CN118033536A - 利用信号方向进行设备定位的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用信号方向进行设备定位的方法及系统,其中该方法包括:待定位设备发送角度可测量信号至基站,其中,角度可测量信号中包括带有待定位设备ID的心跳数据,以及预设时间长度的正弦波或已知数字序列的调制波;基站基于所述角度可测量信号计算信号到达角度,将信号到达角度发送至定位服务器,其中所述基站包括信号到达角度AOA计算模块和AOA测量所需的天线阵;定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置。本发明可以提高电子货架标签的定位精度,同时减少电子货架标签定位系统部署的复杂程度。
Description
技术领域
本发明涉及定位技术领域,尤其涉及利用信号方向进行设备定位的方法及系统。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
在线下门店安装的电子货架标签(也可以叫做电子价签)可以进行价格显示,方便门店管理者对价格进行统一管理。因为店员在对门店商品进行管理,或者顾客在较大门店进行购物时,都存在快速寻找商品的需求。此需求要求有技术方案能对门店里面的商品和人进行精确定位,并导航人的行动。电子货架标签系统是一套无线通信系统,且电子货架标签跟商品之间是一一对应的关系,通过电子货架标签之间的无线通信以及信号处理能得到电子货架标签的物理位置,从而定位商品的位置。
现有技术方案主要是通过电子货架标签之间互相通信测量,得到电子货架标签之间的邻居关系,从而对电子货架标签进行定位。但是这个方案在实施部署上还存在不方便的地方,在某些场景不适应的地方,在人的位置方面也是缺失的。
另外,可以在场景中增加部署Ibeacon实现对人的实时定位。Ibeacon利用无线信号指纹进行定位。一旦部署场景中的货架等物体发生改变,指纹的信息就会发生比较大的改变,定位结果很不精准。
发明内容
本发明实施例提供一种利用信号方向进行设备定位的方法,该方法包括:
待定位设备发送角度可测量信号至基站,其中,角度可测量信号中包括带有待定位设备ID的心跳数据、预设时间长度的正弦波或已知数字序列的调制波;
基站基于所述角度可测量信号计算信号到达角度,将信号到达角度发送至定位服务器,其中所述基站包括信号到达角度AOA计算模块和AOA测量所需的天线阵;
定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置。
本发明实施例还提供一种利用信号方向进行设备定位的系统,该装置包括:待定位设备、基站和定位服务器;
所述待定位设备、基站和定位服务器用于:实现上述所述的利用信号方向进行设备定位的方法。
本发明实施例还提供一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述利用信号方向进行设备定位的方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述利用信号方向进行设备定位的方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述利用信号方向进行设备定位的方法。
本发明实施例中,与现有技术中通过电子货架标签之间互相通信测量,得到电子货架标签之间的邻居关系,从而对电子货架标签进行定位,或通过增加部署Ibeacon实现对人的实时定位的技术方案相比,本发明通过待定位设备发送角度可测量信号至基站,其中,角度可测量信号中包括心跳数据、预设时间长度的正弦波或已知数字序列的调制波;基站基于所述角度可测量信号计算信号到达角度,将信号到达角度发送至定位服务器,其中所述基站包括信号到达角度AOA计算模块和AOA测量所需的天线阵;定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置,可以提高电子货架标签的定位精度,同时减少电子货架标签定位系统部署的复杂程度。
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。在附图中:
图1为本发明实施例中利用信号方向进行设备定位的系统结构框图;
图2为本发明实施例中利用信号方向进行设备定位的方法流程图一;
图3为本发明实施例中门店数字地图示意图;
