CN204925382U - 一种定位系统、定位装置及定位器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定位系统、定位装置及定位器，该定位系统包括：信号处理器、设置在基站中的旋转定向天线、旋转编码器、接口和定位器，信号处理器、设置在基站中的旋转定向天线、旋转编码器、接口和定位器之间通过总线连接传输数据，其中：信号处理器，用于发送控制信号；旋转定向天线，用于接收所述控制信号，根据所述控制信号进行旋转；旋转编码器，用于确定所述旋转定向天线的旋转角度，将所述旋转角度通过所述接口传输；定位器，与所述旋转编码器信号连接，用于确定与所述基站之间的距离，并接收所述旋转编码器传输的旋转角度，根据所述距离和所述旋转角度，确定所述定位器的当前位置，用于提高定位准确性。

Description

一种定位系统、定位装置及定位器

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其是涉及一种定位系统、定位装置及定位器。

背景技术

导航定位一般分为室外导航和室内导航两种方式。其中室外导航一般使用导航卫星及相关算法，或者采用gprs网络定位功能实现导航。室内导航目前仅限于位置提醒，如使用蓝牙、灯光等作为信息提示或者距离提示，不能实现导航定位功能。

在室内导航方式中，灯光定位是通过照明灯以一定方式闪烁，形成数字编码，完成信息的传递。该种方式中，由于人眼对灯光的采样频率较低且有视觉暂留，因此人眼无法感觉到灯光的闪烁变化；灯光定位需要通过信号处理器配合光敏探测器识别灯光闪烁的信息码，从而实现室内定位，灯光定位方式一般应用于室内停车场等场合。但是，灯光定位方式的抗干扰性差，尤其是白天阳光较强，容易被太阳光的淹没，并且，灯光定位需要将光敏探测器对准所需的灯光才能接收到一定的光强，而多个灯光定位源发出的信息码叠加可能会造成接受误码，因此该方案很难实现定位导航。基于蓝牙的定位方式是使用蓝牙模块发送一定的提示信息，收、发两端都可以根据信号强度测算出对方的距离，从而可以计算出对方基站的半径圆的大小。但是，基于蓝牙的定位方式只能计算出定位基站到接收器之间的距离，而无法确定方向，因此适用于特殊的场景，如在大街上，方向沿街是确定的，只需要确定距离即可。当定位源和接收器处于空旷的场地时，该定位方案无法确定位置。

由上述可知，现有定位方式，无论是灯光定位或者是基于蓝牙的定位方式，定位准确性较差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种定位系统、定位装置及定位器，用于提高定位准确性。

一种定位系统，包括信号处理器、设置在基站中的旋转定向天线、旋转编码器、接口和定位器，信号处理器、设置在基站中的旋转定向天线、旋转编码器、接口和定位器之间通过总线连接传输数据，其中：信号处理器，用于发送控制信号；旋转定向天线，用于接收所述控制信号，根据所述控制信号进行旋转；旋转编码器，用于确定所述旋转定向天线的旋转角度，将所述旋转角度通过所述接口传输；定位器，与所述旋转编码器信号连接，用于确定与所述基站之间的距离，并接收所述旋转编码器传输的旋转角度，根据所述距离和所述旋转角度，确定所述定位器的当前位置。

一种定位装置，包括通过总线连接并传输数据的信号处理器、设置在基站中的旋转定向天线、旋转编码器和接口，其中：信号处理器，用于发射控制信号；旋转定向天线，用于接收所述控制信号，根据接收到的控制信号进行旋转；旋转编码器，用于确定所述旋转定向天线的旋转角度，将所述旋转角度通过所述接口传输。

一种定位器，包括：用于传输数据的接口；用于根据所述接口传输的数据，确定与基站之间的距离，并接收基站中的旋转编码器传输的旋转角度，根据距离和所述旋转角度，确定当前位置的信号处理器；所述接口和所述信号处理器之间通过总线连接传输数据。

通过上述提出的定位系统，通过信号处理器发送控制信号，控制旋转定向天线进行旋转，并使用旋转编码器测量得到旋转定向天线的旋转角度，最终根据距离和旋转角度，确定当前位置，从而实现定位。通过距离和角度，计算得到的定位位置，能够提高定位的精准性。

附图说明

图1本实用新型的实施例中，提出的定位系统结构组成示意图；

图2为本实用新型的实施例中，提出的定位装置结构组成示意图；

图3为本实用新型的实施例中，提出的定位器结构组成示意图。

具体实施方式

下面将结合各个附图对本实用新型实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细地阐述。

本实用新型实施例提出了一种定位系统，如图1所示，包括信号处理器21、设置在基站中的旋转定向天线22、旋转编码器23、接口51和定位器24。其中，信号处理器21、旋转定向天线22、旋转编码器23、接口51和定位器24之间通过总线连接，并通过总线传输数据。

