CN113050033A - 功率定位方法及其功率定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率定位方法及其功率定位装置，包括以下步骤：控制待测定位设备以多个发射功率发射多个定位信号；使多个已知位置设备接收多个定位信号，并记录该多个定位信号强度、多个对应接收时间及该多个已知位置设备的坐标到数据库；找出所接收的多个定位信号中信号强度较大的已知位置设备；由数据库中取出信号强度‑距离函数及信号强度‑距离标准差函数；以及根据信号强度‑距离函数及信号强度‑距离标准差函数以找出待测定位设备的设备位置。

Description

功率定位方法及其功率定位装置

技术领域

本发明涉及一种功率定位方法及其功率定位装置，特别涉及一种利用不同功率的信号来定位的功率定位方法及其功率定位装置。

背景技术

传统上室内设备的定位方法常常使用三边定位，而三边定位所需要的距离通常都是使用信号强度或是飞行时间(ToA，Time of Arrivial)所计算出来。因此信号强度或是飞行时间计算的准确度会影响推断出来的距离，进而影响三边定位的准确性。先前技术中的定位方法都只依靠固定功率发射信号。基于固定发射信号功率的定位方法，以致于定位准确度受限于单一功率信号的衰退形式。

现今如同手机的移动设备，往往都配备其他不同功能的传感器，搭配陀螺仪、电子罗盘这一类的传感器可以很好地辅助并改善定位精准度。然而考虑到设备的成本，室内定位设备不一定会搭配各式各样的传感器。室内定位在没有其他传感器辅助的情况下，只能依靠信号强度来推估距离并且使用此数据来进行定位。然而，于先前技术中，蓝牙设备的信号强度往往变动很大，造成定位误差很大。

因此，有必要发明一种新的功率定位方法及其功率定位装置，以解决先前技术的缺失。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种功率定位方法，可达到利用不同功率的信号来定位的效果。

本发明的另一主要目的在于提供一种用于上述方法的功率定位装置。

为达成上述的目的，本发明的功率定位方法用于功率定位装置以找出空间内的待测定位设备的设备位置，空间还包括多个已知位置设备。方法包括以下步骤：控制待测定位设备以多个发射功率发射多个定位信号；使多个已知位置设备接收多个定位信号，并记录多个定位信号强度、多个对应接收时间及多个已知位置设备的坐标到数据库；找出所接收的多个定位信号中信号强度较大的已知位置设备；由数据库中取出信号强度-距离函数及信号强度-距离标准差函数；根据信号强度-距离函数及信号强度-距离标准差函数，得到不同功率中强度较大的多个已知位置设备；以及依多个功率分组以找出待测定位设备的设备位置。

本发明的功率定位装置包括处理模块、数据库及计算模块。处理模块控制待测定位设备以多个发射功率发射多个定位信号，使多个已知位置设备接收多个定位信号。数据库电性连接处理模块，用以储存信号强度-距离函数及信号强度-距离标准差函数，且于多个已知位置设备接收多个定位信号后，数据库记录多个定位信号强度、多个对应接收时间及多个已知位置设备的坐标，借此处理模块找出所接收的多个定位信号中信号强度较大的已知位置设备。计算模块电性连接数据库，用以根据多个定位信号的强度、多个对应接收时间及强度较大的已知位置设备查询信号强度-距离函数及信号强度-距离标准差函数，得到不同功率中强度较大的多个已知位置设备，计算模块再依多个功率分组以找出待测定位设备的设备位置。

附图说明

图1为本发明的功率定位装置进行设定的系统架构图。

图2为本发明的数据设定流程的步骤流程图。

图3为本发明的功率定位装置进行定位的系统架构图。

图4为本发明的功率定位方法的步骤流程图。

图5A-5B为依照图4，为本发明的功率定位方法于不同发射功率下的同心圆的相关示意图。

图5C为依照图4，为本发明的功率定位方法的相交点进行三角化流程的相关示意图。

图5D为依照图4，为本发明的功率定位方法的找出最小同心圆的相关示意图。

其中，附图标记：

功率定位装置 1

处理模块 11

数据库 12

计算模块 13

测试发射设备 20

接收设备 30

待测定位设备 40

设备位置 41

已知位置设备 50、51、52、53

相交点 a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l

具体实施方式

为能更了解本发明的技术内容，特举较佳具体实施例说明如下。

请先参考图1为本发明的功率定位装置进行设定的系统架构图。

于本发明的一实施例中，功率定位装置1包括一处理模块11、一数据库 12及一计算模块13，彼此之间互相电性连接。功率定位装置1用以于一空间内利用已知位置设备50(如图3所示)找出一待测定位设备40的一设备位置。而在找出待测定位设备40前，该功率定位装置1还可以先利用测试发射设备 20及接收设备30来建立所需的数据，但本发明并不限于此。其中测试发射设备20、接收设备30、待测定位设备40及已知位置设备50皆可发送及接收无线信号，此无线信号可以为蓝牙信号，且测试发射设备20、接收设备30、待测定位设备40及已知位置设备50也可为相同或不同的家电设备、计算机设备或行动装置等，但本发明并不限于此。

