一种对移动终端进行精确定位的装置及算法

摘要

本发明公开了一种对移动终端进行精确定位的装置及算法，所述的装置包括定位端接单元A、定位端接单元B和移动定位终端接收单元M，所述的定位端接单元A固定安装在隧道的一端，定位端接单元B固定安装在隧道的另一端，移动定位终端接收单元M安装在移动终端上。本发明利用漏泄电缆在所覆盖范围内的任意点的电波链路损耗值不同，通过在漏泄电缆两端分别设置一个电波发射器，然后借助移动终端的功率检测单元，分别接收漏泄电缆两端的发射信号，检测计算两路信号各自的功率电平值RSSI，对2路电波进行对比计算，从而得出移动终端相对于漏泄电缆的位置，再与漏泄电缆在空间中的绝对位置相加，从而确定出移动终端在空间中的绝对位置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络移动台的定位技术，特别是一种对移动终端进行 精确定位的装置及算法。

背景技术

无线网络移动台的定位技术作为无线电探测的一个重要课题吸引了大量的 科研工作者进行研究，同时也提出了很多定位方法。目前已经在使用且技术比 较成熟的定位系统主要包括：GPS卫星定位系统、蜂窝移动通信移动台定位系 统以及无线传感器网络的移动终端定位系统等。若将以上所述的定位技术应用 于隧道、矿井及某些楼道中时，由于此类环境结构比较狭长，尤其在一些转弯 处，GPS定位技术与蜂窝移动通信移动台定位技术几乎无法使用，而基于无线 传感器网络的移动终端定位技术也会受到很大限制，定位精度也会大大降低， 除非大量增加定位基站，这样势必会提高定位成本，同时也加大了系统的维护 难度。基于以上考虑，该专利提出并研制了一种利用漏泄电缆对移动终端进行 精确定位的算法与装置，该定位系统可以在隧道、矿井或楼道中对移动终端进 行精确定位，且定位成本低、维护难度小。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以在隧道、矿井及 楼道中对移动终端进行精确定位，且定位成本低、维护难度小的对移动终端进 行精确定位的装置及算法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种对移动终端进行精确定位的装置，包括定位端接单元A、定位端接单 元B和移动定位终端接收单元M，所述的定位端接单元A固定安装在隧道的一 端，定位端接单元B固定安装在隧道的另一端，移动定位终端接收单元M安装 在移动终端上，所述的定位端接单元A通过漏泄电缆与定位端接单元B连接， 移动定位终端接收单元M通过无线载波信号同时与定位端接单元A和定位端接 单元B连接，定位端接单元A和定位端接单元B通过漏泄电缆连接；

所述的定位端接单元A包括中央处理器A、调制解调单元A、射频前端单 元A、N型接口A、天线单元A、状态指示灯单元A；所述调制解调单元A与 中央处理器A连接，用于对编码数据进行调制及对解调后的数据解码，所述射 频前端单元A与调制解调单元A连接，用于将调制信号进行功率放大，然后送 至N型接口A进行电磁波发射，同时将N型接口A接收到的信号进行低噪声放 大，送入调制解调单元A进行解调，所述N型接口A用于与漏泄电缆连接，所 述状态指示灯单元A与中央处理器A连接，用于显示当前的工作状态，包括是 否正常上电，工作是否正常；所述的射频前端单元A包括低噪声放大单元A和 功率放大单元A；所述的中央处理器A还与启动按键连接；

所述的定位端接单元B的结构与定位端接单元A相同；

所述的移动定位终端接收单元M，包括中央处理器M、调制解调单元M、 射频前端单元M、N型接口M、天线单元M、校准按键、串口单元、功率检测 单元和状态指示灯单元M；所述调制解调单元M与中央处理器M连接，用于对 编码数据进行调制及对解调后的数据解码，所述射频前端单元M与调制解调单 元M连接，用于将调制信号进行功率放大，然后送至N型接口M进行电磁波 发射，同时将N型接口M接收到的信号进行低噪声放大，送入调制解调单元M 进行解调，所述N型接口M用于与天线连接，所述状态指示灯单元M与中央 处理器M连接，用于显示当前的工作状态，包括是否正常上电，工作是否正常， 所述串口单元与中央处理器M相连接，所述校准按键与中央处理器M连接，用 于根据不同的应用环境和漏泄电缆型号，对系统参数进行校准；所述的功率检 测单元一端与中央处理器M连接，另一端与低噪声放大单元M连接；所述的射 频前端单元M包括低噪声放大单元M和功率放大单元M。

