一種實時精確判斷區域邊界的定位方法及定位系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種實時精確判斷區域邊界的定位方法，采用低頻和高頻兩個頻率信號的無線定位基站對區域邊界實施定位，無線定位裝置可以通過低頻無線信號或高頻無線信號與無線定位基站進行通信。定位系統是由無線定位基站和無線定位裝置構成。其特點是用低頻與高頻控制相結合的定位方式，充分利用低頻信號的穿透性強、近距離定位判斷的高準確性和高頻信號的傳輸距離遠、中遠距離定位判斷準確性較高的特點，極大的提高了室內和室外定位的區域邊界判斷的準確性、實時性，整個系統的實現成本較低，工作性能穩定可靠，適用范圍廣泛，為室內定位的廣泛應用和進一步的發展奠定了堅實的基礎。
【專利說明】一種實時精確判斷區域邊界的定位方法及定位系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及無線定位技術，特別涉及精確判斷區域邊界的定位方法及定位系統。

【背景技術】
[0002]隨著基于無線技術的室內定位技術的快速發展，室內無線定位在倉儲、安全防護、教育、物流、醫療等行業和領域都得到了廣泛應用。
[0003]現有室內定位方式，不論是采用區域定位還是精確定位，由于高頻無線信號受到NLOS即高頻電磁波在空間的非直線傳播的影響，都存在定位區域邊界模糊、定位區域誤判以及定位實時性差的缺陷，尤其在監獄、重要物品倉庫等涉及高保密性或高危險性的場所，對定位區域的邊界判斷要求非常精確，使得現有的定位技術在使用中受到了非常大的制約。
[0004]一些室內定位系統采用門禁的方式，雖然解決了區域邊界精確判斷的問題，但由于易用性差以及門禁的布設受到使用環境的限制，在開放區域或結構較為復雜的空間無法采用此種形式的室內定位系統。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種定位區域邊界判斷準確、實時性高、定位區域誤判率極低的一種實時精確判斷區域邊界的定位方法。
[0006]本發明的另一目的在于提供一種能夠實現精確定位，使用不受定位區域空間結構限制的實時精確判斷區域邊界的定位系統。
[0007]本發明的技術解決方案是:一種實時精確判斷區域邊界的定位方法，其特征在于采用低頻和高頻兩個頻率的無線定位基站對攜帶有無線定位裝置的物體實施定位，當無線定位裝置處在無線定位基站的低頻信號覆蓋區域時，無線定位基站發出的低頻信號激活無線定位裝置，無線定位裝置通過低頻天線與無線定位基站的低頻天線進行數據交換，然后無線定位裝置將低頻天線的編碼和信號能量信息發送給無線定位基站，經無線定位基站的微控制器處理分析后，得到無線定位裝置所處的位置信息；當無線定位裝置沒有處于無線定位基站的低頻信號覆蓋區域時，無線定位裝置的高頻模塊開始工作，與無線定位基站相連接的雙面定向天線接收無線定位裝置發送的高頻信號，經無線定位基站的微控制器分析處理后，得到無線定位裝置所處的位置信息。
[0008]可以采用分布式低頻天線列陣的方式擴大無線定位基站低頻信號的覆蓋區域。
[0009]一種實時精確判斷區域邊界的定位系統，其特征在于定位系統是由無線定位基站和無線定位裝置構成，無線定位基站主要是由微控制器、高頻收發模塊、雙面定向天線、低頻收發模塊及分布式低頻天線陣列構成，無線定位基站的微控制器經高頻收發模塊與雙面定向天線連接，通過雙面定向天線接收和發送高頻信號，實現無線定位基站與無線定位裝置間的高頻無線通信，同時，微控制器還經低頻收發模塊與分布式低頻天線陣列相連接，通過低頻天線接收和發送低頻信號，實現無線定位基站與無線定位裝置間的低頻無線通信；無線定位裝置主要是由微控制器、高頻收發模塊、高頻天線、低頻收發模塊和低頻天線構成，無線定位裝置的微控制器經高頻收發模塊與高頻天線相連接，與無線定位基站進行高頻無線通信，無線定位裝置的微控制器還經低頻收發模塊與低頻天線連接，與無線定位基站進行低頻通信。
[0010]所述的無線定位基站中的雙面定向天線由兩個背面相對的高頻天線構成，兩天線之間的空隙中填充有吸波材料。
[0011]所述的雙面定向天線為高頻定向窄波束天線。
[0012]所述的無線定位基站中的低頻天線為分布式低頻天線陣列。
[0013]所述的無線定位基站中的分布式低頻天線陣列是由一對到多對低頻天線構成。
[0014]所述的低頻天線陣列是以并行的方式與無線定位基站相連接。
