同定位器反馈的定位响应消息后，根据各个定位器至定位目标设备的距离确定三个距离定位目标设备最近的定位器；

S502.根据三个最近定位器的已知位置和三个最近定位器分别至定位目标设备的距离，进行三点定位算法处理，计算得到定位目标设备的当前位置。

7.如权利要求1所述的一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于：

所述定位响应消息还包含有获取本地定位器至定位目标设备距离的时间戳。

8.如权利要求1所述的一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于：

在所述步骤S206之前，还包括如下步骤：

S601.定位目标设备在收到所述测距启动消息后，若判定所述第一测距目标设备地址信息与本地设备地址匹配，则进入测距响应模式：执行后续步骤S602～S604；

S602.侦听下行信道，并在无线接收到所述下行已调信号时，从所述下行已调信号中解调出正弦调制信号；

S603.对从所述下行已调信号中解调出的正弦调制信号和本地生成的上行载波信号进行模拟调制，得到上行已调信号；

S604.在上行信道上无线发送所述上行已调信号。

9.如权利要求1所述的一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于：

在所述步骤S205之后，若在有效响应时间内未收到所述上行已调信号，则终止无线发送所述下行已调信号。

10.如权利要求1所述的一种基于相位式测距的定位方法，其特征在于：

在所述步骤S208之后，还包括如下步骤：

S209.生成测距结束消息，并在第二信道上无线发送所述测距结束消息，其中，所述测距结束消息包含有第二测距目标设备地址信息，所述第二测距目标设备地址信息用于指示需要立即结束测距响应模式的定位目标设备。