需注意的是，功率定位装置1具有的各模块可以为硬件装置、软件程序结合硬件装置、固件结合硬件装置等方式架构而成，例如可以将一计算机程序产品储存于一计算机可读取媒体中读取并执行以达成本发明的各项功能，但本发明并不以上述的方式为限。此外，本实施方式仅例示本发明的较佳实施例，为避免赘述，并未详加记载所有可能的变化组合。然而，本领域的公知常识者应可理解，上述各模块或元件未必皆为必要。且为实施本发明，也可能包含其他较细节的习知模块或元件。各模块或元件皆可能视需求加以省略或修改，且任两模块间未必不存在其他模块或元件。处理模块11、数据库12或计算模块13 可以设置于同一装置或分别设置于不同装置内，或是可以设置于测试发射设备 20、接收设备30、待测定位设备40或已知位置设备50其中任何一种设备内，但本发明并不限于此。

因此，于本发明的一实施例中，该处理模块11设定该测试发射设备20的多个发射功率，所以测试发射设备20可以发射多个测试信号。接着让接收设备30在与该测试发射设备20相距多个对应距离下，接收该多个测试信号，例如在相隔10公分、20公分或是1公尺到6公尺间不同的距离下，分别用不同的发射功率发射出不同的测试信号。但本发明并不限于此数值。借此该处理模块11检测得知该接收设备30所接收的多个测试信号强度，以将该多个测试信号强度及该多个对应距离记录到该数据库12。最后该计算模块13由数据库 12的数值计算得到信号强度-距离函数及信号强度-距离标准差函数，并回存于该数据库12中。

接着请参考图2为本发明的数据设定流程的步骤流程图。此处需注意的是，以下虽以上述功率定位装置1为例说明本发明的数据设定流程，但本发明的数据设定流程并不以使用在上述相同结构的功率定位装置1为限。

首先进行步骤201：设定一测试发射设备的多个发射功率，使该测试发射设备在多个对应距离下，对一接收设备发射多个测试信号。

首先该处理模块11设定该测试发射设备20的多个发射功率。所以测试发射设备20可以发射多个测试信号，接着让接收设备30在与该测试发射设备 20相距多个对应距离下，例如在相隔10公分、20公分或是1公尺到6公尺间不同的距离下，接收该多个测试信号。

其次进行步骤202：检测该接收设备所接收的多个测试信号强度。

其次处理模块11检测接收设备30所接收到的所有信号的信号强度。

接着进行步骤203：记录该多个测试信号强度及该多个对应距离到一数据库。

接着处理模块11将接收设备30所接收到的所有测试信号的信号强度及该测试信号的所对应的对应距离都储存到数据库12内。

最后进行步骤204：计算得到一信号强度-距离函数及一信号强度-距离标准差函数，并回存于该数据库。

最后该计算模块13根据上述的所有信号的信号强度及该信号的所对应的对应距离进行计算，就可以针对每个不同的发射功率计算得到信号强度-距离函数及信号强度-距离标准差函数，以得知接收设备30所接收到的信号强度与测试发射设备20之间距离的关系及其标准差。借此可回存于该数据库12中。如此一来，即可完成本发明的数据设定流程。

接着请参考图3为本发明的功率定位装置进行定位的系统架构图。

在数据库12中建立信号强度-距离函数及信号强度-距离标准差函数后，功率定位装置1就可以利用已知位置设备50在空间内找出一待测定位设备40 的一设备位置。需注意的是，本发明的一实施方式中虽然利用直接先执行数据设定流程的方式来得知信号强度-距离函数及信号强度-距离标准差函数，但本发明并不限定每次都要执行数据设定流程来重新在数据库12内建立信号强度- 距离函数及信号强度-距离标准差函数。该些信号强度-距离函数及信号强度- 距离标准差函数可以预先设定于待测定位设备40或已知位置设备50之内。

