專利名稱：無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位技術(shù)，特別涉及一種無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)及 其定位方法。
背景技術(shù)：
定位技術(shù)到目前為止，都是采用的無(wú)線信號(hào)定位的方法。現(xiàn)有定
位系統(tǒng)，基本上可以分為以GPS為代表的定位系統(tǒng)和以移動(dòng)通信網(wǎng) 絡(luò)為代表的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(包括GSM、 CDMA網(wǎng)絡(luò))定位系統(tǒng)。 GPS定位技術(shù)
被定位物體通過(guò)與之相連的GPS接收終端，同時(shí)接收四顆(至 少三顆)GPS衛(wèi)星發(fā)射的定位信號(hào)，計(jì)算出該物體所處的經(jīng)緯度和高 度坐標(biāo)(X， Y， Z)而實(shí)現(xiàn)定位。這種X， Y， Z位置坐標(biāo)信息，在 一般實(shí)際應(yīng)用中，必須與電子地圖配合使用，而且，往往還需要轉(zhuǎn)換 為我們所熟悉的地理位置信息，例如街道名稱，具體參考地點(diǎn)等，才 能真正方便使用。在對(duì)移動(dòng)目標(biāo)，例如車輛定位時(shí)，還需要將所算出 位置信息，通過(guò)現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，傳給控制中心，才能真正到達(dá)定 位的目的——對(duì)車輛的管理、監(jiān)控。就移動(dòng)目標(biāo)定位而言，GPS定位 系統(tǒng)至少需要GPS衛(wèi)星、GPS接收機(jī)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信終 端(GMS或CDMA收發(fā)模塊)及控制中心才能實(shí)現(xiàn)。GPS定位系統(tǒng) 的缺點(diǎn)，除了建立定位系統(tǒng)的成本及運(yùn)營(yíng)成本高以外(包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 使用費(fèi))，它的使用在城市中還受到極大的限制。因?yàn)槭褂肎PS設(shè)備 的重要前提之一，是GPS接收機(jī)與衛(wèi)星之間有直射路徑，而GPS信 號(hào)在建筑物密集的城區(qū)及建筑物內(nèi)部存在信號(hào)接收盲區(qū)。另外GPS 定位還要受到多徑效應(yīng)和許多其他因素的影響，包括初始定位信號(hào)捕 獲時(shí)間較長(zhǎng)等(通常為0.5 15min)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，在高樓林立的 城市，安裝GPS接收機(jī)的公交車輛，能夠正常接收GPS定位信號(hào)的 概率大約為70%左右。在一些特殊場(chǎng)合，如鋼筋混凝土建筑物內(nèi)、 地下室或礦井中，則完全收不到GPS信號(hào)。
移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)
基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)，除了要對(duì)現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的布局， 網(wǎng)絡(luò)基站和移動(dòng)終端的軟件和硬件做較大的改變外，它的使用，還要 受到城市中非視距傳播、多徑效應(yīng)和多址干擾等因素的極大影響。在
網(wǎng)絡(luò)布局上， 一般要求移動(dòng)終端，能夠同時(shí)與3個(gè)或3個(gè)以上基站， 進(jìn)行直接通信，通過(guò)各種復(fù)雜的測(cè)距、測(cè)向來(lái)確定移動(dòng)終端的位置。 而現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，主要考慮的是語(yǔ)音通信，因而，很難滿足定位 的要求。
綜上所述，現(xiàn)有定位技術(shù)和方法的主要缺點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資 大，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，不能在城市,或礦山井下等復(fù)雜的環(huán)境條件下工作， 因而不能滿足許多實(shí)際應(yīng)用的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)現(xiàn)有定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 成本高，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，使用場(chǎng)合受限的缺點(diǎn)，提供一種不依賴于GPS 和現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的，無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)及其定位方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是通過(guò)組建一個(gè)由若 干個(gè)具有固定位置，可以與控制中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的無(wú)線微功率收 發(fā)機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)，以及安裝在需要定位的可移動(dòng)目標(biāo)上的無(wú)線微功率 收發(fā)機(jī)，組成的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和可移動(dòng)目 標(biāo)的收發(fā)機(jī)的發(fā)射功率，接收靈敏度以及接收信號(hào)強(qiáng)度與傳輸距離之 間的關(guān)系，再利用已知的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)可移動(dòng)目標(biāo)的定 位；并利用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)目標(biāo)位置信息以及其它控制信息 的傳輸。(圖1)
網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)具有固定位置的無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)，被稱為一個(gè)網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)，安裝在需要定位的可移動(dòng)目標(biāo)上的無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)，被稱 為移動(dòng)目標(biāo)；所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)有線或無(wú)線的方式與控制中心相連接 以傳輸信息，其連接方式可以采用星狀，樹(shù)狀，網(wǎng)狀等多種方式；所 述網(wǎng)絡(luò)與控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相聯(lián)接；所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)之 間通過(guò)無(wú)線通信方式連接；所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的地址， 移動(dòng)目標(biāo)的身份識(shí)別信息以及網(wǎng)絡(luò)管理軟件；所述無(wú)線收發(fā)機(jī)由具有 完整的無(wú)線發(fā)射和接收功能的集成電路芯片構(gòu)成，它們也可以只具有單一的無(wú)線發(fā)射或接收的功能，它們的發(fā)射功率，滿足當(dāng)?shù)卣南?br> 關(guān)規(guī)定限制；當(dāng)所述網(wǎng)絡(luò)為Zigbee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)就是Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的FFD;移動(dòng)目標(biāo)就是Zigbee網(wǎng)絡(luò)的RFD。
采用上述無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的定位方法有下面幾種
第一種定位方法,稱為幾何中心定位法-
建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系，以收到移動(dòng)目標(biāo)信號(hào)最強(qiáng)
的1-3個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的幾何中心作為移動(dòng)目標(biāo)的位置；
這里所述的移動(dòng)目標(biāo)信號(hào)，可以是移動(dòng)目標(biāo)自身單方向發(fā)出的身 份碼信號(hào)，也可以是移動(dòng)目標(biāo)收到系統(tǒng)的呼叫信號(hào)后，返還給網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)的回應(yīng)信號(hào)。
這里需要說(shuō)明的是，呼叫回應(yīng)信號(hào)不同于移動(dòng)目標(biāo)自身發(fā)出的信
號(hào)，這兩者的差別是后者只取決于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能否接收到移動(dòng)目標(biāo)的 信號(hào)，它是一種單方向通信，而前者在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠接收到移動(dòng)目標(biāo) 的呼叫回應(yīng)信號(hào)之前，首先移動(dòng)目標(biāo)要能接收到來(lái)自網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的呼叫 信號(hào)，它是一種雙向通信過(guò)程。
第二種定位方法信號(hào)強(qiáng)度法
它是利用在給定定位區(qū)域內(nèi)，預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)建立起來(lái)的無(wú)線 接收機(jī)所接收到的信號(hào)強(qiáng)度，與到信號(hào)源距離的普遍關(guān)系，再通過(guò)測(cè) 量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(或移動(dòng)目標(biāo))接收到的來(lái)自移動(dòng)目標(biāo)(或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn))的 信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離；
第三種定位方法搜尋法
它是利用在給定定位區(qū)域內(nèi)，預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)建立起來(lái)的無(wú)線 接收機(jī)離開(kāi)信號(hào)源的距離，與信號(hào)源臨界發(fā)射功率的普遍關(guān)系，這里 的臨界發(fā)射功率，是指無(wú)線接收機(jī)在給定距離位置處，能夠接收到信 號(hào)源信號(hào)時(shí)，信號(hào)源必須要有的最小發(fā)射功率，再通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) (或移動(dòng)目標(biāo))的發(fā)射功率，找出對(duì)應(yīng)于移動(dòng)目標(biāo)(或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn))所 在位置處的臨界發(fā)射功率，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離；
第四種定位方法指紋法
它包括信號(hào)強(qiáng)度指紋法，以及臨界發(fā)射功率指紋法。這種方法不 依賴于信號(hào)源發(fā)射功率或射頻信號(hào)強(qiáng)度，與距離之間的普遍關(guān)系，而 是依賴于該定位區(qū)域內(nèi)，處在某個(gè)具體位置的信號(hào)源及其發(fā)射功率， 與區(qū)域內(nèi)不同位置處的信號(hào)強(qiáng)度之間所存在的，完全依賴于該區(qū)域內(nèi) 特定環(huán)境條件的特殊關(guān)系。
