基于多天线的全向射频定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于多天线的全向射频定位系统及方法，包括：定位节点(10)、锚节点(11)以及信号处理模块；所述锚节点(11)接收所述定位节点(10)发出的射频信号，并生成多组原始射频定位结果；所述信号处理模块对锚节点(11)的多组原始射频定位结果进行分析处理后得到定位节点(10)的位置信息，所述位置信息即为最终的射频定位结果。本发明专利技术可以对定位节点基于角度进行高精度的定位，定位精度不随目标距离的变化而变化。在定位过程中，即使定位节点与锚节点之间存在遮挡也能进行准确定位。本发明专利技术中采用的射频接收单元具备高精度非全向的特性，采用多个射频接收单元组合的方式并进行数据融合，可以达到对目标进行全向高精度定位。

【技术实现步骤摘要】
基于多天线的全向射频定位系统及方法
本专利技术涉及传感测量领域和移动定位
，具体地，涉及基于多天线的全向射频定位系统及方法。
技术介绍
近年来，出现多种用于局部和室内定位的系统和算法。目前比较常用的局部定位方法有基于接收信号强度(ReceivedSignalStrength,RSS)的定位方法基于到达角(ArrivalofAngle,AoA)的定位方法，基于到达时间(TimeOfArrive,TOA)的定位方法和基于到达时间差(TimeDifferentialOfArrive,TDOA)的定位方法。基于接收信号强度的定位方法的优势在于硬件的低成本，因为绝大多数的建筑物里面装有无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)以及多个AP(AccessPoint,AP)接入点，然而这种方法的定位精度低(大约数米)、复杂环境下不鲁棒、以及人工标定环境需要耗费大量时间。利用基于TDOA/TOA的超声波定位已经有很长的历史。相比于基于信号强度的定位，基于TOA的超声波定位的精度更好(大约10厘米)，但是也存在测量量程短、方向性差、复杂环境下不稳定等缺陷。同样的，超声波定位不具备空间中全向定位的能力。基于TOA、TDOA、RSSI的方式都需要事先布置多个锚节点在空间中的不同位置、然后通过三边测量、多边测量、指纹匹配等方式来对目标节点进行定位；而且各个锚节点之间的距离必须足够大、才能得到理想的精度。故锚节点一般都安装在建筑物上，需要有基础设施的支持。基于AoA的方式一般是利用多个固定位置的接受天线阵列去检测信号的信号的相位差，从而确定目标的角度位置。一般天线阵列之间的间距都非常小(小于载波的半波长)，AoA锚节点具有体积小的特点，可以装载在小型移动设备上，完成移动设备与目标节点之间的相对定位超宽带(Ultra-WideBand,UWB)技术具有工作距离远(可超过数百米)、高精度测距(可以达到10cm)的特性。同时，UWB是一种射频信号，可以穿透障碍，达到超视距定位的功能。为了提高对目标的定位精度，而越来越多地采用射频标签的方式，即利用信号特征匹配的方法。而这种射频标签定位技术依赖于昂贵的专业设备，不利于推广。经检索申请号：201010206570.8，名称为“射频标签定位系统,用以执行射频标签定位方法”，该射频定位系统包含一射频标签、至少一读取器及一后端服务器。射频标签周期地发送多个具有不同原始信号强度的标签信号，且每一标签信号的原始信号强度决定一相对于射频标签的收信边界。读取器用以读取标签信号，并可被读取器接收的标签信号为可接收信号。后端服务器依据可接收信号对应的收信边界决定该射频标签相对于读取器的可能位置范围。上述技术方案不能实现全向定位，且定位精度受目标距离的影响。申请号：200810148801.7，名称为“射频定位系统及方法”，用以定位一平面上的射频装置，能够提供更加多样化和准确的定位功能。该射频定位系统是利用射频装置在接收到一射频讯号时会产生一响应讯号的特性，来进行定位。该射频定位系统包含天线组、切换单元、射频模块及微控制单元。天线组包含复数个不同大小的天线。切换单元耦接至天线组。射频模块耦接至切换单元，用以产生该射频讯号。微控制单元耦接于切换单元与射频模块，用以控制切换单元选取天线组的其中一天线，并控制射频模块产生该射频讯号，以及根据使用该天线时能否接收到该响应讯号来估测射频装置与该射频定位系统的距离。上述技术方案需要复杂的控制技术，实现系统复杂，且定位精度不高。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于多天线的全向射频定位系统及方法。根据本专利技术提供的基于多天线的全向射频定位系统，包括：定位节点、锚节点以及信号处理模块；所述锚节点接收所述定位节点发出的射频信号，并生成多组原始射频定位结果；所述信号处理模块对锚节点的多组原始射频定位结果进行分析处理后得到定位节点的位置信息，所述位置信息即为最终的射频定位结果。优选地，所述锚节点包括N组射频接收单元，每组射频接收单元中设置有至少一个射频接收天线，所述射频接收天线与射频IC电连接，其中N为大于等于2的自然数。优选地，所述N组射频接收单元中的每组射频接收单元具有不同的位置和/或朝向，实现对定位节点的全向定位，每组射频接收单元会根据定位节点发出的射频信号生成一个原始射频定位结果。