多目标射频定位系统、定位方法及初始距离量测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多目标射频定位系统、定位方法及初始距离量测方法，该多目标射频定位系统包含有多个收发器、至少一定位标签、一信号模组及一运算主机，该至少一定位标签设置于欲定位的目标物上，由收发器产生一发射信号及一发射信号电磁波；定位标签接收该发射信号电磁波并产生一调变信号电磁波；该收发器接收该调变信号电磁波并产生一调变信号；该信号模组中的处理单元将该调变信号藉由一识别信号解调变产生一接收信号，并将该接收信号与该发射信号混频得到一中频信号；一运算主机比对该中频信号与对应该中频信号的一初始中频信号得到一相位差，并根据相位差得知该定位标签与各该收发器的初始距离及距离变化量，藉此计算该定位标签的坐标位置。

【技术实现步骤摘要】
多目标射频定位系统、定位方法及初始距离量测方法
一种射频定位系统、定位方法及初始距离量测方法，藉由定位标签及收发器的双向信号传输，进行射频定位运算定位标签的坐标位置及定位标签中标签天线与收发器的初始距离。
技术介绍
应用于手术定位的定位技术包含机械式定位(mechanicalpositioning)、超音波定位(ultrasoundpositioning)、电磁定位(electromagneticpositioning)、光学定位(opticalpositioning)、射频定位(radiofrequencypositioning)及X光与CT定位等。目前市面上应用于手术导引(surgicalnavigation)的定位技术产品，大多数采用光学定位技术中的红外线定位，由光学探头(opticalprobe)及嵌入反光球(reflectivesphere)的参考框架(dynamicreferenceframe，DRF)组成，通过将参考框架安装于手术器械及患部上，利用光学技术追踪手术器械及患部的相对位置，再藉由手术导引软体协助医师精准操作器械，然而临床资料显示，光学定位技术存在直视性遮蔽问题且参考框架体积大，手术空间易受局限，装置普遍而言较为笨重，且容易影响医师操作器械手感。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种射频定位系统，利用无线射频的信号传输进行定位。本专利技术多目标射频定位系统包含有多个收发器、至少一定位标签、一信号模组及一运算主机，其中：各收发器包含：一发射电路，连接一发射天线，该发射电路产生一发射信号，通过该发射天线产生与该发射信号相对应的一发射信号电磁波对外传输；以及一接收电路，连接一接收天线，该接收电路通过该接收天线截取该至少一定位标签发出的一调变信号电磁波并产生一调变信号；该至少一定位标签包含：至少一标签电路与对应连接该标签电路的一标签天线，该标签天线接收该发射天线对外传输的发射信号电磁波，经该标签电路加入对应该标签天线的一识别码，该标签天线产生该调变信号电磁波向外传输；该信号模组包含：至少一处理单元、一多工器、一类比数位转换器，其中，该至少一处理单元与该多工器连接，每个处理单元会负责处理所对应标签天线的调变信号，各该处理单元包含有一辨识电路及多个处理电路，该辨识电路提供对应该标签天线的一识别信号给上述多个处理电路，供各该处理电路对该调变信号解调变，得到一接收信号，各该处理电路将该发射信号与该接收信号混频，产生一中频信号，并传输至该多工器，该多工器与该类比数位转换器连接，藉由该多工器简化信号传输的通道数，减少该信号模组所需要的类比数位转换器的通道数量，该类比数位转换器将该多工器传输的中频信号转换为数字信号格式；该运算主机连接该类比数位转换器，将该中频信号与对应该中频信号的一初始中频信号相互比对得到一相位差，由该相位差计算一距离变化量，并根据该距离变化量进行初始距离量测、各该收发器的坐标位置量测或是多目标射频定位。本专利技术初始距离量测方法，测量至少一定位标签中的至少一标签天线与多个收发器的初始距离，步骤包含有：计算至少一定位标签设置于多个相异且相对位置已知的坐标位置时，该标签天线与设置于多个相异已知坐标位置的多个收发器的距离变化量，当该至少一定位标签设置于各相对位置已知的坐标位置时，进行以下步骤：各该收发器中的该发射电路产生一发射信号，并通过该发射天线产生一发射信号电磁波向外传输；该至少一定位标签中的该标签天线接收该发射信号电射波，经过该标签电路加入与该标签天线相对应的一识别码，该标签天线产生一调变信号电磁波向外传输；各该收发器中的该接收天线接收该调变信号电磁波，与该接收天线相连接的该接收电路根据该调变信号电磁波产生一调变信号，并将该调变信号传送至该信号模组；该信号模组中的该辨识电路产生对应该标签天线的一识别信号，该处理单元中的各该处理电路藉由该识别信号对该调变信号解调变，产生一接收信号；各该处理电路将该发射信号与该接收信号混频获得一中频信号，再将该中频信号传输至该多工器；该多工器接收该处理单元所传输的该中频信号并传送至该类比数位转换器，该类比数位转换器将该中频信号转换为数字信号格式传输至该运算主机；该运算主机比对该中频信号与对应该中频信号的一初始中频信号，得到一相位差，藉由该相位差，根据距离变化量的计算公式计算各该收发器与该至少一定位标签中该标签天线的距离变化量，其中，上式中的△D代表距离变化量、λ代表波长、△Φ代表相位差、π代表圆周率。