CN113115437B - 定位标签与基站前后位置关系判定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及定位技术领域，公开一种定位标签与基站前后位置关系判定方法及装置，包括：获取基站接收到的定位标签的定位信号；基于定位信号获得判定数据集合，判定数据集合包括定位角度和定位标签中天线的前相信号强度、后相信号强度；判断判定数据集合中数据是否满足判定条件集合中的条件，判定条件集合包括：前相信号强度低于第一阈值、后相信号强度低于第二阈值、前相信号强度与后相信号强度之差大于第三阈值、定位角度方差大于第四阈值；若判定数据集合中数据满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站后方。本发明解决了单基站定位系统中难以区分定位标签在基站前方或是后方的问题。

Description

定位标签与基站前后位置关系判定方法及系统
技术领域
本发明涉及定位技术领域，具体是指一种定位标签与基站前后位置关系判定方法及系统。
背景技术
目前二维无线定位技术有两种常用定位方法。一是使用多台基站(一般至少3台)通过不同基站测量到定位标签的信号强度以及信号飞行时间结合已知的每台基站的相对距离和角度来进行三角定位。二是使用一台具有两根严格控制间隔距离(半个无线电波长)的天线的基站，通过飞行时间来确定距离，通过相位差测量信号到达角。
多基站的优势在于其技术难度相对较低且能够获取2D全方向甚至是3D的定位数据，缺点在于多基站的成本较高，安装难度较高(严格控制安装相对角度距离且每个基站都不能被金属屏蔽无线电)，而且受限于三角定位和距离测量精度限制安装空间要求高(每个基站尽量远离，越远定位精度越高)。
而单基站的优点在于体积小，模块化高，使用方便，以及成本低廉，缺点在于受限于相位差计算角度的原理，单基站难以区分定位标签在其前方或是后方，同样的原因当标签相对角度接近90°时其定位角度容易出现左右对称跳动。
发明内容
基于以上技术问题，本发明提供了定位标签与基站前后位置关系判定方法及系统，解决了单基站定位系统中难以区分定位标签在基站前方或是后方的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
定位标签与基站前后位置关系判定方法，包括：
获取基站接收到的定位标签的定位信号；
基于定位信号获得判定数据集合，判定数据集合包括定位角度和定位标签中天线的前相信号强度、后相信号强度；
判断判定数据集合中数据是否满足判定条件集合中的条件，判定条件集合包括：前相信号强度低于第一阈值、后相信号强度低于第二阈值、前相信号强度与后相信号强度之差大于第三阈值、定位角度方差大于第四阈值；
若判定数据集合中数据满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站后方。
作为一种优选的方式，定位角度基于AOA定位算法获得。
作为一种优选的方式，若判定数据集合中数据不能满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站前方。
同时，本发明还公开了一种定位标签与基站前后位置关系判定系统，包括：
获取模块，获取模块用于获取基站接收到的定位标签的定位信号；
计算模块，计算模块基于定位信号获得判定数据集合，判定数据集合包括定位角度和定位标签中天线的前相信号强度、后相信号强度；
判断模块，判断模块用于判断数据集合中数据是否满足判定条件集合中的条件，判定条件集合包括：前相信号强度低于第一阈值、后相信号强度低于第二阈值、前相信号强度与后相信号强度之差大于第三阈值、定位角度方差大于第四阈值；若数据集合中数据满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站后方。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明解决了现有单基站定位系统中难以区分定位标签在基站前方或是后方的问题。
附图说明
本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述，其中：
图1为前后位置判定方法示意图。
图2为双天线定位标签定位角度和定位距离几何关系示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
参阅图1，在本实施方式中，定位标签与基站前后位置关系判定方法，包括：获取基站接收到的定位标签的定位信号；基于定位信号获得判定数据集合，判定数据集合包括定位角度和定位标签中天线的前相信号强度、后相信号强度；判断判定数据集合中数据是否满足判定条件集合中的条件，判定条件集合包括：前相信号强度低于第一阈值、后相信号强度低于第二阈值、前相信号强度与后相信号强度之差大于第三阈值、定位角度方差大于第四阈值；若判定数据集合中数据满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站后方。
具体的，若判定数据集合中数据不能满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站前方。
在本实施例中，获取基站接收到的定位标签的定位信号之后，将定位信号处理后便可获得所需要的判定数据集合。利用判定数据集合中的定位角度和定位标签中天线的前相信号强度、后相信号强度与判定条件集合中的判定条件进行比对，综合判断判定数据集合中数据满足判定条件集合中至少三个条件，若判定数据集合中数据满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站后方。反之，若判定数据集合中数据不能满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站前方。
由于在后方时定位数据极其不准确，所以一般不使用后方数据。
其中，判定条件集合中的前相信号强度低于第一阈值、后相信号强度低于第二阈值两个条件作为判定条件的依据在于：根据分析统计所得数据发现，定位标签在基站的前方或者后方，基站接收到的定位标签信号强度不一样。且由于单基站定位系统中定向天线的单向性，定位标签中天线信号源在基站天线后方时信号强度将远远弱于前方，特别是定位标签天线的前相信号强度。