本发明所述的移动定位终端接收单元M还包括LCD显示单元(32)，所述 LCD显示单元(32)与中央处理器M连接，用于显示当前位置数据。

本发明所述的移动定位终端接收单元M中的N型接口M用SMA型接口代 替。

一种对移动终端进行精确定位的算法，包括以下步骤：

A、定位端接单元A和定位端接单元B分别以分频或分时的方式，连续发 射经过调制且具有一定编码的载波信号，载波频率的选择要考虑应用系统的功 能和所处的环境；

B、移动定位终端接收单元M分别接收定位端接单元A和定位端接单元B 的无线载波信号，经低噪声放大器将信号放大；

C、同时移动定位终端接收单元M经功率放大器发送信号至定位端接单元A 和定位端接单元B，进行通信链路的协调；

D、在移动定位终端接收单元M中，对经过低噪声放大器放大的两路无线 载波信号，分别进行解调与解码，同时利用移动定位终端接收单元M中的功率 检测单元检测两路无线载波信号的接收功率电平值RSSI，将解码数据与功率电 平值RSSI数据送中央处理器M进行处理；

E、对解码数据与功率电平值RSSI进行合并处理后，得出定位端接单元A 和定位端接单元B与移动定位终端接收单元M之间的无线电波链路损耗值R1 和R₂，该值为漏泄电缆的传输损耗值和耦合损耗值之和；

F、根据不同的应用环境和漏泄电缆型号，结合预先得出的位置数据与接收 功率值，对R₁和R₂进行修正与校准，校准系数分别为K₁和K₂，系统校准因子 为K₀，系统校准因子K₀的值一般可取移动定位终端接收单元在漏泄电缆某端得 到的RSSI值，通过校准建立系统的基准参数，将以上参数代入以下公式中：

$D=\frac{L}{2}\times (1-\frac{K_1{R}_1-K_2{R}_2}{K_0})$

得出移动定位终端接收单元M的相对于漏泄电缆一端或另一端的相对位置D， 其中L为定位端接单元A和定位端接单元B的距离，即当前漏泄电缆的长度。

本发明所述的步骤C省略。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用漏泄电缆在所覆盖范围内的任意点的电波链路损耗值不同， 该损耗值等于传输损耗值与耦合损耗值之和，通过在漏泄电缆两端分别设置一 个电波发射器，然后借助移动终端的功率检测单元，分别接收漏泄电缆两端的 发射信号，检测计算两路信号各自的功率电平值RSSI，对2路电波进行对比计 算，从而得出移动终端相对于漏泄电缆的位置，再与漏泄电缆在空间中的绝对 位置相加，从而确定出移动终端在空间中的绝对位置。本发明的定位技术的精 度与工作频率有关系，频率越高，定位精度越高，可以精确到0.5-3米；与现 有隧道中的定位技术，例如zigbee定位技术，精度大大提高。

2、由于本发明用于定位的设备，仅采用了漏泄电缆和很少量的定位端接设 备，因此相对于其他定位技术大量的定位用基站相比，成本很低。

3、由于本发明用于定位的设备仅有漏泄电缆和少量的定位端接设备，由于 数量少，且漏泄电缆本身可靠性较高，因此系统维护比较容易。

附图说明

本发明共有附图3张，其中：

图1为本发明的实施例实施效果图；

图2为本发明的定位端接机A/B的结构示意图；

图3为本发明的移动定位终端接收机的结构示意图。

图中：1、定位端接单元A，2、定位端接单元B，3、移动定位终端接收单 元M，4、漏泄电缆，11、中央处理器A，12、调制解调单元A，13、射频前端 单元A，14、低噪声放大单元A，15、功率放大单元A，16、接口A，17、状态 指示灯单元A，18、启动按键，21、中央处理器M，22、调制解调单元M，23、 射频前端单元M，24、低噪声放大单元M，25、功率放大单元M，26、接口M， 27、状态指示灯单元A，28、天线单元M，29、校准按键，30、串口单元，31、 功率检测单元，32、LCD显示单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-3所示，一种对移动终端 进行精确定位的装置，包括定位端接单元A1、定位端接单元B2和移动定位终 端接收单元M3，所述的定位端接单元A1固定安装在隧道的一端，定位端接单 元B2固定安装在隧道的另一端，移动定位终端接收单元M3安装在移动终端上， 所述的定位端接单元A1通过漏泄电缆4与定位端接单元B2连接，移动定位终 端接收单元M3通过无线载波信号同时与定位端接单元A1和定位端接单元B2 连接，定位端接单元A1和定位端接单元B2通过漏泄电缆4连接；