信号处理器21，用于发射控制信号。

信号处理器21可以是中央信号处理器(英文：centralprocessingunit，缩写：CPU)，或者是CPU和硬件芯片的组合。信号处理器还可以是网络信号处理器(英文：networkprocessor，缩写：NP)。或者是CPU和NP的组合，或者是NP和硬件芯片的组合。

上述硬件芯片可以是以下一种或多种的组合：专用集成电路(英文：application-specificintegratedcircuit，缩写：ASIC)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmablegatearray，缩写：FPGA)，复杂可编程逻辑器件(英文：complexprogrammablelogicdevice，缩写：CPLD)。

具体地，信号处理器21可以按照存储器中存储的程序，发送控制信号。

旋转定向天线22，用于接收信号处理器21发送的控制信号，根据接收到的控制信号进行旋转。

具体地，本实用新型实施例提出的技术方案中，旋转定向天线，用于收发通讯数据，以及接收信号处理器发送的控制信号。

旋转编码器23，用于确定旋转定向天线22的旋转角度，将旋转角度通过接口51传输。

具体地，接口51可以是蓝牙接口或zigbee接口。

定位器24，用于确定与基站之间的距离，并接收旋转编码器23传输的旋转角度，根据距离和旋转角度，确定当前位置。

本实用新型实施例上述提出的定位系统，通过信号处理器发送控制信号，控制旋转定向天线进行旋转，并使用旋转编码器测量得到旋转定向天线的旋转角度，最终根据距离和旋转角度，确定当前位置，从而实现定位。通过距离和角度，计算得到的定位位置，能够提高定位的精准性。

其中，定位器24，具体用于确定基站发射信号的信号强度，以及基站的发射功率，根据信号强度和发射功率，确定与基站之间的距离。

具体地，定位器24，具体包括：

用于确定基站发射信号的信号强度的信号检测模块；

用于检测基站的发射功率的功率模块；

分别与信号检测模块和所述功率模块信号连接的距离测量模块，用于根据信号强度和发射功率，确定与所述基站之间的距离。

其中，定位器24，具体用于按照下述公式确定与所述基站之间的距离：

J＝R-B-A*logM-C*logF

其中，J是基站发射信号的信号强度，R是基站的发射功率，B是第一常数，A是第二常数，C是第三常数，F是接收频率，M是与基站之间的距离。

在上述公式中，第一常数取值为32.44，第二常数取值为20，第三常数取值为20。

则上述公式具体为：

RSSI接收功率(dBm)＝发射功率(dBm)-32.44-20*log(距离)-20*log(频率)

其中32.44是常数，距离和频率的单位是KM和MHz，发射功率已知，频率已知，因此通过测得的接收功率，可以直接计算出客户端到基站的直线距离。

具体地，定位器24，具体用于根据距离和旋转角度，确定和基站之间的水平距离以及垂直距离，基于距离公式，根据水平距离以及垂直距离确定当前位置。

该距离公式可以是欧式距离等。

在上述技术方案中，所述客户机接收来自基站的无线信号，记录所接收的信号强度RSSI，并将RSSI值转换为客户端与基站间的通讯距离，

定位器在获得与基站之间的距离时，由于无法获得与基站间的相对方向信息，因此并不能对当前位置进行定位，本实用新型提出的技术方案中，基站发出的数据包中包括由旋转解码器测得的定向天线和参考点(零刻度)间的夹角信息，定位器接收到该信息后，结合接收到的RSSI，计算出到与基站之间距离之后，即可进行定位。例如，假设接收到的距离为R，天线和零刻度间的夹角为A，则到基站的实际水平距离和垂直距离为R*cos(A)和R*sin(A)。

旋转编码器23，具体用于至少按照下述方式中的一种，确定旋转定向天线的旋转角度：

第一种方式：测量旋转定向天线的旋转角度。

第二种方式：确定旋转定向天线的旋转速度和定时器的定时周期，根据所述旋转速度和定时周期，确定旋转定向天线的旋转角度。

在上述技术方案中，定位器可以是具有蓝牙通讯功能的终端设备。

具体地，旋转编码器，具体包括：

用于测量旋转定向天线的旋转角度的角度测量模块；和/或用于设置定时周期的定时器。角度测量模块和定时器时间通过总线连接传输数据。

基于上述定位系统，以定位器是具有蓝牙通讯功能的终端设备未来，本实用新型进一步给出定位系统的工作原理，具体如下述：

步骤一：在定位区域，通过信号处理器，发送控制信号，打开定位基站。

步骤二：定位基站接收到控制信号，开启，并进行初始化。

步骤一～步骤二中的初始化包括旋转天线的初始定位，预先设定了旋转天线的零刻度参考点。

步骤三：定位基站的定向天线按照接收到的控制信号以固定的角速度旋转。

角速度可以是预先设定，或者是信号处理器根据设定的程序，控制定向天线旋转。

步骤四：旋转编码器获得定向天线的旋转角度。

具体地，信号处理器控制旋转编码器周期性获得定向天线的旋转角度。

步骤五：旋转编码器发送获得的旋转角度。

使用旋转编码器的可以准确得到定位天线相对于零刻度线的旋转角度，定位天线的旋转角度也可以通过信号处理器提供的PWM信号和定时器控制得到，在旋转速率w一定情况下，天线旋转的角度可以由w*t得到，t是定时器设定的定时周期，采用旋转编码器，能够得到精确的旋转角度。