图4为本发明实施例中基站的主体电路框架示意图;
图5为本发明实施例中利用信号方向进行设备定位的方法流程图二;
图6为本发明实施例中利用信号方向进行设备定位的方法流程图三;
图7为本发明实施例中利用信号方向进行设备定位的方法流程图四;
图8为本发明实施例中基站利用2.4G信号进行电子货架标签AOA定位的原理示意图一;
图9为本发明实施例中一种基站中的AOA测量所需的天线阵示意图;
图10为本发明实施例中另一种基站中的AOA测量所需的天线阵示意图;
图11为本发明实施例中基站利用2.4G信号进行电子货架标签AOA定位的原理示意图二;
图12为本发明实施例中待定位设备发送的角度可测量信号的格式示意图;
图13为本发明实施例中利用信号方向进行设备定位的方法流程图五;
图14为本发明实施例中待定位设备返回的特殊ACK信号的格式示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
本申请技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。
基于上述现有技术存在的问题,本发明提出一种利用信号方向进行设备定位的系统,如图1所示,该系统包括:待定位设备、基站和定位服务器,其中,带定位设备可以是电子货架标签ESL(采用2.4G,图1中给出),还可以是商超里面的购物车(图1中未给出),或者购物的人员(图1中未给出,人员的定位通过人员使用的移动终端确定),基站即图1中的AP;
所述待定位设备、基站和定位服务器用于:实现利用信号方向进行设备定位的方法,如图2所示,该方法包括:
步骤201:待定位设备发送角度可测量信号至基站,其中,角度可测量信号中包括带有待定位设备ID的心跳数据、预设时间长度的正弦波或已知数字序列的调制波;
步骤202:基站基于所述角度可测量信号计算信号到达角度,将信号到达角度(通过电子货架标签网络ESLW)发送至定位服务器,其中所述基站包括信号到达角度AOA计算模块和AOA测量所需的天线阵;
步骤203:定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置。
具体的,心跳数据带有待定位设备ID,可方便后面应用。AP包括跟待定位设备通信的模块(AP comm以下以电子货架标签ESL为代表),以及定位所需要的增加2.4G的AOA(Arrival of Angle,信号的到达角度)模块,如图1所示。注意单独用来定位的AP只包括AOA模块,不包括通信模块。有的AP是既有通信功能又有定位功能,有的AP是只有AOA模块做定位的,这里是做这个选项的说明。
定位服务器(location server)负责定位算法,包括电子货架标签定位算法,以及人员和购物车等的定位算法。
由于AP负责跟电子货架标签通信的模块覆盖范围大于AOA接收信号测量范围,在某些位置需要补装进行AOA测量的基站,如图3所示。
可以建议门店布局AP,不超过10米间隔有一台AP带有通信功能的或者只是定位的AP。不管哪种AP,都一定带有AOA模块。定位精度在1米左右。AP负责电子货架标签信号的角度测量,定位服务器Location server对定位结果进行运算。或者还可以AP只是获得原始信号,定位服务器Location server对角度以及定位结果进行运算。该方案还可以提供购物车和人的定位能力。
参见图4,为基站的主体电路框架示意图,在一实施例中,基站包含跟电子价签进行业务数据通信所需的射频电路;
所述方法还包括:
基站通过所述射频电路与待定位设备进行业务通信,并接收覆盖范围内的待定位设备的所述心跳数据,以及正弦波或调制波。
也就是,基站中包括用于角度定位所需的天线阵和用于角度定位所需的天线阵。而基站通过所述射频电路与待定位设备进行业务通信,参见图4,射频电路可以有多个。
在本发明实施例中,如图1所示,该系统还包括地图服务器Map server,Mapserver控制整体定位的流程以及地图管理和地图上的应用,即把定位服务器运算的结果搜集起来对应到地图里面,并提供给上层应用更多灵活的应用接口。
具体的,如图5所示,该方法还包括:
步骤501:将待定位设备的位置发送至地图服务器,通过地图服务器将所述待定位设备的位置在地图中显示。