信號(hào)強(qiáng)度指紋法建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系，利用在 J個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上所量測(cè)到的，來(lái)自同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的一組信號(hào)強(qiáng)度值， 組成的信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)所儲(chǔ)存的， J個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的不同信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)不同位置的一一 對(duì)應(yīng)關(guān)系；或利用在移動(dòng)目標(biāo)處量測(cè)到的來(lái)自J個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一組信 號(hào)強(qiáng)度值，共同組成的信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)測(cè)所儲(chǔ)存的，對(duì)應(yīng)于這J個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)目標(biāo)的不同信號(hào)強(qiáng)度指 紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)在不同位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)的 具體位置，其中J》1。
臨界發(fā)射功率指紋法建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系，通 過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率，找出對(duì)應(yīng)于同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo) 位置的，Q個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一組臨界發(fā)射功率組成的指紋特征，或相對(duì) 于這Q個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在移動(dòng)目標(biāo)處測(cè)得的一組臨界發(fā)射功率值，組 成的指紋特征，與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)儲(chǔ)存的，不同臨界發(fā)射 功率指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)在不同位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確定移動(dòng) 目標(biāo)的位置，其中Q》1。
在以上第三種"搜尋法"，和第四種"指紋法"中，都利用到臨 界發(fā)射功率的概念。它實(shí)際上就是一個(gè)搜尋移動(dòng)目標(biāo)的過(guò)程。它利用 改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率，來(lái)改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)之 間，可以實(shí)現(xiàn)雙向或單向通信的范圍，通過(guò)找出兩者之間能否接收到 對(duì)方信號(hào)的變化點(diǎn)，找出相應(yīng)的臨界發(fā)射功率，從而搜尋出移動(dòng)目標(biāo) 的位置。由于一般微功率單芯片收發(fā)機(jī)，都具有多級(jí)發(fā)射功率控制的 功能，因而，我們可以很容易的通過(guò)控制命令，來(lái)改變移動(dòng)目標(biāo)或網(wǎng)
絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，從而達(dá)到搜尋移動(dòng)目標(biāo)的目的。(圖9)
使用臨界發(fā)射功率的概念來(lái)定位，與使用信號(hào)強(qiáng)度的概念來(lái)定位 類似，都利用了信號(hào)強(qiáng)度隨距離而衰減的普遍規(guī)律，但相對(duì)于使用信 號(hào)強(qiáng)度的概念來(lái)定位，使用臨界發(fā)射功率來(lái)定位，具有顯而易見(jiàn)的優(yōu) 越性首先，在使用信號(hào)強(qiáng)度的概念來(lái)定位時(shí)，你所測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度 中，包括了許多與定位目的無(wú)關(guān)的，來(lái)自其他信號(hào)源的貢獻(xiàn)，要將它 們分開(kāi)來(lái)，有時(shí)十分困難；其次，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，信號(hào)強(qiáng)度的量測(cè)， 具有相當(dāng)?shù)碾y度，這主要是指測(cè)量時(shí)信號(hào)的穩(wěn)定性和精確性；最后， 由于一般收發(fā)機(jī)往往不具有信號(hào)強(qiáng)度指示功能，因而使用信號(hào)強(qiáng)度的 概念來(lái)定位的方法，也就受到很大的局限。而使用臨界發(fā)射功率的方 法，則不存在這些問(wèn)題。
本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低，技術(shù)成熟。 本發(fā)明不需要復(fù)雜的測(cè)量和計(jì)算，也可不需要電子地圖，就能夠滿足 實(shí)際定位需要；系統(tǒng)本身既是一個(gè)定位網(wǎng)絡(luò)，又是一個(gè)能夠進(jìn)行信息 傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，因而可以集定位和信息傳輸為一體，不僅方便了實(shí) 際應(yīng)用，而且還大大降低了運(yùn)營(yíng)成本。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)組成示意圖
圖2是信號(hào)強(qiáng)度與離開(kāi)信號(hào)源距離的關(guān)系示意圖
圖3是無(wú)線發(fā)射機(jī)的信號(hào)覆蓋半徑示意圖
圖4是無(wú)線接收機(jī)的定位半徑示意圖
圖5是1個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置作為移動(dòng)目標(biāo)位置的示意圖
圖6是2個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置的幾何中心作為移動(dòng)目標(biāo)位置的示意圖
圖7是3個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置的幾何中心作為移動(dòng)目標(biāo)位置的示意圖
圖8是根據(jù)計(jì)算的移動(dòng)目標(biāo)到3個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的距離來(lái)確定移動(dòng)目
標(biāo)位置的示意圖
圖9臨界發(fā)射功率示意圖，Q>Qm ， M可接收到0的信號(hào)，Q<Qm,
M接收不到0的信號(hào) 圖IO是對(duì)應(yīng)同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)位置，不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的不同臨界發(fā)射
功率
圖11是對(duì)應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置，在某個(gè)具體位置的移動(dòng)目標(biāo)的
不同臨界發(fā)射功率 圖12是TaJb，Tc組成移動(dòng)目標(biāo)在位置O的信號(hào)強(qiáng)度指紋示意圖 圖13是QAQb，Qc組成移動(dòng)目標(biāo)在位置O的臨界發(fā)射功率信號(hào)指
紋示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。 為便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，先將與本發(fā)明有關(guān)的幾個(gè)概念簡(jiǎn)
單介紹如下
無(wú)線信號(hào)的傳輸
在理想條件下， 一個(gè)無(wú)線發(fā)射機(jī)通過(guò)天線向外發(fā)射一定功率的射 頻信號(hào)，無(wú)線發(fā)射機(jī)附近某點(diǎn)的射頻信號(hào)強(qiáng)度，與該點(diǎn)距發(fā)射天線的
距離的平方成反比，我們可以用公式TY-KQ/^來(lái)表示。這里Tr代 表距離無(wú)線發(fā)射機(jī)R處的信號(hào)強(qiáng)度，Q代表無(wú)線發(fā)射機(jī)天線端的信號(hào) 強(qiáng)度，而K則可以簡(jiǎn)單考慮為衰減系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際信號(hào) 強(qiáng)度的大小與離開(kāi)信號(hào)源距離的關(guān)系，由于信號(hào)傳輸^"、境條件與理想 情況有較大的差別，因而，也就不能簡(jiǎn)單地用上面的公式來(lái)表示，但 為了方便起見(jiàn)，人們?nèi)匀幌矚g用使用上面公式的形式，來(lái)表達(dá)這種關(guān) 系，只不過(guò)式中的指數(shù)"2"，需要使用一個(gè)未知數(shù)"x"來(lái)代替，即公 式改為Tr-KQ/RX，由于信號(hào)強(qiáng)度隨距離的變化， 一般都是一種單調(diào)減 弱的關(guān)系，因而式中"K"和"x"可以通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量來(lái)獲 得。(圖2)
對(duì)于一個(gè)給定的傳輸環(huán)境和給定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)目標(biāo)而言，我 們可以通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量幾組信號(hào)強(qiáng)度與距離的數(shù)值，求出公式中
K和指數(shù)x的值，以更符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。如果定位區(qū)域內(nèi)環(huán)境條件 變化不大，我們可以將定位區(qū)域內(nèi)，在一個(gè)具有代表性傳輸環(huán)境的位 置處，所測(cè)得的K和x的值，用于整個(gè)定位區(qū)域。對(duì)于無(wú)線信號(hào)傳 輸條件差別較大的某些地方，則需要專門在這些地方進(jìn)行實(shí)際測(cè)量， 以得到專門適用于這些地方的計(jì)算公式。利用我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)所建 立起來(lái)的計(jì)算公式，就可以很容易地利用前述的方法，對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn) 行定位了。
無(wú)線發(fā)射機(jī)的信號(hào)覆蓋半徑Rab-
無(wú)線接收機(jī)B能否收到另一個(gè)相隔一定距離，使用相同信道的無(wú) 線發(fā)射機(jī)A所發(fā)射的信號(hào)，既取決于無(wú)線發(fā)射機(jī)A所發(fā)射的信號(hào)到 達(dá)無(wú)線接收機(jī)B處的信號(hào)強(qiáng)度Tb，也取決于無(wú)線接收機(jī)B的接收靈 敏度Brs。當(dāng)Tb大于Brs時(shí)，B便可以收到A的信號(hào)。我們將距離A 某個(gè)位置處的信號(hào)強(qiáng)度，剛好等于無(wú)線接收機(jī)B的接收靈敏度Brs 時(shí)的距離Rab，稱作A對(duì)應(yīng)于無(wú)線接收機(jī)B的信號(hào)覆蓋半徑。Rab 隨A的發(fā)射功率的降低，或B的接收靈敏度的降低而減小。(圖3)
定位半徑Rba:
當(dāng)A的位置固定，A的發(fā)射功率和B的接收靈敏度一定時(shí)，B 只有當(dāng)處于一個(gè)以A為圓心，Rab為半徑的一個(gè)固定范圍內(nèi)時(shí)，才能 接收到A的信號(hào)。反之，將B的位置固定，則只有當(dāng)A進(jìn)入到一個(gè) 以B為圓心，Rab為半徑的一個(gè)固定范圍內(nèi)時(shí)，B才能接收到A的 信號(hào)。信號(hào)覆蓋半徑與定位半徑本質(zhì)上是同一個(gè)東西，只不過(guò)前者以 無(wú)線發(fā)射機(jī)為中心，后者以無(wú)線接收機(jī)為中心而已。(圖4)
臨界發(fā)射功率-
臨界發(fā)射功率，是指對(duì)兩個(gè)相隔一定距離的無(wú)線發(fā)射機(jī)和接收機(jī) 而言，在無(wú)線接收機(jī)能夠接收到無(wú)線發(fā)射機(jī)的信號(hào)時(shí)，無(wú)線發(fā)射機(jī)必 須具有的最小發(fā)射功率。必須要說(shuō)明的是在開(kāi)闊地帶，無(wú)線接收機(jī)