步骤六：定位器接收旋转编码器发送的旋转角度，并获得RSSI数据。

步骤七：根据RSSI计算基站到定位器之间的直线距离，根据偏移角计算定位器相对于基站的水平垂直距离。

通常情况下，在进行定位时，定位误差的产生来源于两个因素，一个是由于障碍物或是干扰导致的RSSI数值跳动，另一个是定向天线波瓣的宽度，简单来说，波瓣越窄，辐射范围越小，定位精度越高。针对上述问题，本实用新型提出了一种定位系统，通过利用多数据包重叠覆盖定位区域的方法降低上述误差对定位的影响，提高定位精度。设波瓣的角度为A，旋转定向天线以固定的旋转角一次发送数据包，每次的旋转角固定，为B，且B<A。所以，每次定位，每个定位器都可以连续接收到多个数据包，次数为A/B。定位器的位置可以通过取多个连续数据包计算出的距离的平均值或是中值得到。这种时域上连续累加求平均的方法等效于时域滤波，可以使RSSI跳动导致的误差可以得到抑制；同时，通过天线波瓣导致的误差也从天线的实际波瓣宽度A降低到等效宽度B。为了进一步提高定位精确度，还可以采用机器学习的方法，通过对连续数据包RSSI和旋转角数据和实测距离、障碍物情况的对比，建立识别模型，增加定位距离精度以及识别中间是否存在障碍物等。

相应地，本实用新型还提出一种定位装置，如图2所示，该装置包括：通过总线连接并传输数据的信号处理器201、设置在基站中的旋转定向天线202、旋转编码器203和接口204，其中：

信号处理器201、旋转定向天线202、旋转编码器203和接口204之间通过总线连接。

信号处理器201，用于发射控制信号。

旋转定向天线202，用于接收控制信号，根据接收到的控制信号进行旋转。

旋转编码器203，用于确定所述旋转定向天线的旋转角度，将所述旋转角度通过所述接口204传输。

具体地，上述接口204可以是蓝牙接口。

相应地，本实用新型还提出一种定位器，如图3所示，该定位器可以是具备蓝牙通讯的终端设备，包括：

用于传输数据的接口301。

用于根据接口301传输的数据，确定与基站之间的距离，并接收旋转编码器传输的旋转角度，根据距离和旋转角度，确定当前位置的信号处理器302。

其中，接口301和信号处理器302之间通过总线连接传输数据。

接口301是蓝牙接口。

本领域的技术人员应明白，本实用新型的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本实用新型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，本实用新型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、只读光盘、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种定位系统，其特征在于，包括信号处理器、设置在基站中的旋转定向天线、旋转编码器、接口和定位器，信号处理器、设置在基站中的旋转定向天线、旋转编码器、接口和定位器之间通过总线连接传输数据，其中：

信号处理器，用于发送控制信号；

旋转定向天线，用于接收所述控制信号，根据所述控制信号进行旋转；

旋转编码器，用于确定所述旋转定向天线的旋转角度，将所述旋转角度通过所述接口传输；

定位器，用于确定与所述基站之间的距离，并接收所述旋转编码器传输的旋转角度，根据所述距离和所述旋转角度，确定所述定位器的当前位置。

2.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位器，具体包括：

用于确定所述基站发射信号的信号强度的信号检测模块；

用于检测所述基站的发射功率的功率模块；

分别与所述信号检测模块和所述功率模块信号连接的距离测量模块，用于根据所述信号强度和发射功率，确定与所述基站之间的距离。

3.如权利要求1或2所述的定位系统，其特征在于，所述旋转编码器，具体包括：

用于测量所述旋转定向天线的旋转角度的角度测量模块；

用于设置定时周期的定时器。

4.一种定位装置，其特征在于，包括通过总线连接并传输数据的信号处理器、设置在基站中的旋转定向天线、旋转编码器和接口，其中：

信号处理器，用于发射控制信号；

旋转定向天线，用于接收所述控制信号，根据接收到的控制信号进行旋转；

旋转编码器，用于确定所述旋转定向天线的旋转角度，将所述旋转角度通过所述接口传输。

5.如权利要求4所述的定位装置，其特征在于，所述接口是蓝牙接口。

6.一种定位器，其特征在于，包括：

用于传输数据的接口；

用于根据所述接口传输的数据，确定与基站之间的距离，并接收基站中的旋转编码器传输的旋转角度，根据距离和所述旋转角度，确定当前位置的信号处理器；

所述接口和所述信号处理器之间通过总线连接传输数据。

7.如权利要求6所述的定位器，其特征在于，所述接口是蓝牙接口。