其中，判定条件集合中的前相信号强度与后相信号强度之差大于第三阈值作为判定条件的依据在于：由于障碍物也会导致信号强度变低，但是根据分析统计所得数据发现，因障碍物引起的信号强度变化对于前后相相对均匀，所以判断前后相之差可以尽量避免由于障碍物的误判。
对于前相信号强度与后相信号强度之差如果小于第三阈值，则说明前相信号强度与后相信号强度在同步变化，此种情况便不是由于定位标签位置引起的变化，而是由于障碍物引起的前相信号强度与后相信号强度相对均匀变化。
其中，判定条件集中的定位角度方差大于第四阈值作为判定条件的依据在于：因为定位标签位置不论在基站前后，距离定位数据都相对稳定。但定位标签位置在基站前后却会影响定位角度的变动，而定位角度方差能反映定位角度的波动程度。因此，通过定位角度波动的程度可以判断点位标签所处位置。
且由于不同环境存在不同的干扰源，判定条件集合中的第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值，其具体值需要根据安装方式和环境试验进行调整。则如果根据环境预设第一阈值为-95db、第二阈值为-82db、第三阈值为6db、第四阈值为1，则判定条件集合中的条件具体为：
1、判断定位标签中各天线前相信号强度是否有强度低于-95db；
2、判断定位标签中各天线后相信号强度是否有强度低于-82db；
3、判断定位标签中各天线前后相信号强度之差是否有大于6db；
4、判断定位角度数据方差是否大于1。
若满足上述条件中至少三个条件，则定位标签位于基站后方。反之，若判定数据集合中数据不能满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站前方。
上述判断定位标签在基站前后的意义在于，以跟随机器人举例，对于跟随机器人，基站安装在跟随机器人上，定位标签则是与跟随目标位置一致。跟随机器人上基站天线会获取基站接收到的定位标签的定位信号以对跟随目标进行定位，从而控制跟随机器人向跟随目标跟随运动。如果不能准确判断定位标签位于基站的前方或者后方，便会出现定位角度左右对称跳动的问题，对于跟随机器人，则可能会出现人站在车后时，跟随机器人误认为人在车前而继续向前行进的状况。如果能够正确判断定位标签位于基站的前方或者后方，出现对称跳动，在出现对称跳动时将角度值乘以-1则是实际值，便可以正确判断使车停止等待，而不是误认为人在车前而继续往前行进。
具体的，定位角度基于AOA定位算法获得。
参阅图2，下面以具体两个定位天线的定位标签距离说明如何获取定位角度，在双天线定位标签内，定位角度是两天线连线中点与基站C的角度。
参阅图2，在双天线定位标签中，如果要获得定位角度，则还需获取天线A和天线B的与基站C的距离和角度。
具体的，定位距离基于TOA定位算法获得，其具体公式是：
s＝v×t
其中，s为距离，v为速度，且由于无线电信号飞行速度等于光速，所以此处v等于光速，t为无线电信号飞行的时间。
具体的，天线A和天线B的定位角度基于AOA定位算法获得。
由图2中几何关系可知角度计算公式是：
Figure GDA0003855882900000041
其中，θ为定位角度，y为基站C到天线A和天线B连线的垂直距离，r为基站C到天线A的距离，p为天线A定位距离与天线B定位距离的差值。
其中，y的具体计算公式是：
Figure GDA0003855882900000042
其中，d为天线A和天线B的距离。
获得定位角度后，便可通过采集多次定位角度数据计算其方差，方差采样数量预设为n，实验中n＝5效果较佳，m为最近n次定位所得角度的平均数，θi为第i次的定位所得角度，方差计算的具体公式为：
Figure GDA0003855882900000051
其中，s2表示定位角度方差。
同时，本发明还公开了一种定位标签与基站前后位置关系判定系统，包括：
获取模块，获取模块用于获取基站接收到的定位标签的定位信号；
计算模块，计算模块基于定位信号获得判定数据集合，判定数据集合包括定位角度和定位标签中天线的前相信号强度、后相信号强度；
判断模块，判断模块用于判断数据集合中数据是否满足判定条件集合中的条件，判定条件集合包括：前相信号强度低于第一阈值、后相信号强度低于第二阈值、前相信号强度与后相信号强度之差大于第三阈值、定位角度方差大于第四阈值；若数据集合中数据满足判定条件集合中至少三个条件，则定位标签位于基站后方。
其中，上述定位标签与基站前后位置关系判定系统布设在基站之上。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明的验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.定位标签与基站前后位置关系判定方法，其特征在于，包括：
获取基站接收到的定位标签的定位信号；
基于所述定位信号获得判定数据集合，所述判定数据集合包括定位角度和定位标签中天线的前相信号强度、后相信号强度；
判断所述判定数据集合中数据是否满足判定条件集合中的条件，所述判定条件集合包括：所述前相信号强度低于第一阈值、所述后相信号强度低于第二阈值、所述前相信号强度与后相信号强度之差大于第三阈值、所述定位角度方差大于第四阈值；
若所述判定数据集合中数据满足判定条件集合中至少三个条件，则所述定位标签位于基站后方；
若所述判定数据集合中数据不能满足判定条件集合中至少三个条件，则所述定位标签位于基站前方。
2.根据权利要求1所述的定位标签与基站前后位置关系判定方法，其特征在于：
所述定位角度基于AOA定位算法获得。
3.定位标签与基站前后位置关系判定系统，其特征在于，包括：
获取模块，所述获取模块用于获取基站接收到的定位标签的定位信号；
计算模块，所述计算模块基于所述定位信号获得判定数据集合，所述判定数据集合包括定位角度和定位标签中天线的前相信号强度、后相信号强度；
判断模块，所述判断模块用于判断所述判定数据集合中数据是否满足判定条件集合中的条件，所述判定条件集合包括：所述前相信号强度低于第一阈值、所述后相信号强度低于第二阈值、所述前相信号强度与后相信号强度之差大于第三阈值、所述定位角度方差大于第四阈值；若所述判定数据集合中数据满足判定条件集合中至少三个条件，则所述定位标签位于基站后方；若所述判定数据集合中数据不能满足判定条件集合中至少三个条件，则所述定位标签位于基站前方。
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