離開(kāi)無(wú)線發(fā)射機(jī)的距離越遠(yuǎn)，無(wú)線發(fā)射機(jī)的臨界發(fā)射功率就越大，但 在存在建筑物等的復(fù)雜傳輸環(huán)境中，由于遮擋，反射和多徑傳輸?shù)脑?br> 因，這種關(guān)系則不一定總是成立。(圖9) 信號(hào)指紋-
在地形復(fù)雜的區(qū)域或建筑物內(nèi)部，無(wú)線電信號(hào)傳輸對(duì)地形和傳播 障礙物具有依賴性，因而呈現(xiàn)出非常強(qiáng)的接收站點(diǎn)特殊性。因此對(duì)于 每一個(gè)接收點(diǎn)來(lái)說(shuō)，該信道的多徑結(jié)構(gòu)對(duì)每一個(gè)位置是惟一的。如果 一個(gè)射頻信號(hào)從某一個(gè)位置發(fā)射出來(lái)，我們?cè)诓煌慕邮瘴恢盟邮?到的信號(hào)強(qiáng)度，將不再遵從信號(hào)強(qiáng)度隨離開(kāi)信號(hào)源距離逐漸衰減的普 遍規(guī)律，而將呈現(xiàn)出一種對(duì)該區(qū)域特有的傳輸環(huán)境的依賴性。利用這 種特殊性，我們可以使用在幾個(gè)接收站點(diǎn)測(cè)得的，來(lái)自同一個(gè)位置的 信號(hào)源的一組信號(hào)強(qiáng)度值，組成該信號(hào)源位置的指紋特征，來(lái)與信號(hào) 源所在的位置相對(duì)應(yīng)，建立起一種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。(圖12)
建立這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系所需的指紋特征，究竟應(yīng)該由多少個(gè)接收 站點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度組成，取決于實(shí)際定位的環(huán)境。例如，對(duì)煤礦井下人 員定位，或?qū)ρ爻鞘幸欢ň€路行駛的公交車輛定位的目的， 一般選擇 l-2個(gè)站點(diǎn)就足夠了，對(duì)其它的定位應(yīng)用而言，選擇三個(gè)接收站點(diǎn)， 一般應(yīng)該也就能建立起這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系了。
如果我們預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，建立起移動(dòng)目標(biāo)在定位區(qū)域內(nèi)的不 同位置，與其對(duì)應(yīng)接收站點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度指紋特征之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān) 系，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，我們就可以反過(guò)來(lái)，利用在對(duì)應(yīng)站點(diǎn)測(cè)量到的信 號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋特征進(jìn)行比較，從而找出對(duì)應(yīng)的 移動(dòng)目標(biāo)的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的定位。
為了實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的定位，我們不僅可以使用在 幾個(gè)接收站點(diǎn)處，所測(cè)量的來(lái)自同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度組成的一 組信號(hào)強(qiáng)度指紋，與移動(dòng)目標(biāo)具體位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系；我們還可以使用 在同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)位置處，所測(cè)量的來(lái)自幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的不同信號(hào)強(qiáng) 度組成的一組信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)具體位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 同樣的道理，我們還可以使用對(duì)應(yīng)于同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的位置，幾個(gè)網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)不同的臨界發(fā)射功率值，所組成的一組臨界發(fā)射功率指紋特
征，與移動(dòng)目標(biāo)具體位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，或?qū)?yīng)于處于不同位置的幾個(gè) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)目標(biāo)的不同的臨界發(fā)射功率值，所組成的一組信號(hào)指
紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)具體位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(圖13) 兩個(gè)無(wú)線收發(fā)機(jī)之間的通信距離
兩個(gè)無(wú)線收發(fā)機(jī)之間的通信，存在方向性的差別，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)射 信號(hào)，移動(dòng)目標(biāo)接收這個(gè)信號(hào)(上行)，與同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)發(fā)射信號(hào)， 同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收這個(gè)信號(hào)(下行)，是兩個(gè)完全不同的通信方向，
是完全不一樣的兩件事因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)，移動(dòng)目標(biāo)接收信號(hào) 時(shí)的通信距離，只取決于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和移動(dòng)目標(biāo)的接收靈敏 度，而與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接收靈敏度和移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率無(wú)關(guān)，反之亦 然。這如同你我兩個(gè)人之間對(duì)話一樣，你的聽(tīng)力好，我的聲音大，你 可以在很遠(yuǎn)的地方聽(tīng)到我講話的聲音，反之，如果我的聽(tīng)力差，你的 聲音也不大，我就只能在很近的地方才能聽(tīng)到你的聲音。因而，前面 討論到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)射，移動(dòng)目標(biāo)處于接收，和反過(guò)來(lái)移動(dòng)目標(biāo) 處于發(fā)射，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處于接收是兩個(gè)完全不同的狀態(tài)，它們所涉及到 的信號(hào)強(qiáng)度，臨界發(fā)射功率當(dāng)然也就不一樣。除非兩者之間的發(fā)射功 率和接收靈敏度都沒(méi)有差別。
定位系統(tǒng)
定位系統(tǒng)是由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)目標(biāo)以及控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所 組成。對(duì)于給定發(fā)射功率的移動(dòng)目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位半徑，只與網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接收靈敏度，和移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率有關(guān)；同樣，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 的信號(hào)覆蓋半徑，只與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，和移動(dòng)目標(biāo)的接收靈敏 度有關(guān)。因而，我們可通過(guò)調(diào)整移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率，或改變網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)的接收靈敏度，來(lái)改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位半徑的大??；我們也可通過(guò)調(diào) 整網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，或改變移動(dòng)目標(biāo)的接收靈敏度，來(lái)改變網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)信號(hào)覆蓋半徑的大小。
移動(dòng)目標(biāo)能否收到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的呼叫信號(hào)，取決于移動(dòng)目標(biāo)是否處 于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋半徑內(nèi)；而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要能收到移動(dòng)目標(biāo)發(fā)回來(lái) 的呼叫返還信號(hào)，則移動(dòng)目標(biāo)首先要能接收到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的呼叫信
號(hào)。因而，對(duì)于給定的移動(dòng)目標(biāo)而言，這既取決于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆 蓋半徑的大小，也取決于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位半徑的大小，這就是說(shuō)，只 有移動(dòng)目標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離，比這兩個(gè)半徑中的任意一個(gè)都要 小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)才可能收到移動(dòng)目標(biāo)發(fā)回來(lái)的呼叫回應(yīng)信號(hào)。
這樣，當(dāng)移動(dòng)目標(biāo)處于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位半徑內(nèi)，我們通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，來(lái)改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋半徑時(shí)，從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能 否接收到呼叫回應(yīng)信號(hào)情況的變化，可以找出發(fā)生這個(gè)變化時(shí)的臨界 發(fā)射功率，以及對(duì)應(yīng)的信號(hào)覆蓋半徑，這個(gè)信號(hào)覆蓋半徑就是移動(dòng)目 標(biāo)與對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的距離。
在定位范圍內(nèi)的某些局部地區(qū)，環(huán)境條件可能比較復(fù)雜，此時(shí)， 通過(guò)增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的密度，縮小網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位半徑，或信號(hào)覆蓋半 徑的方法，或采用信號(hào)指紋定位法都可以達(dá)到提高定位精度的目的。
這里需要注意的是，影響無(wú)線通信距離的，除了信號(hào)源的發(fā)射功 率和無(wú)線接收機(jī)的接收靈敏度以外，信號(hào)源與無(wú)線接收機(jī)的髙度位置 也有很大的影響。因而，在定位系統(tǒng)中，應(yīng)注意移動(dòng)目標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 的高度位置，應(yīng)盡可能地保持一致。