该运算主机根据该至少一定位标签中该标签天线与各该收发器的距离变化量，计算该标签天线与各该收发器的初始距离。本专利技术多目标射频定位方法，测量至少一定位标签中的至少一标签天线的坐标位置，步骤包含有：计算至少一定位标签设置于待定位的坐标位置时，与设置于多个相异已知坐标位置的多个收发器的距离，进行以下步骤：各该收发器中的该发射电路产生一发射信号，该发射天线产生一发射信号电磁波向外传输；该至少一定位标签中的该标签天线接收该发射信号电射波，经过该标签电路加入与该标签天线相对应的一识别码，该标签天线产生一调变信号电磁波向外传输；各该收发器中的该接收天线接收该调变信号电磁波，与该接收天线相连接的该接收电路根据该调变信号电磁波产生一调变信号，并将该调变信号传送至该信号模组；该信号模组中的该辨识电路产生对应该标签天线的一识别信号，该处理单元中的各该处理电路藉由该识别信号对该调变信号解调变，产生一接收信号；各该处理电路将该发射信号及该接收信号混频产生一中频信号，并将该中频信号传送至该多工器；该多工器接收该处理单元所传输的该中频信号并传送至该类比数位转换器，该类比数位转换器将该中频信号转换为数字信号格式传输至该运算主机；以及该运算主机比对该中频信号与对应该中频信号的一初始中频信号，得到一相位差，藉由该相位差，根据距离计算公式D＝ΔD+D1及距离变化量的计算公式计算各该收发器与该标签天线的距离，其中，D代表距离、ΔD代表距离变化量、D1代表初始距离、λ代表波长、△Φ代表相位差、π代表圆周率；该运算主机根据该至少一定位标签中该标签天线与各该收发器的距离及各该收发器的已知坐标位置，计算该标签天线的坐标位置。本专利技术通过该至少一定位标签与多个收发器双向电磁波信号传输，计算该至少一定位标签中该标签天线与多个收发器的初始距离，可应用于射频定位装置的初始化；执行射频定位时，本专利技术通过该标签天线与多个收发器的初始距离，以及各收发器对应该标签天线的中频信号与初始中频信号的相位差，量测该至少一定位标签中该标签天线的坐标位置及该至少一定位标签的方位。附图说明图1：本专利技术多目标射频定位系统的示意图。图2：本专利技术多目标射频定位系统中收发器的示意图。图3：本专利技术多目标射频定位系统中定位标签的示意图。图4A：本专利技术多目标射频定位系统中信号模组的示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多目标射频定位系统，其特征在于，包含有多个收发器、至少一定位标签、一信号模组及一运算主机，其中：/n各收发器包含：/n一发射电路，连接一发射天线，所述发射电路产生一发射信号，通过所述发射天线产生与所述发射信号相对应的一发射信号电磁波对外传输；以及/n一接收电路，连接一接收天线，所述接收电路通过所述接收天线截取所述至少一定位标签发出的一调变信号电磁波并产生一调变信号；/n所述至少一定位标签包含：/n至少一标签电路与对应连接所述标签电路的一标签天线，所述标签天线接收所述发射天线对外传输的所述发射信号电磁波，经所述标签电路加入对应所述标签天线的一识别码，所述标签天线产生所述调变信号电磁波向外传输；/n所述信号模组连接各收发器，且包含有：/n至少一处理单元，包含有一辨识电路及多个处理电路，所述处理电路的数目与所述收发器的总数一致，所述辨识电路提供对应所述标签天线的一识别信号给所述多个处理电路，供各所述处理电路对所述调变信号解调变得到一接收信号，各所述处理电路将所述发射信号与所述接收信号混频，产生一中频信号；/n一多工器，与所述至少一处理单元连接，接收所述至少一处理单元传输的所述中频信号并向外传输；以及/n一类比数位转换器，与所述多工器连接，藉由所述多工器简化信号传输的通道数，减少所述信号模组所需要的类比数位转换器的通道数量，所述类比数位转换器将所述多工器传输的所述中频信号转换为数字信号格式；/n所述运算主机连接所述类比数位转换器，将所述中频信号与对应所述中频信号的一初始中频信号相互比对得到一相位差，由所述相位差计算一距离变化量，并根据所述距离变化量进行初始距离量测、各所述收发器的坐标位置量测或是多目标射频定位。/n...