在本发明实施例中,如图1所示,该系统还包括锚点(Anchor,也可以采用2.4G),该锚点安装在货架顶上,锚点发射AOA信号,由于锚点放置在比较好的位置,AP可以比较准确的定位到锚点。然后锚点跟电子货架标签之间可以用邻居学习的方式(已知的定位方法)进行进一步关联,从而得到电子货架标签的位置。
具体的,如图6所示,该方法还包括:
步骤601:锚点发射角度可测量信号,通过基站传输至定位服务器;其中,锚点的位置固定且预知;
步骤602:定位服务器基于预知位置的锚点的信号到达角度,对基站的天线阵的姿态进行校准;
步骤603:定位服务器基于所述角度可测量信号,通过邻居定位方法,确定与锚点存在邻居关系的待定位设备的位置。
上述对基站的天线阵的姿态进行校准后,可使得基站的天线阵的姿态准确度更高,从而使得后续根据定位服务器和基站的姿态建立的坐标系的准确度更高。
在本发明实施例中,如图7所示,步骤203,定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置,包括:
步骤701:根据定位服务器和基站的姿态建立坐标系;
步骤702:基于所述信号到达角度和坐标系,构建位置方程组;
步骤703:基于所述位置方程组求解,获得待定位设备的位置。
具体的,系统利用2.4G信号进行电子货架标签AOA定位的基本原理如下:
如图8所示,基站测量电子货架标签的信号强度和信号方向角,然后结合多个基站同时接收到电子货架标签的信号强度和方向角,可以定位出部分电子货架标签的位置。
一个基站可以测量出某一个电子货架标签的方向,对应在空间上的一条射线。这条射线存在一定的误差。多个基站对应的多条射线可能各自都存在误差,理论上相交在一个点,实际上可以在某一个小区域相交,或者误差最小的相交于某个空间点。
空间一条线的方程:c1=a1x+b1y;c2=a2x+b2z;
对应到某个AP,在空间中有具体的位置:AP1(x1,y1,z1),AP2(x2,y2,z2),AP3(x3,y3,z3)。根据测量结果,可以建立方程组:
a1(x-x1)+b1(y-y1)=0 (1)
a2(x-x1)+b2(z-z1)=0 (2)
a3(x-x2)+b3(y-y2)=0 (3)
a4(x-x2)+b4(z-z2)=0 (4)
a5(x-x3)+b5(y-y3)=0 (5)
a6(x-x3)+b6(z-z3)=0 (6)
由方程(1)和(3)得到一组x,y的解;方程(3)和(5)得到第二组x,y的解;方程(2)和(4)得到一组x,z的解;方程(4)和(6)得到一组x,z的解。
这几个x的解的均值应该对应着误差最小的x的解。将此x再带回方程组,得到多个y和z的解。同理这些多个y和z的解的均值对应误差最小的y和z的解。最后的均值x,y,z可能不满足每一个方程,但是它对应着误差最小的位置的解。
如何通过基站的测量建立上述线性方程组,下面描述基站的AOA测量。
基站增加AOA测量所需的天线阵,增加单独的一个2.4GHz的射频芯片用作AOA测量(即信号到达角度AOA计算模块)。天线阵的设计规则需要遵循AOA算法的要求。原则上,天线阵的几路天线跟主芯片之间的传输路径是完全相同的,几路天线之间的间距在空间上是完全相等的。天线阵的示例如图9和图10,多根天线对称的结构,或圆形或方形,需要确定的是相邻天线之间的距离为2.4GHz射频信号的半波长。
基站控制AOA的测量芯片接收电子货架标签的心跳信号(该心跳信号即角度可测量信号),并输出角度结果;也可以同时控制通信模块跟电子货架标签进行通信,AOA的测量芯片同时进行信号测量。
如图11所示,AOA测试的结果会返回xy平面的角度Alpha,xz平面的角度beta。根据alpha对应得到xy平面上的直线的斜率,根据beta对应得到xz平面的斜率,则可以对应到前述的方程。多个AP的结果则可以得到对应的方程组。以AP1为例:
tanα1=a1/b1;
tanβ1=a2/b2;
(y-y1)=tanα1*(x-x1);
由此可以推出,根据AOA角度测试的结果,可以建立完整的方程组,并得到误差最小的解。
(y-y1)tanα1*(x-x1);
(y-y2)tanα2*(x-x2);
(y-y3)=tanα3*(x-x3);
基站在安装的时候,如果安装在天花板,需要将天线1对准一个精准的方向,例如正北方向(也可以都朝向正东方,只是举例),并保持基站正面与地面平行。如果基站安装在墙上,需要将天线1精确在一个方向,例如垂直与地面(也可以都倾斜一个角度,但是必须一致)。且基站的姿态,与地面平行与否,需要告知定位服务器。定位服务器根据基站的姿态,建立坐标系,构建方程组,然后求解。