無(wú)線微功率通信網(wǎng)絡(luò)
我們這里所說(shuō)的無(wú)線微功率通信網(wǎng)絡(luò)，是包括Zigbee網(wǎng)絡(luò)在內(nèi) 的所有無(wú)線微功率通信網(wǎng)絡(luò)。即這種網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)目標(biāo)的發(fā) 射功率，原則上都符合國(guó)家所規(guī)定的微功率收發(fā)機(jī)的范圍，只在個(gè)別 情況下，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)際需要，可將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率適當(dāng)加 以提高；其次，這種網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)結(jié)方式可以是有線的，例如 大多數(shù)移動(dòng)通信網(wǎng)基站的聯(lián)結(jié)方式，也可是無(wú)線的，例如Zigbee網(wǎng) 絡(luò)的聯(lián)結(jié)方式。它們具有一般通信網(wǎng)絡(luò)所具有的，可在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳遞信 息的功能，它們可有不同的信息傳輸方式和協(xié)議。需要說(shuō)明的是，我 們這里所描述的定位方法，它也適用于一般的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，例 如現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，只不過(guò)將它用于無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)時(shí)更加方便 簡(jiǎn)單而已。
Zigbee網(wǎng)絡(luò)Zigbee是一種新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，主要是為工業(yè)和家庭自動(dòng) 化為目的而制定的。特點(diǎn)是低成本，低功耗，低數(shù)據(jù)量和高集成度。 它本身是一個(gè)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，要將它用作為一個(gè)定位網(wǎng)絡(luò)，我們只需 以Zigbee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的主節(jié)點(diǎn)FFD (全功能裝置)作為定位系統(tǒng)中 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)RFD (簡(jiǎn)化功能裝置)作為移動(dòng)終端；同 時(shí)，我們還需要根據(jù)實(shí)際定位的需要，調(diào)整主節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功 率，必要時(shí)包括接收靈敏度，以使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信范圍，和定位精度 都能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。使用Zigbee網(wǎng)絡(luò)作為定位系統(tǒng)， 一般情 況下，要求作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的FFD具有固定的位置
移動(dòng)目標(biāo)
是指由被定位對(duì)象(它可以是人員，車輛或其它能夠移動(dòng)的物體) 所攜帶的微功率收發(fā)機(jī)。
本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。移動(dòng)目標(biāo)M發(fā)射的，包含有移 動(dòng)目標(biāo)M身份信息的定位信號(hào)，被某個(gè)或某些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)收到，這個(gè) 或這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再將本身的地址信息，以及所接受到的移動(dòng)目標(biāo)的 身份碼信息，信號(hào)強(qiáng)度信息或發(fā)射功率大小等信息(如果需要的話)， 傳送到控制中心，控制中心根據(jù)這些信息以及預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到 的，儲(chǔ)存在控制中心計(jì)算機(jī)中的其它相關(guān)資料，以這個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位 置，或這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置的幾何中心，或通過(guò)前述的定位方法計(jì)算出 的位置，作為移動(dòng)目標(biāo)的位置，從而完成對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的定位。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間，以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與控制中心之間的通 信，可以采用有線通信，也可以采用無(wú)線通信。
實(shí)施例
首先確定需要定位的區(qū)域，定位精度和需要采用的定位方法，再 根據(jù)定位方法和定位精度要求，建立無(wú)線微功率通信網(wǎng)絡(luò)(也可利用 已有的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò))，對(duì)整個(gè)定位區(qū)域進(jìn)行信號(hào)覆蓋，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是多樣的，星狀，樹(shù)狀，網(wǎng)狀等。在特殊情況下，也可
采用間隔式的站點(diǎn)覆蓋，例如公交車輛運(yùn)行的固定線路、煤礦井下坑 道中人員定位點(diǎn)，高速公路上的監(jiān)控站點(diǎn)等。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)建立 相應(yīng)的位置標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的布置應(yīng)與具體采用的定位方法相一致。
對(duì)處于網(wǎng)絡(luò)中的所有需要定位的移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并安裝無(wú)線 微功率收發(fā)機(jī)， 一般情況下，用于移動(dòng)目標(biāo)的所有無(wú)線微功率收發(fā)機(jī) 的設(shè)置應(yīng)該完全一致。
在使用需要信號(hào)強(qiáng)度來(lái)定位的方法時(shí)，定位網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或移動(dòng)目標(biāo)
還應(yīng)具備有，接收信號(hào)強(qiáng)度指示的功能(RSSI)。
在需要使用臨界發(fā)射功率的方法來(lái)進(jìn)行定位時(shí)，移動(dòng)目標(biāo)或網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)，應(yīng)具有發(fā)射功率大小控制分級(jí)的功能。
我們下面分別就前述四種定位方法進(jìn)行具體的描述 1. 在對(duì)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，精度要求不高的情況下，可以使用幾何中心定 位法，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)的位置-
首先建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系
當(dāng)移動(dòng)目標(biāo)M發(fā)射的定位信號(hào)僅被某一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)A收到時(shí)，意 味著M處于以A為圓心，半徑為a二 (KQATr) "x的范圍內(nèi)，如圖5 所示。此時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)A的位置，就是移動(dòng)目標(biāo)M的位置?？梢?看出，移動(dòng)目標(biāo)M的發(fā)射功率越小、或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)A的接收靈敏度越 低，則這個(gè)半徑a越小，移動(dòng)目標(biāo)M的實(shí)際位置就越接近網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) A，定位精度也就越高。這種情況同樣適合以接收到定位信號(hào)最強(qiáng)的 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，作為移動(dòng)目標(biāo)位置的定位方法。
圖6示出了 2個(gè)節(jié)點(diǎn)定位的情況。圖中節(jié)點(diǎn)A和B同時(shí)收到了 移動(dòng)目標(biāo)M的定位信號(hào)，或者節(jié)點(diǎn)A、 B上的定位信號(hào)強(qiáng)度大于其 它節(jié)點(diǎn)上的定位信號(hào)強(qiáng)度。這時(shí)我們以節(jié)點(diǎn)A、 B的幾何中心——節(jié) 點(diǎn)A、 B連線的中點(diǎn)作為移動(dòng)目標(biāo)M位置。
圖7是3個(gè)節(jié)點(diǎn)定位的情況，圖中節(jié)點(diǎn)A、 B、 C同時(shí)都收到了 移動(dòng)目標(biāo)M的定位信號(hào)，或者節(jié)點(diǎn)A、 B、 C上的定位信號(hào)強(qiáng)度大于 其他節(jié)點(diǎn)上的定位信號(hào)強(qiáng)度。這時(shí)我們以節(jié)點(diǎn)A、 B、 C的幾何中心 ——即AABC三條中線的交點(diǎn)作為移動(dòng)目標(biāo)M的位置。
利用這個(gè)方法，我們可以很容易地利用現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，來(lái)
確定移動(dòng)終端自身的位置，我們只要在現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)中增加一個(gè) 功能，即當(dāng)移動(dòng)用戶需要知道自身的大概位置時(shí)，通過(guò)手機(jī)位置按鍵， 向?qū)?yīng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)出提供位置信息請(qǐng)求時(shí)，附近的基站將通過(guò) 短信，回應(yīng)一個(gè)該基站的具體位置信息，(例如，"你現(xiàn)在的位置是 XX區(qū)，xx標(biāo)志性建筑物附近等，.....)則手機(jī)用戶就可以將這個(gè)位置
當(dāng)作自己的位置，如果附近有幾個(gè)基站可以與之通信，我們就可以得 到附近幾個(gè)基站的位置信息，利用上面我們所講的定位方法，手機(jī)用 戶就可以比較清楚地知道自己的位置了。由于一般小靈通基站之間的 距離比較近，因而，這種方法對(duì)于小靈通系統(tǒng)而言，所得到的位置信 息應(yīng)該有一定的實(shí)用價(jià)值。
2. 在傳輸環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單的定位區(qū)域，當(dāng)我們對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的定位精 度有更高的要求時(shí)，我們可以使用信號(hào)強(qiáng)度法或搜尋法使用這個(gè)方 法時(shí)，需要預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單實(shí)測(cè)，建立起定位區(qū)域內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度與 離開(kāi)信號(hào)源距離的關(guān)系，或臨界發(fā)射功率與接收距離的關(guān)系，或找出 前述計(jì)算公式中K和x的值。在實(shí)際應(yīng)用中，除個(gè)別射頻信號(hào)傳輸 環(huán)境比較特殊的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)外，我們可以將一個(gè)具有代表性網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 實(shí)測(cè)結(jié)果，用于定位區(qū)域內(nèi)的其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。利用這個(gè)實(shí)測(cè)結(jié)果關(guān)系， 控制中心便可以利用前述的信號(hào)強(qiáng)度法，或搜尋法來(lái)計(jì)算移動(dòng)目標(biāo)與 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離了。