优选地，所述信号处理模块包括AoA算法模块，数据滤波模块以及加权融合模块；所述AoA算法模块，用于分别计算定位节点与锚节点中每组射频接收单元之间的到达角度，所述到达角度即原始射频定位结果；所述数据滤波模块，用于根据锚节点中的N组射频接收单元在接收定位节点发出的射频信号时的射频诊断信息，并对多组原始射频定位结果进行滤波处理；所述加权融合模块，用于根据锚节点中的N组射频接收单元在接收定位节点发出的射频信号时的射频诊断信息计算出每组射频接收单元的权重，并根据所述权重对N个原始射频定位结果进行加权融合，融合的结果即为最终的射频定位结果。优选地，所述射频诊断信息包括：RSSI、TOF。优选地，定位节点发射射频信号采用的是UWB技术。优选地，每组射频接收单元中包含有两个射频接收天线，所述射频诊断信息还包括：射频接收单元的两个接收天线之间的信号强度差；射频接收单元的FPRSSI和RSSI的差。优选地，所述数据滤波模块的滤波策略若满足如下任一条件，则滤除：条件一：某组射频接收单元两个接收天线之间的信号强度差超过某给定阈值，则认为该组射频接收单元的AoA数据无效，滤掉该AoA数据；条件二：某组射频接收单元FPRSSI和RSSI的差值超过了给定阈值，则认为该组射频接收单元的AoA数据无效，滤掉该AoA数据。优选地，所述加权融合模块的权值的确定策略满足如下原则：1)对于任两组射频接收单元，RSSI越大的一组AoA结果权重越大，当两组射频接收单元RSSI差值超过给定阈值时，RSSI小的射频接收单元的AoA结果权重为0；2)对于任两组射频接收单元，TOF越小，则AoA结果权重越大；3)对于任两组射频接收单元，接收天线之间的信号强度差越小的射频接受单元的AoA结果权重越大；4)对于任两组射频接收单元，FPRSSI和RSSI差值越小的那组射频接收单元的AoA结果权重越大；所述数据滤波模块滤波策略还包括：对每组射频接收单元进行中值滤波，即：对该接收单元前n次AoA数据进行排序，取中间值作为本次滤波后的AoA结果，n为正整数。根据本专利技术提供的基于多天线的全向射频定位方法，其特征在于，利用上述的基于多天线的全向射频定位系统进行定位。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术可以对定位节点进行高精度的定位，且基于角度的定位精度不随目标距离的变化而变化。2、本专利技术定位过程中，即使定位节点与锚节点之间存在遮挡也能进行准确定位。3、本专利技术中采用的射频接收单元具备高精度非全向的特性，采用多个射频接收单元组合的方式并进行数据融合，可以达到对目标进行全向高精度定位。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的基于多天线的全向射频定位系统的结构示意图；图2为AoA示意图；图3为基于双天线阵列的A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多天线的全向射频定位系统，其特征在于，包括：定位节点(10)、锚节点(11)以及信号处理模块；所述锚节点(11)接收所述定位节点(10)发出的射频信号，并生成多组原始射频定位结果；所述信号处理模块对锚节点(11)的多组原始射频定位结果进行分析处理后得到定位节点(10)的位置信息，所述位置信息即为最终的射频定位结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于多天线的全向射频定位系统，其特征在于，包括：定位节点(10)、锚节点(11)以及信号处理模块；所述锚节点(11)接收所述定位节点(10)发出的射频信号，并生成多组原始射频定位结果；所述信号处理模块对锚节点(11)的多组原始射频定位结果进行分析处理后得到定位节点(10)的位置信息，所述位置信息即为最终的射频定位结果。2.根据权利要求1所述的基于多天线的全向射频定位系统，其特征在于，所述锚节点(11)包括N组射频接收单元，每组射频接收单元中设置有至少一个射频接收天线，所述射频接收天线与射频IC电连接，其中N为大于等于2的自然数。3.根据权利要求2所述的基于多天线的全向射频定位系统，其特征在于，所述N组射频接收单元中的每组射频接收单元具有不同的位置和/或朝向，实现对定位节点(10)的全向定位，每组射频接收单元会根据定位节点(10)发出的射频信号生成一个原始射频定位结果。4.根据权利要求2所述的基于多天线的全向射频定位系统，其特征在于，所述信号处理模块包括AoA算法模块，数据滤波模块以及加权融合模块；所述AoA算法模块，用于分别计算定位节点(10)与锚节点(11)中每组射频接收单元之间的到达角度，所述到达角度即原始射频定位结果；所述数据滤波模块，用于根据锚节点(11)中的N组射频接收单元在接收定位节点(10)发出的射频信号时的射频诊断信息，并对多组原始射频定位结果进行滤波处理；所述加权融合模块，用于根据锚节点(11)中的N组射频接收单元在接收定位节点(10)发出的射频信号时的射频诊断信息计算出每组射频接收单元的权重，并根据所述权重对N个原始射频定位结果进行加权融合，融合的结果即为最终的射频定位结果。5.根据权利要求4所述的基于多天线的全向射频定位系统，其特征在于，所述射频诊断信息包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，何弢，廖文龙，张建飞，赵磊，黄定，刘力源，
申请(专利权)人：安徽酷哇机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34