最后根据定位的结果在地图上最接近的货架而将电子货架标签归属到所属的货架。
这些可以得到精确位置的电子货架标签可能位于货架的上层区域,跟基站有着可以直视的距离范围内。
其他位于货架下层区域的电子货架标签跟基站只有多次反射或者折射的信号关系,通过测量角度的方式很难得到精确的定位结果。这些电子货架标签可以根据邻居关系进一步定位(采用现有技术中的通过邻居关系的定位方法)。
在本发明实施例中,AOA需要一定时间长度的正弦波信号。这个信号可以加在电子货架标签的心跳信号后面,如图12所示。也可以由基站单独对电子货架标签点名,电子货架标签应答信号给出具有这样特征的信号。
心跳信号是所有基站都在持续接收的信号。如前所述,由于电子货架标签定期报告心跳,基站持续接收电子货架标签心跳,基站有单独的定位芯片进行这个信号的处理。所以定位可以不用增加系统级的流程。基站定位芯片计算得到某个电子货架标签的角度后,将这个数据发送给定位服务器。定位服务器建立方程组,求解即可。
具体的,如图13所示,待定位设备发送角度可测量信号至基站之前,该方法还可以包括:
步骤1301:定位服务器通过基站发送问询信号至待定位设备;
基站基于所述角度可测量信号计算信号到达角度,包括:
步骤1302:基站切换频率至问询信号所在的频点,接收预设时间长度的正弦波或已知数字序列的调制波,基于正弦波或调制波计算信号到达角度。
具体的,对于长时间没有接收到心跳信号的价签,定位服务器可以发起对该价签的查询,价签在查询信道上回复特殊ACK,满足如图14所示的格式。则多个基站分别可以单独对该价签进行查询与信号测量。测量结果送给定位服务器,由定位服务器计算得定位结果。基站通信子板负责对价签进行query问询和接收ACK,同时定位子板在主板的信号控制下参考切换频率到指定query频点进行正弦波或调制波接收和角度的判断。
查询对于来自于多个基站的信号,存在时间差,但是对于绝大多数时间都是静止的电子价签定位而言,可以应用。
在本发明实施例中,一旦价签的心跳增加了尾部的正弦波信号。位于小车的定位或者其他在门店移动的设备,可以增加一个类似价签的发射电路。根据AP接收到的价签的心跳信号的方向角度,判断该小车在门店的实际位置。
小车遵循AP能接收的AOA信号周期性发送,由AP对小车进行定位。由于小车的位置较低,到达AP的信号也是多径信号叠加的结果,预计会存在较大的误差。
同样,在门店中行走的人,如果手机的APP打开蓝牙,同样可以用AP的AOA对其进行定位,预计存在较大的误差。
在一实施例中,定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置,包括:
定位服务器在一个预设时长的时间窗内接收来自一台或者多台基站测量同一个待定位设备的信号到达角度;
定位服务器根据一台或者多台基站测量的信号到达角度,计算出待定位设备的位置。
也就是,本发明实施例可以支持多个多台基站测量同一个待定位设备的信号到达角度,来计算待定位设备的位置,达到精确测量的目的。
本发明实施例还提供一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述利用信号方向进行设备定位的方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述利用信号方向进行设备定位的方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述利用信号方向进行设备定位的方法。
本发明实施例中,与现有技术中通过电子货架标签之间互相通信测量,得到电子货架标签之间的邻居关系,从而对电子货架标签进行定位,或通过增加部署Ibeacon实现对人的实时定位的技术方案相比,本发明通过待定位设备发送角度可测量信号至基站,其中,角度可测量信号中包括心跳数据和预设时间长度的正弦波;基站基于所述角度可测量信号计算信号到达角度,将信号到达角度发送至定位服务器,其中所述基站包括信号到达角度AOA计算模块和AOA测量所需的天线阵;定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置,可以提高电子货架标签的定位精度,同时减少电子货架标签定位系统部署的复杂程度。该定位方案中,处于AOA模块能直视范围内的价签能获得高可信任的定位结果,而处于非直视范围内的价签不能获得高可信任的定位结果,这些非可直视的价签可以通过跟高可信任价签之间的邻居关系,结合邻居学习的方法,进一步获得更高精度的定位结果。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种利用信号方向进行设备定位的方法,其特征在于,包括:
待定位设备发送角度可测量信号至基站,其中,角度可测量信号中包括带有待定位设备ID的心跳数据,以及预设时间长度的正弦波或已知数字序列的调制波;
基站基于所述角度可测量信号计算信号到达角度,将信号到达角度发送至定位服务器,其中所述基站包括信号到达角度AOA计算模块和AOA测量所需的天线阵;
定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置。
2.如权利要求1所述的利用信号方向进行设备定位的方法,其特征在于,基站包含跟电子价签进行业务数据通信所需的射频电路和用于角度定位所需的天线阵;
所述方法还包括:
基站通过所述射频电路与待定位设备进行业务通信,并接收覆盖范围内的待定位设备的所述心跳数据,以及正弦波或调制波。
3.如权利要求1所述的利用信号方向进行设备定位的方法,其特征在于,还包括:
锚点发射角度可测量信号,通过基站传输至定位服务器;其中,锚点的位置固定且预知;
定位服务器基于预知位置的锚点的信号到达角度,对基站的天线阵的姿态进行校准;
定位服务器基于所述角度可测量信号,通过邻居定位方法,确定与锚点存在邻居关系的待定位设备的位置。
4.如权利要求1所述的利用信号方向进行设备定位的方法,其特征在于,AOA测量所需的天线阵为多根天线对称的圆形或方形结构。
5.如权利要求1所述的利用信号方向进行设备定位的方法,其特征在于,AOA测量所需的天线阵中的相邻天线之间的距离为2.4GHz射频信号的半波长。
6.如权利要求1所述的利用信号方向进行设备定位的方法,其特征在于,待定位设备发送角度可测量信号至基站之前,还包括:
定位服务器通过基站发送问询信号至待定位设备;
基站基于所述角度可测量信号计算信号到达角度,包括:
基站切换频率至问询信号所在的频点,接收预设时间长度的正弦波或已知数字序列的调制波,基于正弦波或调制波计算信号到达角度。
7.如权利要求1所述的利用信号方向进行设备定位的方法,其特征在于,定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置,包括:
根据定位服务器和基站的姿态建立坐标系;
基于所述信号到达角度和坐标系,构建位置方程组;
基于所述位置方程组求解,获得待定位设备的位置。
8.如权利要求1所述的利用信号方向进行设备定位的方法,其特征在于,定位服务器基于信号到达角度计算出待定位设备的位置,包括:
定位服务器在一个预设时长的时间窗内接收来自一台或者多台基站测量同一个待定位设备的信号到达角度;
定位服务器根据一台或者多台基站测量的信号到达角度,计算出待定位设备的位置。
9.一种利用信号方向进行设备定位的系统,其特征在于,包括:待定位设备、基站和定位服务器;
所述待定位设备、基站和定位服务器,用于:实现权利要求1至8任一所述的利用信号方向进行设备定位的方法。
10.如权利要求9所述的利用信号方向进行设备定位的系统,其特征在于,还包括:地图服务器,用于将所述待定位设备的位置在地图中显示。
11.如权利要求9所述的利用信号方向进行设备定位的系统,其特征在于,还包括:锚点,用于发射角度可测量信号至基站;其中,锚点的位置固定且预知;
基站用于:基于所述角度可测量信号,通过邻居定位方法,确定与锚点存在邻居关系的待定位设备的位置。
12.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8任一所述利用信号方向进行设备定位的方法。
13.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一所述利用信号方向进行设备定位的方法。
14.一种计算机程序产品,其特征在于,所述计算机程序产品包括计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一所述利用信号方向进行设备定位的方法。
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