信號(hào)強(qiáng)度法根據(jù)某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所接收到的來(lái)自移動(dòng)目標(biāo)的信 號(hào)強(qiáng)度，或移動(dòng)目標(biāo)所接收到的來(lái)自該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，利用預(yù) 先經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)建立起來(lái)的，接收信號(hào)強(qiáng)度與到對(duì)應(yīng)的信號(hào)源距離的 關(guān)系，就可以計(jì)算出該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)目標(biāo)之間的實(shí)際距離。 采用同樣的方式，我們可以分別計(jì)算出同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)到不同網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)之間的距離，再利用這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本身的位置坐標(biāo)，計(jì)算出移動(dòng)目 標(biāo)的位置坐標(biāo)。(圖8)
搜尋法，這種方法又分兩種情況
1)通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率來(lái)定位某個(gè)移動(dòng)目標(biāo)處于定位區(qū)域內(nèi)的某個(gè)位置，在該移動(dòng)目標(biāo)的周圍，存在n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) (圖10)，這n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都能接收到移動(dòng)目標(biāo)發(fā)來(lái)的信號(hào)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)呼 叫該移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，只要該移動(dòng)目標(biāo)能夠接收到來(lái)自網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的呼叫信 號(hào)，這n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一定能接收到該移動(dòng)目標(biāo)的回應(yīng)信號(hào)。它們與移 動(dòng)目標(biāo)的距離分別為，Ll，<L2,<L3，...<Ln (第n網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目 標(biāo)的距離Ln最遠(yuǎn))。假定這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用相同的某個(gè)發(fā)射功率呼叫 移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，移動(dòng)目標(biāo)都可以接收到來(lái)自所有這n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的呼叫 信號(hào)，但隨著這這個(gè)呼叫發(fā)射功率的逐步降低，移動(dòng)目標(biāo)所接收到來(lái) 自這n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的呼叫信號(hào)將變得越來(lái)越弱，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功 率剛剛低于Pn時(shí)，移動(dòng)目標(biāo)將首先接收不到來(lái)自第n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 呼叫信號(hào)，第n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自然也就收不到來(lái)自移動(dòng)目標(biāo)的回應(yīng)信 號(hào)。此時(shí)，Pn就是第n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于該移動(dòng)目標(biāo)的臨界發(fā)射功 率，Ln就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用Pn發(fā)射功率時(shí)，移動(dòng)目標(biāo)能夠接收到第n 個(gè)節(jié)點(diǎn)信號(hào)時(shí)的最遠(yuǎn)距離，它也是第n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在發(fā)射功率為Pn 時(shí)，對(duì)應(yīng)于該移動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)覆蓋半徑。利用預(yù)先經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)建立 起來(lái)的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的臨界發(fā)射功率與到移動(dòng)目標(biāo)距離的關(guān)系，我們很 容易計(jì)算得出移動(dòng)目標(biāo)到該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離。
隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率進(jìn)一步的降低，移動(dòng)目標(biāo)將逐次收不到來(lái) 自第n-l， n-2,....3,2,1個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，同樣這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，也就 逐次接收不到移動(dòng)目標(biāo)的回應(yīng)信號(hào)。這樣，我們將依次得到對(duì)應(yīng)的第 n,n-l，.....3,2,1個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的臨界發(fā)射功率，Pn-l,.....P3,P2,Pl，和 計(jì)算出移動(dòng)目標(biāo)到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的距離。同樣，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)從最小的 發(fā)射功率開(kāi)始，逐步增大時(shí)，我們可以得到相同的結(jié)果，只不過(guò)此時(shí)， 整個(gè)過(guò)程的方向完全相反而己，即這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將從離開(kāi)移動(dòng)目標(biāo) 最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，逐次開(kāi)始接收到移動(dòng)目標(biāo)發(fā)來(lái)的回應(yīng)信號(hào)。在 實(shí)際定位時(shí)，我們往往只需要確定移動(dòng)目標(biāo)到最近的l-3個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 的距離，就足以滿足實(shí)際定位的要求了，例如城市公交線路上的公交 車輛定位，和煤礦井下坑道中的人員定位等。
2)通過(guò)改變移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率來(lái)定位某個(gè)移動(dòng)目標(biāo)處于定 位區(qū)域內(nèi)的某個(gè)位置，在該移動(dòng)目標(biāo)的周圍，有m個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)
(圖ll)，與它的距離分別為，111,<112,<^0，...<1&1(第111個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的距離Hm最遠(yuǎn)。當(dāng)移動(dòng)目標(biāo)采用最大功率發(fā)射時(shí)，這 m個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都能收到移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)來(lái)的信號(hào)。假如我們將移動(dòng)目標(biāo) 的發(fā)射功率從大到小逐次降低，這m個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所接收到來(lái)自移動(dòng) 目標(biāo)的信號(hào)將變得越來(lái)越弱。當(dāng)移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率剛剛小于Qm 時(shí)，離開(kāi)移動(dòng)目標(biāo)最遠(yuǎn)的第m個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將首先接收不到來(lái)自該移 動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)。此時(shí)，Qm就是該移動(dòng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)于第m個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 臨界發(fā)射功率，Hm就是移動(dòng)目標(biāo)在發(fā)射功率為Qm時(shí)，第m個(gè)網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)能夠接收到該移動(dòng)目標(biāo)信號(hào)的最遠(yuǎn)距離，也是移動(dòng)目標(biāo)在發(fā)射功 率為Qm時(shí)，對(duì)應(yīng)于第m個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋半徑。利用預(yù)先經(jīng) 過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)建立起來(lái)的，移動(dòng)目標(biāo)的臨界發(fā)射功率與到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)距離的關(guān)系，我們很容易計(jì)算得出移動(dòng)目標(biāo)到該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距 離。
隨著移動(dòng)目標(biāo)發(fā)射功率進(jìn)一步的降低，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將從遠(yuǎn)到近逐個(gè) 收不到來(lái)自移動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)，這樣，我們將依次得到對(duì)應(yīng)于不同網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)Hm-l，.....H3,H2，H1的臨界發(fā)射功率Qm-l,.....Q3,Q2,Q1，和計(jì) 算出移動(dòng)目標(biāo)到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的距離。同樣，當(dāng)我們從最小的發(fā)射功 率開(kāi)始，逐步增大發(fā)射功率時(shí)，我們可以得到相同的結(jié)果，只不過(guò)此 時(shí)，整個(gè)過(guò)程方向完全相反而己，即這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將從離開(kāi)移動(dòng)目 標(biāo)最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，逐次開(kāi)始接收到移動(dòng)目標(biāo)發(fā)來(lái)的信號(hào)。和前 面所討論的一樣，在實(shí)際定位時(shí)，我們往往只需要確定離移動(dòng)目標(biāo)最 近的，l-3個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到移動(dòng)目標(biāo)的距離，就足以滿足實(shí)際定位的需 要了。