【技术特征摘要】
20191129 TW 1081437091.一种多目标射频定位系统，其特征在于，包含有多个收发器、至少一定位标签、一信号模组及一运算主机，其中：
各收发器包含：
一发射电路，连接一发射天线，所述发射电路产生一发射信号，通过所述发射天线产生与所述发射信号相对应的一发射信号电磁波对外传输；以及
一接收电路，连接一接收天线，所述接收电路通过所述接收天线截取所述至少一定位标签发出的一调变信号电磁波并产生一调变信号；
所述至少一定位标签包含：
至少一标签电路与对应连接所述标签电路的一标签天线，所述标签天线接收所述发射天线对外传输的所述发射信号电磁波，经所述标签电路加入对应所述标签天线的一识别码，所述标签天线产生所述调变信号电磁波向外传输；
所述信号模组连接各收发器，且包含有：
至少一处理单元，包含有一辨识电路及多个处理电路，所述处理电路的数目与所述收发器的总数一致，所述辨识电路提供对应所述标签天线的一识别信号给所述多个处理电路，供各所述处理电路对所述调变信号解调变得到一接收信号，各所述处理电路将所述发射信号与所述接收信号混频，产生一中频信号；
一多工器，与所述至少一处理单元连接，接收所述至少一处理单元传输的所述中频信号并向外传输；以及
一类比数位转换器，与所述多工器连接，藉由所述多工器简化信号传输的通道数，减少所述信号模组所需要的类比数位转换器的通道数量，所述类比数位转换器将所述多工器传输的所述中频信号转换为数字信号格式；
所述运算主机连接所述类比数位转换器，将所述中频信号与对应所述中频信号的一初始中频信号相互比对得到一相位差，由所述相位差计算一距离变化量，并根据所述距离变化量进行初始距离量测、各所述收发器的坐标位置量测或是多目标射频定位。


2.如权利要求1所述的多目标射频定位系统，其特征在于，所述多个收发器的多个发射电路，以分频多工、分时多工、分频分时多工三种方式中其中一种产生所述多个发射信号，在同时间发出的发射信号频率不会重叠。


3.如权利要求1所述的多目标射频定位系统，其特征在于，所述至少一定位标签包含多个标签电路，各所述标签电路连接至对应的标签天线，所述标签天线的总数目与所述标签电路的数目相同；所述信号模组中的所述至少一处理单元的数目与所述标签天线的总数相同，每个处理单元负责处理所对应标签天线的调变信号。


4.如权利要求1所述的多目标射频定位系统，其特征在于，所述至少一定位标签为多个定位标签；所述信号模组中的所述至少一处理单元的数目与所述标签天线的总数相同，每个处理单元负责处理所对应标签天线的调变信号。


5.一种初始距离量测方法，其特征在于，包含有：
A.计算至少一定位标签设置于多个相异且相对位置已知的坐标位置时，所述至少一定位标签中的一标签天线与设置于多个相异已知坐标位置的多个收发器的距离变化量，当所述至少一定位标签设置于各相对位置已知的坐标位置时，进行以下步骤：
a1.各所述收发器中的一发射电路产生一发射信号，并通过与所述发射电路连接的一发射天线产生一发射信号电磁波向外传输；
a2.所述至少一定位标签中的所述标签天线接收所述发射信号电射波，经过与所述标签天线连接的一标签电路加入与所述标签天线相对应的一识别码，所述标签天线产生一调变信号电磁波向外传输；
a3.各所述收发器中的一接收天线接收所述调变信号电磁波，与所述接收天线连接的一接收电路根据所述调变信号电磁波产生一调变信号，并将所述调变信号传送至一信号模组；
a4.所述信号模组中的至少一处理单元中的一辨识电路产生对应所述标签天线的一识别信号，所述至少一处理单元中的多个处理电路藉由所述识别信号对所述调变信号解调变，产生一接收信号；
a5.各所述处理电路将所述发射信号与所述接收信号混频产生一中频信号，并将所述中频信号传送至一多工器；
a6...

【专利技术属性】
技术研发人员：安乃骏，蔡修安，陈硕卿，
申请(专利权)人：财团法人金属工业研究发展中心，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71