[0015]本發明的方法是將高頻無線定位和低頻無線定位配合使用，在處于定位區域邊界較近的位置使用低頻無線定位方式實現對無線定位裝置的定位，在距離定位區域邊界較遠的位置使用高頻無線定位方式實現對無線定位裝置的定位。低頻無線定位是由無線定位基站控制的低頻天線產生交變磁場，當無線定位裝置進入到交變磁場區域內，無線定位裝置中的低頻天線在交變磁場的作用下產生能量并激活處于休眠狀態的無線定位裝置，無線定位裝置將通過低頻天線獲取的能量強度信息通過高頻天線發送給無線定位基站，無線定位基站將接收到的能量強度信息進行比較判斷后，計算出無線定位裝置所處的低頻區域位置。
[0016]高頻無線定位是利用雙面定向天線從同一個高頻電磁波源接收的信號能量強度的差異來判斷無線定位裝置所處的區域。無線定位裝置通過高頻天線發射高頻電磁波，雙面定向天線相繼接收到無線定位裝置發射的高頻信號，由無線定位基站將接收到的信息進行分析處理，計算出無線定位裝置所處的區域位置。
[0017]無線定位基站的低頻天線采用低頻天線陣列結構，在無線定位基站的控制下，構成低頻天線陣列的相鄰兩個低頻天線的控制區域相互疊加形成擴大的低頻控制區域。需要擴大定位區域時，只需增加分布式低頻天線陣列中的低頻天線數量，就可以方便的擴展低頻信號的覆蓋區域。
[0018]本發明的特點是:采用低頻定位與高頻定位相結合的方式，充分利用低頻信號的穿透性強、近距離定位準確性高的特點和高頻信號的傳輸距離遠、中遠距離定位準確性較高的特點，消除了定位區域的誤判，極大的提高了室內、室外定位區域邊界判斷的準確性和實時性，同時，整個系統的實現成本較低，工作性能穩定可靠，適用范圍廣泛，為定位技術的廣泛應用和進一步的發展奠定了堅實的基礎。通過低頻天線陣列的使用，可以使得室內定位技術不再受定位區域的空間結構限制，極大的擴展室內定位的使用范圍。通過在區域的邊界附近使用低頻無線技術，充分利用低頻技術穿透性強，不易受物體遮擋影響的特點，使得區域邊界判斷更準確、實時性更高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發明定位方法的工作原理圖；
圖2為本發明無線定位基站的原理框圖；
圖3為本發明無線定位裝置的原理框圖； 圖4為本發明一種實施方案的工作原理圖；
圖5為本發明另一種實施方案的工作原理圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明作進一步詳述:
如圖1、2、3所示，本發明的定位系統是由無線定位基站70和便攜式無線定位裝置60構成。圖1中給出的兩個無線定位裝置601、602分別位于低頻天線信號范圍內和低頻天線信號范圍外。
[0021]無線定位基站70是由微控制器71、高頻收發模塊72、雙面定向天線73、低頻收發模塊74和低頻天線75連接構成。無線定位基站的微控制器71經高頻收發模塊72與雙面定向天線73連接,雙面定向天線是由兩個背面相對的定向窄波束高頻天線731、732構成，兩天線之間的空隙中填充有吸波材料，通過雙面定向天線接收和發送高頻信號至無線定位裝置。微控制器還經低頻收發模塊74與分布式低頻天線陣列75連接，低頻天線陣列可以由一對低頻天線751、752所構成，或由多對低頻天線751...75η按一定間隔構成分布式低頻天線陣列，通過低頻天線接收和發送低頻信號至無線定位裝置。
[0022]無線定位裝置60采用便于移動目標攜帶的便攜式結構，如腕帶式或卡片式，它由微控制器61、高頻收發模塊62、高頻天線63、低頻收發模塊65、低頻天線66和報警裝置64連接構成。無線定位裝置60的微控制器61經高頻收發模塊62與高頻天線63連接，接收和發送高頻信號至無線定位基站。微控制器還經低頻收發模塊65與低頻天線66連接，接收和發送低頻信號至無線定位基站。
[0023]圖1中是在低頻天線信號覆蓋的區域10內按一定間距對稱放置的兩個與無線定位基站相連接的低頻天線，其中低頻天線751在區域102內，低頻天線752在區域101內，區域101和102的分界線為103。兩個無線定位裝置601和602，其中601處于低頻天線的信號覆蓋的范圍內，602處于低頻天線的信號覆蓋范圍之外。
[0024]如圖4所示，本實施例是針對需要擴展定位區域的需求所設計的，在低頻天線信號范圍的區域30內設置3對相隔一定距離的低頻天線，，其中低頻天線752、754、756設置在區域301內，低頻天線751、753、755設置在區域302內，區域301和302的分界線為303，形成低頻天線陣列，上述低頻天線陣列與無線定位基站70的微控制器采用并行方式連接。需要繼續擴大定位區域的覆蓋范圍時，只需通過增加與無線定位基站并行連接的低頻天線對的數量即可實現。無線定位基站其他結構與實施例1相同。