這里還有一種應(yīng)用情況，在這種情況下，我們僅僅需要讓移動(dòng)目 標(biāo)自己知道自身所處的位置就行了。此時(shí)，我們可以通過(guò)改變移動(dòng)目 標(biāo)的發(fā)射功率，向周圍的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)出呼叫信號(hào)，并要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)給 以回應(yīng)。例如，處于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)(小靈通，WLAN， Zigbee等網(wǎng)絡(luò)) 信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的移動(dòng)通信終端，向周圍的基站發(fā)出呼叫信號(hào)，并請(qǐng) 求給以回應(yīng)。此時(shí)，如果，移動(dòng)目標(biāo)自身要能接收到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的回應(yīng) 信號(hào)，則網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)首先必須要接收到移動(dòng)目標(biāo)的呼叫信號(hào)，因而，通
過(guò)從大到小或從小到大地改變移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率，我們可以很容易 的得到,對(duì)應(yīng)于不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)目標(biāo)的臨界發(fā)射功率，再利用這 些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置，從而得到移動(dòng)目標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距 離(無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)基站和移動(dòng)終端的距離)。在實(shí)際定位時(shí)，我們往
往只需要知道l-3個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到移動(dòng)目標(biāo)的距離，就足以滿足實(shí)際定 位的需要了。顯然，離移動(dòng)目標(biāo)最近的l-3個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，無(wú)疑是最好 的選擇。如果我們可以在以上各種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的基站中，增加專門 用于定位的，回應(yīng)移動(dòng)終端呼叫等相關(guān)的功能，我們就可以很容易實(shí) 現(xiàn)利用以上各種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，來(lái)確定移動(dòng)終端自身位置的目的。
3. 在定位區(qū)域環(huán)境十分復(fù)雜，而定位精度要求又很高的應(yīng)用場(chǎng)合，
我們可以采用信號(hào)指紋定位法信號(hào)指紋定位法包括信號(hào)強(qiáng)度指紋定
位法，和臨界發(fā)射功率指紋定位法，信號(hào)指紋定位法并不依賴于接收 信號(hào)強(qiáng)度，與信號(hào)源的發(fā)射功率，或接收距離之間的普遍規(guī)律，例如 前述的計(jì)算公式，而是依賴于該定位區(qū)域內(nèi)，處在某個(gè)具體位置的信 號(hào)源的發(fā)射功率，與區(qū)域內(nèi)不同位置處的信號(hào)強(qiáng)度之間所存在的，完 全依賴于該區(qū)域內(nèi)特定環(huán)境條件的特殊關(guān)系。
具體做法是建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系，在需要定位 的區(qū)域內(nèi)，對(duì)于移動(dòng)目標(biāo)在定位區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)位置，通過(guò)在與移動(dòng) 目標(biāo)相鄰的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，同時(shí)測(cè)量一組信號(hào)強(qiáng)度值，或與該位置 對(duì)應(yīng)的一組臨界發(fā)射功率值，或?qū)?yīng)于這些不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該移動(dòng)目 標(biāo)的一組臨界發(fā)射功率值，建立起移動(dòng)目標(biāo)在定位區(qū)域內(nèi)每一個(gè)具體 位置，與所采用的不同信號(hào)指紋定位方法相應(yīng)的，信號(hào)指紋特征數(shù)據(jù) 庫(kù)。
信號(hào)強(qiáng)度指紋定位法建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系，利 用在J個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，同時(shí)接收到來(lái)自同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的不同的信號(hào) 強(qiáng)度，共同形成的信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，和數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先儲(chǔ)存的不同信 號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)的不同具體位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確 定移動(dòng)目標(biāo)的位置，其中J》1。臨界發(fā)射功率指紋定位法建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián) 系，利用在Q個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上測(cè)得的，對(duì)應(yīng)于移動(dòng)目標(biāo)某個(gè)具體位置 的一組臨界發(fā)射功率值(或移動(dòng)目標(biāo)相對(duì)于這Q個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一組 臨界發(fā)射功率值)，共同形成的臨界發(fā)射功率指紋特征，和數(shù)據(jù)庫(kù)中 預(yù)先儲(chǔ)存的不同臨界發(fā)射功率指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)不同具體位置的
一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)的具體位置，其中Q》1。
本發(fā)明定位系統(tǒng)的組成和各部分功能
本發(fā)明定位系統(tǒng)，由具有固定標(biāo)識(shí)位置的無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)構(gòu)成 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，安裝有無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)的移動(dòng)目標(biāo)，控制中心計(jì)算機(jī)， 以及網(wǎng)絡(luò)管理軟件組成。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)之間，可以進(jìn)行無(wú)線通 信。例如，移動(dòng)目標(biāo)可以向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)射帶有自身標(biāo)識(shí)碼的定位信號(hào)， 也可接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的其它信號(hào)；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)目標(biāo)，可以是只
具有單一發(fā)射功能的無(wú)線微功率發(fā)射機(jī)，或只具有單一接收功能的無(wú)
線微功率接收機(jī)，它們可以具有接收信號(hào)強(qiáng)度顯示功能，或發(fā)射功率 控制功能，具體的功能要求，取決于所采用的具體定位方法。
所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都通過(guò)有線或無(wú)線的通信方式與控制中心計(jì)算機(jī) 相聯(lián)接。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在定位系統(tǒng)中既是一個(gè)位置參照點(diǎn)，也是一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 通信的中繼站點(diǎn)。
所述網(wǎng)絡(luò)管理軟件，用于管理移動(dòng)目標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間，網(wǎng)絡(luò)節(jié)
點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間，以及它們與控制中心計(jì)算機(jī)之間的信息傳輸；
所述控制中心計(jì)算機(jī)用于運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)管理軟件，和相關(guān)定位信號(hào)的 處理。
本發(fā)明的定位系統(tǒng)可同時(shí)具有對(duì)移動(dòng)目標(biāo)定位，和將移動(dòng)目標(biāo)位 置信息，和其它控制管理信息在整個(gè)微功率通信網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸?shù)墓?能。
本定位系統(tǒng)的優(yōu)越性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益-
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。構(gòu)成本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 市場(chǎng)售價(jià)不超過(guò)600元，移動(dòng)目標(biāo)的市場(chǎng)售價(jià)不超過(guò)人民幣100元，
(而現(xiàn)有一個(gè)移動(dòng)通信基站的造價(jià)一般都在百萬(wàn)元左右)；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 和移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率可從0.01毫瓦，到100毫瓦或更大，定位精 度可從幾米到幾百米。
由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成本低廉，本定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間距可以做得很 密，甚至可以做到每個(gè)房間一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣，就將現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) 必須要面對(duì)的，大覆蓋范圍內(nèi)的復(fù)雜不均勻信號(hào)傳輸環(huán)境，變?yōu)樾「?蓋范圍內(nèi)相對(duì)簡(jiǎn)單均勻的環(huán)境，同時(shí)大大提高了定位精度。
本定位系統(tǒng)模塊集成度高，工作可靠，體積小，耗電量小，安裝 靈活，維護(hù)方便。另外，它還可以直接嵌入到設(shè)備系統(tǒng)中，因而使用 十分方便。
本定位系統(tǒng)，將現(xiàn)有GPS定位監(jiān)控系統(tǒng)所包括的定位部分 (GPS)，和信號(hào)傳輸部分(現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò))兩者合而為一，從 而大大降低了定位系統(tǒng)建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本。因而本發(fā)明能以極低的 成本，有效地解決城市以及其它諸多領(lǐng)域中，許多急待解決的實(shí)際定 位問(wèn)題(例如公交車輛定位，煤礦井下人員定位等)。
