基于码分多址的室内定位装置及方法制造方法及图纸

技术编号:10814263 阅读:56 留言:0更新日期:2014-12-24 18:47
基于码分多址的室内定位系统,由控制器、至少三个不在同一直线上的基站和若干待定位终端组成,所述控制器由通信控制模块和与其连接的同步控制模块与定位计算模块组成,所述基站能够与待定位终端和控制器进行通信,所述各个定位终端能够发射相互正交的定位码,所述基站由射频单元和基带处理单元组成,所述射频单元将接收的射频信号转降频为中频信号并转换成数字信号输入到基带处理单元,所述基带处理单元对输入信号进行处理分析得到伪距,并发送至控制器。本发明专利技术还公开了一种基于码分多址的室内定位方法。本发明专利技术利用码分多址原理,根据码型之间的差异分离出需要的信号,因此实现高容量的定位,同时能够实现定位的高动态性能。

【技术实现步骤摘要】
基于码分多址的室内定位装置及方法
本专利技术涉及定位
,特别涉及一种基于码分多址的室内定位装置及方法。
技术介绍
导航与位置服务攸关国家安全、经济发展和社会民生,随着无线通信技术的发展,以目前的技术实现条件,无线通信系统使用的多址接入方式主要有FDMA、TDMA、CDMA三种方式。GLONASS是俄罗斯采用的全球卫星导航系统,采用频分多址(FDMA),利用不同的载波频率来发射,因此卫星的识别是利用载波频率,而不是编码序列,由于频谱是不可再生的资源,故而容量十分有限。GPS是目前应用最为广泛的室外定位系统,采用CDMA技术,其优势是卫星有效覆盖范围大,定位导航信号免费,但定位信号到达地面较弱,不能穿透建筑物,因此不适合室内定位。室内定位目前主要广泛使用的有蓝牙、Wifi和RFID技术等。基于蓝牙技术的室内定位主要依靠测量信号强度(RSSI),适用于小范围的定位,但是对于复杂的空间环境,稳定性较差,受噪声和多径效应影响较大。Wifi定位有很多算法,如RSSI、相位(POA)、时间(TOA)和时间差(TDOA),目前广泛使用的是基于RSSI的测量,它采用射频指纹匹配方法,从指纹库中查找最接近的N个邻居,取它们坐标的平均作为坐标估计。TOA和TDOA算法一般采用时分多址(TDMA)方式,在一个载频上,把时间分成周期性的帧,每一帧又进一步分成若干个时隙,帧和时隙在时间上均不重叠,每个时隙就是一个通信信道,当定位终端需要收发信息时,系统分配一个时隙给该定位终端,每个定位终端只能在系统指定的时隙内向基站发送信号,因此当定位终端数量较多时,即系统容量较大时,系统的动态性能差。在系统实现同步的条件下基站可以在各时隙中正确收到定位终端发来的信号,但是TDMA需要精确的系统同步、帧同步和位同步,同步的好坏对系统性能影响较大。RFID技术可以同时处理多个标签,实现批量识别,但它同样采用了RSSI的测量方式,标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息或者由标签主动发送某一频率的信号,解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行相关的数据处理。当发射信号速率提高后,接收端码间干扰将显著增大。
技术实现思路
为克服现有室内定位方法容量低、动态性能差、码间干扰大的技术缺陷,本专利技术公开了一种基于码分多址的室内定位装置及方法。本专利技术所述基于码分多址的室内定位系统,由控制器、至少三个不在同一直线上的基站和若干待定位终端组成,所述控制器由通信控制模块和与其连接的同步控制模块与定位计算模块组成,所述基站能够与待定位终端和控制器进行通信,所述各个定位终端能够发射相互正交的定位码,所述基站由射频单元和基带处理单元组成,所述射频单元将接收的射频信号转降频为中频信号并转换成数字信号输入到基带处理单元,所述基带处理单元对输入信号进行处理分析得到伪距,并发送至控制器。具体的,所述待定位终端包括依次连接的通信控制模块、本地时钟、定位码发生器、调制器、终端放大器、终端天线,还包括与调制器连接的本地载波发生器。具体的,所述基站射频单元包括依次连接的基站天线、前置放大器、下变频器、滤波器和A/D转换器;所述基带处理单元包括依次连接的数字接收机通道、微处理器和存储器,以及与数字接收机通道连接的本地时钟和频率合成器,所述频率合成器的输出端与下变频器连接,还包括与频率合成器的输入端连接的基准振荡器,所述基带处理单元还包括连接在本地时钟与微处理器之间的通信控制模块;所述数字接收机通道为一个或并联的多个。进一步的,所述基站基带处理单元中的数字接收机通道、微处理器和存储器、通信控制模块、本地时钟、频率合成器和基准振荡器中至少一个为基于DSP或FPGA的软件编程实现。进一步的,所述基站基带处理单元的数字接收机通道包括Costas环路和延迟锁定环路;所述Costas环路由同相处理支路、正交处理支路和第一反馈支路组成,所述同相处理支路和正交处理支路均由依次连接的第一乘法器、第二乘法器和第一积分器组成,所述第一反馈支路由依次连接的载波环鉴相器、环路滤波器和本地载波发生器组成;两个第一积分器的输出端均与载波环鉴相器连接;本地载波发生器的输出端与同相处理支路的第一乘法器,同时通过90度移相器与正交处理支路的第一乘法器连接;所述延迟锁定环路包括与所述Costas环路共用的两个第一乘法器和定位码发生器;所述延迟锁定环路包括同相超前支路、同相滞后支路、反相超前支路、反相滞后支路和第二反馈支路;所述同相超前支路、同相滞后支路、反相超前支路、反相滞后支路和第二反馈支路均由第三乘法器和与第三乘法器输出端连接的第二积分器组成;其中同相超前支路、同相滞后支路的第三乘法器与Costas环路中同相处理支路的第一乘法器输出端连接,反相超前支路、反相滞后支路的第三乘法器与Costas环路中反相处理支路的第一乘法器输出端连接;所述第二反馈支路包括依次连接的码相位鉴别器、环路滤波器、定位码发生器,还包括与定位码发生器时钟输入端连接的本地时钟;所述定位码发生器的输出端与延迟锁定环路中的四个第三乘法器连接,还与Costas环路中的两个第二乘法器连接。优选的,所述第一和/或第二积分器替换为低通滤波器。本专利技术还公开了一种基于码分多址的室内定位方法,包括如下步骤:S1.控制器发送同步信号使所有基站同步;待定位终端与基站同步;S2.同步完成后,待定位终端将调制后的定位码每隔预定时间间隔重复发送;不同待定位终端发送的定位码两两正交;S3.基站接收机收到待定位终端发来的信号,转换成数字中频信号后进行载波跟踪和定位码跟踪,提取出定位码相位后将定位码相位转换为伪距;S4.各个基站将伪距信息传输到控制器,利用双曲定位原理,求解出待定位终端的具体坐标。具体的,所述步骤S1中控制器与基站同步的方法具体为:S11.控制器向所有基站发送开始定位指令;S12.基站在收到控制器的开始定位指令后,每一基站均向控制器发送确认信号,控制器直到接收到全部基站的确认信号后,控制器中使所有基站的本地时钟模块同步。S13.定位终端通过预设频率发送同步帧,使其与一个参考基站初同步。具体的,所述步骤S3中进行载波跟踪和定位码跟踪的具体方式为:S31.输入的中频信号首先与本地载波发生器产生的同相与正交载波相乘,得到同相信号I与正交信号Q;S32.将这两路信号分别与定位码发生器产生的定位码相乘;S33.经过低通滤波或积分累加滤除高频成分,计算出码相位误差并经过滤波后反馈到定位码发生器以调整定位码的相位,实现定位码跟踪;S34计算出本地载波与定位终端载波之间的相位误差并反馈给本地载波发生器以调整本地载波的相位和频率,实现载波跟踪。具体的,所述步骤S32中的定位码发生器产生三组定位码,包括超前码、中间码和滞后码;超前码和滞后码的码相位分别相对于中间码超前和滞后N个码片,所述N为小于1的正数。与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:本专利技术利用定位码之间的正交性来区分不同定位终端,在同频同时的条件下,各个基站根据分配给不同定位终端码型的差异分离出需要的信号,通过分离出的信号提取有效数据,进行伪距计算。在同频同时的条件下,各个基站接收机根据码型之间的差异分离出需要的信号,因此实现高容量的定位。同时,基站内部相关检测环节本文档来自技高网
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基于码分多址的室内定位装置及方法