[0025]如圖5所示，本實施例是將無線定位基站安裝在室內定位區域50的出入口處，圖中為四個出入口 51、52、53、54，各出入口處設置有無線定位基站701、702、703、704，每個出入口的無線定位基站設一對低頻天線751、752，753,754, 755,756, 757、758。每個無線定位基站的雙面定向天線放置于墻的側壁上，以加強雙面定向天線的方向性，進一步提升定位的準確性。
[0026]本發明是通過以下方法實現對攜帶無線定位裝置的物體進行定位的:攜帶無線定位裝置601的物體進入到由無線定位基站70低頻天線或低頻天線列陣形成的低頻信號覆蓋區域101時，在交變電磁場的作用下，無線定位裝置的低頻天線66產生能量并通過低頻收發模塊65激活處于休眠狀態的微控制器61，微控制器開始通過低頻收發模塊65、低頻天線66和無線定位基站70的低頻天線陣列75以及低頻收發模塊74進行通信，將與低頻天線陣列75進行通信的低頻天線所對應的識別碼和接收到的低頻信號的能量強度值經微控制器61分析處理后，通過高頻收發模塊62、高頻天線63發送給無線定位基站70，經過無線定位基站70的高頻天線73、高頻收發模塊72將接收的信息送給微控制器71進行分析處理后得出無線定位裝置60所處的位置信息。無線定位基站還可根據需要，通過高頻收發模塊72和高頻天線73向無線定位裝置60發送報警信息，無線定位裝置60在接收到報警信息后使用報警裝置64以震動、聲音等形式進行報警。
[0027]由于連接到無線定位基站的低頻天線的信號覆蓋區域有限，如果無線定位裝置602快速通過無線定位基站低頻天線的信號區域，沒有被低頻天線所激活時，無線定位裝置的微控制器61將啟動高頻收發模塊62，通過高頻天線63發射高頻信號至無線定位基站70，無線定位基站的雙面定向天線73即兩個背面相對的高頻天線731、732分別接收來自無線定位裝置發射的高頻信號，并將接收的高頻信號能量強度信息經高頻收發模塊傳送至微控制器，經分析處理后可以得出無線定位裝置602所處的區域位置。
【權利要求】
1.一種實時精確判斷區域邊界的定位方法，其特征在于采用低頻和高頻兩個頻率的無線定位基站對區域邊界實施定位，與無線定位基站進行通訊聯系的無線定位裝置處在無線定位基站的低頻控制區域時，無線定位基站發出的低頻信號激活無線定位裝置，無線定位裝置通過低頻通信方式與無線定位基站的低頻天線進行數據交換，無線定位裝置將天線編碼和信號能量強度發送給無線定位基站，經無線定位基站的微控制器處理分析后，得到無線定位裝置所處的區域位置信息；無線定位裝置處于無線定位基站的低頻控制區域之外時，無線定位裝置的高頻模塊開始工作，無線定位基站的兩個背面相對的定向窄波束天線接收無線定位裝置發送的高頻信號，經無線定位基站的微控制器分析處理后，得到無線定位裝置所處的區域位置信息。
2.根據權利要求1所述的一種實時精確判斷區域邊界的定位方法，其特征在于無線定位基站的低頻天線采用低頻天線列陣方式擴大低頻控制區域。
3.一種實時精確判斷區域邊界的定位系統，其特征在于定位系統是由無線定位基站和無線定位裝置構成，無線定位基站主要是由微控制器、高頻收發模塊、雙面定向天線連接、低頻收發模塊與分布的低頻天線連接構成，無線定位基站的微控制器經高頻收發模塊與雙面定向天線連接，通過雙面定向天線接收和發送高頻信號至無線定位裝置，同時，微控制器還經低頻收發模塊與分布的低頻天線連接，通過低頻天線接收和發送低頻信號至無線定位裝置；無線定位裝置主要是由微控制器、高頻收發模塊、高頻天線、低頻收發模塊和低頻天線連接構成，無線定位裝置的微控制器經高頻收發模塊與高頻天線連接，接收和發送高頻信號至無線定位基站，無線定位裝置的微控制器還經低頻收發模塊與低頻天線連接，接收和發送低頻信號至無線定位基站。
4.根據權利要求3所述的一種實時精確判斷區域邊界的定位系統，其特征在于無線定位基站中的雙面定向天線由兩個背面相對的天線構成，兩天線之間的空隙中填充有吸波材料。
5.根據權利要求3所述的一種實時精確判斷區域邊界的定位系統，其特征在于所述的雙面定向天線為定向窄波束天線。
6.根據權利要求3所述的一種實時精確判斷區域邊界的定位系統，其特征在于所述的無線定位基站中的低頻天線為低頻天線陣列。
7.根據權利要求6所述的一種實時精確判斷區域邊界的定位系統，其特征在于所述的無線定位基站中的低頻天線陣列是由一對到多對低頻天線構成，每對低頻天線之間相聚一定間隔。
8.根據權利要求6所述的一種實時精確判斷區域邊界的定位系統，其特征在于所述的低頻天線陣列是以并行的方式與無線定位基站相連接。
【文檔編號】H04W64/00GK104363652SQ201410531947
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月11日 優先權日:2014年10月11日
【發明者】楊立新, 白海鳴, 夏世軒 申請人:大連誠高科技股份有限公司