應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明
我們以城市中 一條公交線路的智能化為例來(lái)加以說(shuō)明 在整個(gè)公交線路沿線的每一個(gè)十字路口中央的紅綠燈桿上，或其 它電桿上，以及公交線路的終點(diǎn)站，設(shè)置一個(gè)具有遠(yuǎn)距離(1500米 左右)無(wú)線通信能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(固定位置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn))，在保證相鄰 兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離不大于600-800米的前提下，對(duì)于那些公交 線路不拐彎，同時(shí)彼此相距又太近十字路口，可以不設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。 同時(shí)，在每一輛公交車上，也安裝一個(gè)同樣的無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)(移 動(dòng)目標(biāo))，在每一個(gè)公交車站上，安裝一個(gè)近距離(30米左右)站臺(tái) 通信模塊，站臺(tái)通信模塊通過(guò)有線的方式，與站臺(tái)顯示設(shè)備相聯(lián)接， 通過(guò)無(wú)線的方式與移動(dòng)目標(biāo)，以及固定位置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連。固定網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)之間可以通過(guò)有線或無(wú)線的方式進(jìn)行通信，使用無(wú)線方式時(shí)，可 以使用Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信管理軟件進(jìn)行管理。這里需要說(shuō)明的是由 于站臺(tái)近距離通信模塊，與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的差別，主要是發(fā)射功率的 差別，因而，站臺(tái)通信模塊可以收到來(lái)自遠(yuǎn)處的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，或移動(dòng)目 標(biāo)(公交車)發(fā)來(lái)的信號(hào)，而移動(dòng)目標(biāo)只有在離開(kāi)車站30米距離以
內(nèi)，才可以收到站臺(tái)通信模塊發(fā)來(lái)的信號(hào)。
當(dāng)公交車?？磕硞€(gè)公交站臺(tái)時(shí)，移動(dòng)目標(biāo)將收到該站臺(tái)通信模塊 發(fā)來(lái)的該站臺(tái)的編碼信號(hào)，并記錄停靠該站臺(tái)的時(shí)間，并通過(guò)安裝在 十字路口的固定位置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將這些信息，必要時(shí)包括上下車人數(shù) 的信息，傳往控制中心，以及前方站臺(tái)。當(dāng)公交車行駛在兩個(gè)設(shè)置了 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的十字路口之間時(shí)，這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將接收到來(lái)自公交車的 信號(hào)，以及對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度指示，利用事先在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到的，公交 車位置與這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所接收到的信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系，我們可以很容 易得到公交車在這兩個(gè)十字路口之間的具體位置，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給 車輛即將到達(dá)的前方各車站。
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)效驗(yàn)為了避免可能出現(xiàn)的差錯(cuò)，在正式起用定位系統(tǒng) 前，還需要實(shí)際駕駛車輛，沿公交車輛的實(shí)際運(yùn)行線路，進(jìn)行實(shí)際位 置與信號(hào)強(qiáng)度，或臨界發(fā)射功率關(guān)系的測(cè)量。
系統(tǒng)的優(yōu)化，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的布置中，在保證傳輸網(wǎng)絡(luò)通信可靠， 定位系統(tǒng)簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的情況下，根據(jù)具體環(huán)境條件，完全可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行增減，位置進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。
本案例中，無(wú)線發(fā)射機(jī)使用的頻段為2.4Ghz的免費(fèi)頻段，采用
直序擴(kuò)頻通信方式，全向發(fā)射天線。
經(jīng)濟(jì)成本核算假如這條線路上有20輛公交車，雙向50個(gè)車站， 連同線路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在內(nèi)， 一共需要100個(gè)左右的無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)。 加上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，軟件等，整個(gè)定位系統(tǒng)的成本不超過(guò)20萬(wàn)元。相 比現(xiàn)有用于智能公交的GPS定位系統(tǒng)，本定位系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用上， 更加可靠和切實(shí)可行；在經(jīng)濟(jì)上，不僅大大降低了系統(tǒng)的硬件和安裝 成本，而且，由于不需要使用現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，因而避免了現(xiàn)有 GPS定位系統(tǒng)每月要交納的網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)。
權(quán)利要求
1.無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，包括具有固定位置的無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，與所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連的控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，安裝有無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)的移動(dòng)目標(biāo)；其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)之間通過(guò)無(wú)線通信方式連接，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間，通過(guò)無(wú)線或有線通信的方式進(jìn)行連接；所述控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的地址，移動(dòng)目標(biāo)的身份碼識(shí)別信息，以及與移動(dòng)目標(biāo)定位有關(guān)的其它信息和網(wǎng)絡(luò)管理軟件；所述無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)是由具有單一接收，或單一發(fā)射功能，或接收和發(fā)射功能同時(shí)兼?zhèn)涞母叨燃傻膯涡酒瞻l(fā)機(jī)構(gòu)成；所述網(wǎng)絡(luò)既是一個(gè)定位網(wǎng)絡(luò)，又是一個(gè)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)目標(biāo)通過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就可以直接與控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中所有無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)的發(fā)射功率，在國(guó)際通用的2.4G ISM 免費(fèi)頻段上，不大于100mW，在其他頻段上，除滿足國(guó)家對(duì)相關(guān)頻 段上的功率使用限制，不超過(guò)1W。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)線微功率收發(fā)機(jī)所使用的頻率，是國(guó)際通用的2.4GISM 免費(fèi)頻段，并采用了直序擴(kuò)頻通信技術(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l，2,或3所述的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)， 所使用的定位方法，其特征在于它包括如下步驟a. 建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系；b. 以收到移動(dòng)目標(biāo)信號(hào)最強(qiáng)的1個(gè)，2個(gè)或3個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的幾何中心位置作為移動(dòng)目標(biāo)位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l, 2或3所述的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，所 使用的定位方法，其特征在于它包括如下步驟a. 建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系；b. 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，建立定位區(qū)域內(nèi)，分別在不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處測(cè)量的，來(lái)自移動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度的大小，與對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到移動(dòng)目標(biāo)距離的普遍關(guān)系，或在移動(dòng)目標(biāo)處，測(cè)量的來(lái)自不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度大小，與移動(dòng)目標(biāo)到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)距離的普遍關(guān)系； c.在能接收到同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)信號(hào)的m個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處，分別測(cè)量來(lái)自該移動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)該定位區(qū)域內(nèi)，預(yù) 先建立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度大小與移動(dòng)目標(biāo)距離的普遍關(guān)系，或利用在同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)處測(cè)得的，來(lái)自m個(gè)網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)預(yù)先建立的移動(dòng)目標(biāo)處信號(hào)強(qiáng)度 的大小與它到這m個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)距離的普遍關(guān)系，再利用這 m個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)已知的位置信息，來(lái)計(jì)算移動(dòng)目標(biāo)的位置， 其中m《3。