【技术保护点】
基于码分多址的室内定位系统,其特征在于,由控制器、至少三个不在同一直线上的基站和若干待定位终端组成,所述控制器由通信控制模块和与其连接的同步控制模块与定位计算模块组成,所述基站能够与待定位终端和控制器进行通信,所述各个定位终端能够发射相互正交的定位码,所述基站由射频单元和基带处理单元组成,所述射频单元将接收的射频信号转降频为中频信号并转换成数字信号输入到基带处理单元,所述基带处理单元对输入信号进行处理分析得到伪距,并发送至控制器。

【技术特征摘要】
1.基于码分多址的室内定位方法,其特征在于,包括如下步骤:S1.控制器发送同步信号使所有基站同步;待定位终端与基站同步;S2.同步完成后,待定位终端将调制后的定位码每隔预定时间间隔重复发送;不同待定位终端发送的定位码两两正交;S3.基站接收机收到待定位终端发来的信号,转换成数字中频信号后进行载波跟踪和定位码跟踪,提取出定位码相位后将定位码相位转换为伪距;S4.各个基站将伪距信息传输到控制器,利用双曲定位原理,求解出待定位终端的具体坐标;基站的接收机中内置至少一个数字接收机通道,并行的接收和分离信号;基站内部相关检测环节的个数与定位终端的个数相同,射频信号进入基站接收机后能够并行进行信号处理;所述步骤S1中控制器与基站同步的方法具体为:S11.控制器向所有基站发送开始定位指令;S12.基站在收到控制器的开始定位指令后,每一基站均向控制器发送确认信号,控制器直到接收到全部基站的确认信号后,控制器中使所有基站的本地时钟模块同步;所有基站同步中控制器中的同步控制通过通信控制模块使所有基站的本地时钟同步;S13.定位终端通过预设频率发送同步帧,使其与一个参考基站初同步;待定位终端发送射频伪码的时刻与基站进行约定,伪码发送时刻为同步后的多少个码元宽度,伪码用来捕获和跟踪;在捕获跟踪环路中,提取的伪码相位为定位终端的伪码,基站的伪码产生的时间偏置τ,在伪距计算中,第i个定位终端到第j个基站的伪距rij为:rij=c·τ,其中,c为光的传播速度;假设基站1的坐标为(x1,y1),基站2的坐标为(x2,y2),基站3的坐标为(x3,y3)定位终端坐标未知,设为(x,y),则:

【专利技术属性】
技术研发人员:陈祝明刘爽利杨伟航陈健
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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