如此一来，该处理模块11控制该待测定位设备40以多个发射功率发射多个定位信号，使该多个已知位置设备50接收该多个定位信号，并记录下该多个定位信号强度、多个对应接收时间及多个已知位置设备50的位置到该数据库12。多个已知位置设备50还会接收该待测定位设备40的一标识符，借以辨识待测定位设备40。此标识符也会储存于数据库12中。借此，该处理模块 11找出所接收的该多个定位信号中信号强度较大设备，例如该已知位置设备 51、52、53。最后该计算模块13就可以由已知位置设备51、52、53的位置再根据该信号强度-距离函数及该信号强度-距离标准差函数以找出待测定位设备40的设备位置。

而关于找出待测定位设备40的设备位置的详细方法请参考图4为本发明的设备定位流程的步骤流程图。

首先进行步骤401：控制该待测定位设备以多个发射功率发射多个定位信号，使该多个已知位置设备接收该多个定位信号。

首先当待测定位设备40进入一空间时，处理模块11要先控制待测定位设备40以不同的发射功率发射出定位信号，如此一来，不同的已知位置设备50 就可以接收到待测定位设备40的定位信号。多个已知位置设备50还会接收该待测定位设备40的标识符。

其次进行步骤402：记录该多个定位信号强度、多个对应接收时间及该多个已知位置设备的坐标。

由于待测定位设备40是以不同的发射功率发射出定位信号，所以在已知位置设备50接收定位信号后，已知位置设备50会将所有的定位信号、其对应接收时间以及已知位置设备50的坐标传送回数据库12中。

再进行步骤403：找出所接收的该多个定位信号中信号强度较大的该已知位置设备。

处理模块11会从数据库12的数据中找出多个定位信号中有接收到信号强度较大的该已知位置设备51、52、53。

接着进行步骤404：依多个功率分组，设定多个该已知位置设备为圆心，使用信号强度与距离函数得到距离，使用距离变异度函数得到标准差画出多个圆，并得到多个圆之间的多个相交点。

接着就计算模块13可以根据该多个定位信号的强度、该多个对应接收时间及该强度较大的该已知位置设备查询该信号强度-距离函数及该信号强度- 距离标准差函数，将不同功率下的已知位置设备51、52、53进行分组，以已知位置设备51、52、53的固定点坐标为圆心，依照信号强度-距离函数求得此信号强度下的距离，即设定此距离为基础半径。再以信号强度-距离标准差函数求得此信号强度下的距离标准差，即设定此标准差做为半径调整的依据。

在此请同时参考图5A-5B为依照图4，为本发明的设备定位流程于不同发射功率下的同心圆的相关示意图。

所以于本实施例中，以已知位置设备51、52、53的固定点坐标为圆心画出多个圆后，两两固定点来求交点。图5A中先将原半径距离减去0.67个标准差设定为最小半径，直到原半径距离加上0.67个标准差为设定为最大半径，若两圆之间有相切或相交即可结束。如此一来就可以得到多个圆之间的多个相交点a到f，即已知位置设备51、52的圆之间具有相交点a、b，已知位置设备51、53的圆之间具有相交点c、d，已知位置设备52、53的圆之间具有相交点e、f。每组功率中已知位置设备51、52、53的固定点的圆之间最多可以得到6个相交点，但本发明并不限于一定要到6个相交点。而图5B为已知位置设备51、52、53在另一个功率下计算得到的相交点的示意图。故于图5B 中可以得到已知位置设备51、52、53在另一个功率下的6个相交点g到l。

再进行步骤405：将该多个相交点进行一三角化流程，以得到多个三角形。

在此请参考图5C为依照图4，为本发明的设备定位流程的相交点进行三角化流程的相关示意图。

此时计算模块13将该所有的相交点a到l去除离群值后，进行一德劳内三角化流程，以得到多个三角形。于本实施方式中以两个不同功率得到的12 个相交点a到l进行计算，但本发明并不限于此，较多的相交点可以得到较精确的结果。

最后进行步骤406：于该多个三角形中找出具有最小外接圆半径的三角形，以将该外接圆的圆心设定为该待测定位设备的该设备位置。

在此请参考图5D为依照图4，为本发明的设备定位流程的第二实施方式的找出最小同心圆的相关示意图。

最后计算模块13再找出其中外接圆半径最小的三角形中最小外接圆的圆心。将最小外接圆的圆心设定为该待测定位设备40的该设备位置41，就可以得知待测定位设备40的坐标。以图5D为例，可以得到相交点i、h、k构成的三角形为具有最小外接圆半径的三角形。故其外接圆的圆心的坐标即为设备位置41。