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l， 2或3所述的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，所 使用的定位方法，其特征在于它包括如下步驟-a. 建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系；b. 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，建立定位區(qū)域內(nèi)，I個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所接收到的， 來(lái)自同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的不同信號(hào)強(qiáng)度值，共同組成的信號(hào) 強(qiáng)度指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)在不同位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系， 或?qū)?yīng)于這I個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)目標(biāo)所顯示的不同信號(hào)強(qiáng) 度值，共同組成的信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)在不同 位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；c. 利用I個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上,同時(shí)測(cè)量的來(lái)自同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的不 同的信號(hào)強(qiáng)度，共同組成的信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與數(shù)據(jù)庫(kù) 中預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)儲(chǔ)存的，這I個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的不同信號(hào) 強(qiáng)度指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)在不同位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系， 或利用移動(dòng)目標(biāo)所測(cè)量的來(lái)自I個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的不同信號(hào)強(qiáng) 度值，共同組成的信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先通 過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)儲(chǔ)存的，對(duì)應(yīng)于這I個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的，移動(dòng)目標(biāo) 的不同信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)在不同位置的一一 對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)的位置，其中1》1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l， 2或3所述的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，所使用的定位方法，其特征在于它包括如下步驟-a. 建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系；b. 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，建立定位區(qū)域內(nèi)，不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)臨界發(fā)射功率與對(duì)應(yīng)移動(dòng)目標(biāo)距離的普遍關(guān)系；c.通過(guò)改變n個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，分別找出它們能夠接 收到移動(dòng)目標(biāo)回應(yīng)信號(hào)時(shí)的臨界發(fā)射功率值，再根據(jù)該定 位區(qū)域內(nèi)，預(yù)先測(cè)得的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的臨界發(fā)射功率，與移動(dòng) 目標(biāo)距離的普遍關(guān)系，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)的位置，此時(shí)n≤3;。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l, 2或3所述的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，所 使用的定位方法，其特征在于它包括如下步驟-a. 建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系；b. 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，建立定位區(qū)域內(nèi)，對(duì)應(yīng)于不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)， 移動(dòng)目標(biāo)的臨界發(fā)射功率，與移動(dòng)目標(biāo)到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 間距離的普遍關(guān)系；c. 通過(guò)改變移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率，分別找出對(duì)應(yīng)于n個(gè)網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的，移動(dòng)目標(biāo)的不同臨界發(fā)射功率，再根據(jù)該定位區(qū) 域內(nèi)，預(yù)先測(cè)得的移動(dòng)目標(biāo)的臨界發(fā)射功率，與這n個(gè)網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)間距離的普遍關(guān)系，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)的位置，此時(shí) n≤3 。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l， 2或3所述的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，所 使用的定位方法，其特征在于它包括如下步驟-a. 建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系；b. 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，建立定位區(qū)域內(nèi)，能夠接收到移動(dòng)目標(biāo)回 應(yīng)信號(hào)的，J個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的不同臨界發(fā)射功率指紋特征，與 移動(dòng)目標(biāo)在不同位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；c. 通過(guò)改變J個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，分別找出它們能夠接收到同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)回應(yīng)信號(hào)時(shí)的臨界發(fā)射功率值，共同 組成的臨界發(fā)射功率指紋特征，再根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先通過(guò) 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)儲(chǔ)存的，這J個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的臨界發(fā)射功率指紋特 征，與移動(dòng)目標(biāo)在定位區(qū)域內(nèi)不同位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系， 來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)的位置，此時(shí)J》1 。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1， 2或3所述的無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，所使用的定位方法，其特征在于它包括如下步驟-a.建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)的通信聯(lián)系；b. 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，建立定位區(qū)域內(nèi)，對(duì)應(yīng)于Q個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的， 移動(dòng)目標(biāo)的Q個(gè)臨界發(fā)射功率值所組成的不同指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)在定位區(qū)域內(nèi)不同位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；c. 通過(guò)改變移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射功率，找出對(duì)應(yīng)于這Q個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的，移動(dòng)目標(biāo)不同臨界發(fā)射功率值共同組成的指紋特征，再根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)儲(chǔ)存的，對(duì)應(yīng)于這Q個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)目標(biāo)的臨界發(fā)射功率指紋特征，與移動(dòng)目標(biāo)在定位區(qū)域內(nèi)不同位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)的位置，此時(shí)Q≥1 。
全文摘要
本發(fā)明涉及定位技術(shù)，特別涉及無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)及其定位方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，不能在城市等復(fù)雜環(huán)境條件下，滿足許多實(shí)際應(yīng)用需要的缺點(diǎn)，公開(kāi)了一種無(wú)線微功率網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)及其定位方法。本發(fā)明以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置為參考，根據(jù)定位區(qū)域內(nèi)信號(hào)源，接收機(jī)，發(fā)射功率和信號(hào)強(qiáng)度之間的普遍關(guān)系，和依賴于環(huán)境特征的特定關(guān)系，來(lái)確定移動(dòng)目標(biāo)的位置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，技術(shù)成熟，不需要復(fù)雜的測(cè)量和計(jì)算，也可不需要電子地圖，就能滿足實(shí)際定位需要；本系統(tǒng)既是一個(gè)定位網(wǎng)絡(luò)，又是一個(gè)可傳輸位置信息和控制信息的通信網(wǎng)絡(luò)，不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，方便了使用，而且大大降低了運(yùn)營(yíng)成本。
文檔編號(hào)H04W64/00GK101175292SQ20061002217
公開(kāi)日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
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