所述的定位端接单元A1包括中央处理器A11、调制解调单元A12、射频前 端单元A13、N型接口A16、天线单元A、状态指示灯单元A17；所述调制解调 单元A12与中央处理器A11连接，用于对编码数据进行调制及对解调后的数据 解码，所述射频前端单元A13与调制解调单元A12连接，用于将调制信号进行 功率放大，然后送至N型接口A16进行电磁波发射，同时将N型接口A16接收 到的信号进行低噪声放大，送入调制解调单元A12进行解调，所述N型接口A16 用于与漏泄电缆4连接，所述状态指示灯单元A17与中央处理器A11连接，用 于显示当前的工作状态，包括是否正常上电，工作是否正常；所述的射频前端 单元A13包括低噪声放大单元A14和功率放大单元A15；所述的中央处理器A11 还与启动按键18连接；

所述的定位端接单元B2的结构与定位端接单元A1相同；

所述的移动定位终端接收单元M3，包括中央处理器M21、调制解调单元 M22、射频前端单元M23、N型接口M26、天线单元M28、校准按键29、串口 单元30、功率检测单元31和状态指示灯单元M27；所述调制解调单元M22与 中央处理器M21连接，用于对编码数据进行调制及对解调后的数据解码，所述 射频前端单元M23与调制解调单元M22连接，用于将调制信号进行功率放大， 然后送至N型接口M26进行电磁波发射，同时将N型接口M26接收到的信号 进行低噪声放大，送入调制解调单元M22进行解调，所述N型接口M26用于 与天线连接，所述状态指示灯单元M27与中央处理器M21连接，用于显示当前 的工作状态，包括是否正常上电，工作是否正常，所述串口单元30与中央处理 器M21相连接，所述校准按键29与中央处理器M21连接，用于根据不同的应 用环境和漏泄电缆4型号，对系统参数进行校准；所述的功率检测单元31一端 与中央处理器M21连接，另一端与低噪声放大单元M24连接；所述的射频前端 单元M23包括低噪声放大单元M24和功率放大单元M25。

本发明所述的移动定位终端接收单元M3还包括LCD显示单元32，所述 LCD显示单元32与中央处理器M21连接，用于显示当前位置数据。

本发明所述的移动定位终端接收单元M3中的N型接口M26用SMA型接 口代替。

一种对移动终端进行精确定位的算法，包括以下步骤：

A、定位端接单元A1和定位端接单元B2分别以分频或分时的方式，连续 发射经过调制且具有一定编码的载波信号，载波频率的选择要考虑应用系统的 功能和所处的环境；

B、移动定位终端接收单元M3分别接收定位端接单元A1和定位端接单元 B2的无线载波信号，经低噪声放大器将信号放大；

C、同时移动定位终端接收单元M3经功率放大器发送信号至定位端接单元 A1和定位端接单元B2，进行通信链路的协调；

D、在移动定位终端接收单元M3中，对经过低噪声放大器放大的两路无线 载波信号，分别进行解调与解码，同时利用移动定位终端接收单元M3中的功率 检测单元31检测两路无线载波信号的接收功率电平值RSSI，将解码数据与功率 电平值RSSI数据送中央处理器M21进行处理；

E、对解码数据与功率电平值RSSI进行合并处理后，得出定位端接单元A1 和定位端接单元B2与移动定位终端接收单元M3之间的无线电波链路损耗值 R1和R₂，该值为漏泄电缆4的传输损耗值和耦合损耗值之和；

F、根据不同的应用环境和漏泄电缆4型号，结合预先得出的位置数据与接 收功率值，对R₁和R₂进行修正与校准，校准系数分别为K₁和K₂，系统校准因 子为K₀，系统校准因子K₀的值一般可取移动定位终端接收单元在漏泄电缆某端 得到的RSSI值，通过校准建立系统的基准参数，将以上参数代入以下公式中：

$D=\frac{L}{2}\times (1-\frac{K_1{R}_1-K_2{R}_2}{K_0})$

得出移动定位终端接收单元M3的相对于漏泄电缆4一端或另一端的相对位置 D，其中L为定位端接单元A1和定位端接单元B2的距离，即当前漏泄电缆4 的长度。

本发明所述的步骤C省略。