此处需注意的是，本发明的功率定位方法并不以上述的步骤次序为限，只要能达成本发明的目的，上述的步骤次序也可加以改变。

通过本发明的功率定位方法及功率定位装置1，即可有效地找出待测定位设备40的位置，不须装设太多的额外感应模块。

惟应注意的是，上述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种功率定位方法，其特征在于，用于一功率定位装置以找出一空间内的一待测定位设备的一设备位置，该空间还包括多个已知位置设备，该方法包括以下步骤：

控制该待测定位设备以多个发射功率发射多个定位信号；

使该多个已知位置设备接收该多个定位信号，并记录该多个定位信号强度、多个对应接收时间及该多个已知位置设备的坐标到一数据库；

找出所接收的该多个定位信号中信号强度较大的该已知位置设备；

由该数据库中取出一信号强度-距离函数及一信号强度-距离标准差函数；

根据该信号强度-距离函数及该信号强度-距离标准差函数，得到不同功率中强度较大的多个该已知位置设备；以及

依多个功率分组以找出该待测定位设备的该设备位置。

2.根据权利要求1所述的功率定位方法，其特征在于，依多个功率分组以找出该待测定位设备的该设备位置的步骤包括：依多个功率分组，设定多个该已知位置设备为圆心，使用信号强度与距离函数得到距离，使用距离变异度函数得到的标准差画出多个圆；

得到多个圆之间的多个相交点；

将该多个相交点进行一三角化流程，以得到多个三角形；以及

于该多个三角形中找出具有最小外接圆半径的三角形，以将该外接圆的圆心设定为该待测定位设备的该设备位置。

3.根据权利要求1或2所述的功率定位方法，其特征在于，还包括找出三个信号强度较大的该已知位置设备的步骤。

4.根据权利要求1所述的功率定位方法，其特征在于，还包括接收该待测定位设备的一标识符的步骤。

5.根据权利要求1所述的功率定位方法，其特征在于，还包括执行一数据设定流程的步骤，该数据设定流程包括：

设定一测试发射设备的多个发射功率，使该测试发射设备在多个对应距离下，对一接收设备发射多个测试信号，其中不同的测试信号对应不同的发射功率；

检测该接收设备所接收的多个测试信号强度；

记录该多个测试信号强度及该多个对应距离到一数据库；以及

计算得到该信号强度-距离函数及该信号强度-距离标准差函数，并储存于该数据库。

6.一种功率定位装置，其特征在于，用以于一空间内找出一待测定位设备的一设备位置，该空间还包括多个已知位置设备，该功率定位装置包括：

一处理模块，控制该待测定位设备以多个发射功率发射多个定位信号，使该多个已知位置设备接收该多个定位信号；

一数据库，电性连接该处理模块，用以储存一信号强度-距离函数及一信号强度-距离标准差函数，且于该多个已知位置设备接收该多个定位信号后，该数据库记录该多个定位信号强度、多个对应接收时间及该多个已知位置设备的坐标，借此该处理模块找出所接收的该多个定位信号中信号强度较大的该已知位置设备；以及

一计算模块，电性连接该数据库，用以根据该多个定位信号的强度、该多个对应接收时间及该强度较大的该已知位置设备查询该信号强度-距离函数及该信号强度-距离标准差函数，得到不同功率中强度较大的多个该已知位置设备，该计算模块再依多个功率分组以找出该待测定位设备的该设备位置。

7.根据权利要求6所述的功率定位装置，其特征在于，该处理模块依多个功率分组，设定多个该已知位置设备为圆心，使用信号强度与距离函数得到距离，使用距离变异度函数得到的标准差画出多个圆，并得到多个圆之间的多个相交点，借此该计算模块将该多个相交点进行一三角化流程，以找出外接圆半径最小的三角形中最小外接圆的圆心，以设定为该待测定位设备的该设备位置。

8.根据权利要求6或7所述的功率定位装置，其特征在于，该处理模块找出三个信号强度较大的该已知位置设备。

9.根据权利要求6所述的功率定位装置，其特征在于，包括接收该待测定位设备的一标识符。

10.根据权利要求6所述的功率定位装置，其特征在于，该处理模块设定一测试发射设备的多个发射功率以发射多个测试信号，使一接收设备在与该测试发射设备相距多个对应距离下，接收该多个测试信号，其中不同的测试信号对应不同的发射功率；借此，该处理模块检测得知该接收设备所接收的多个测试信号强度，以将该多个测试信号强度及该多个对应距离记录到该数据库，使该计算模块得以计算得到该信号强度-距离函数及该信号强度-距离标准差函数，并储存于该数据库。

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