專利名稱：一種基于調(diào)頻廣播的終端定位方法及專用定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動(dòng)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種終端定位方法和一種終端定位裝置，具 體為一種基于調(diào)頻廣播的終端定位方法及專用定位裝置。
背景技術(shù)：
移動(dòng)定位技術(shù)在交通運(yùn)輸、生活服務(wù)、生產(chǎn)安全保障等諸多領(lǐng)域中有著越來越普 及的應(yīng)用。在交通運(yùn)輸業(yè)中，車載移動(dòng)定位終端被用于目標(biāo)車輛的定位和軌跡監(jiān)控，實(shí)現(xiàn) 了失竊車輛的追蹤、物流運(yùn)輸跟蹤調(diào)度、交通流量的監(jiān)視預(yù)警等功能；在生活服務(wù)業(yè)中，手 持移動(dòng)定位終端將位置信息提交至信息檢索服務(wù)器處理，向用戶推薦附近的餐飲、旅游、購 物場所并提供線路導(dǎo)航；在井下開采、野外勘探、遠(yuǎn)洋漁業(yè)中，隨身攜帶的移動(dòng)定位終端當(dāng) 險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，定期向服務(wù)器發(fā)送被困者的位置信息，以便搜索人員準(zhǔn)確定位，及時(shí)搜救。據(jù) Frost & Sullivan公司預(yù)測，2013年亞太地區(qū)定位服務(wù)市場收入將達(dá)到8億美元。隨著移動(dòng)定位應(yīng)用需求的快速增長，商業(yè)化定位服務(wù)對(duì)定位技術(shù)在便攜性、準(zhǔn)確 性、可靠性和成本方面提出了更高要求，推動(dòng)移動(dòng)定位技術(shù)不斷創(chuàng)新。目前，移動(dòng)定位技術(shù) 大體上可分為四類方法短距離無線定位技術(shù)、基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位、基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 定位方法和混合的移動(dòng)定位方法。1)短距離無線定位技術(shù)
WLAN、RFID、藍(lán)牙、UWB、ZIGBEE等無線信號(hào)在短距離定位方向被廣泛使用。短距離無線 定位采用信號(hào)衰減計(jì)算距離無線信號(hào)在空間傳播過程中，隨著傳播距離的增大，會(huì)產(chǎn)生不 同程度的衰減。通過測量信號(hào)頻率和接收時(shí)的能量得到能量衰減，根據(jù)能量衰減公式可計(jì) 算出發(fā)射端與接收端的距離。利用以上計(jì)算距離方法，分別計(jì)算出同一個(gè)發(fā)射端(終端)到 三個(gè)接收端的距離，通過三角定位方法，確定終端坐標(biāo)。短距離無線定位方法在室內(nèi)環(huán)境使用時(shí)，通過提高接收節(jié)點(diǎn)密度，多組距離數(shù)據(jù) 相互參照，可以減小定位誤差，實(shí)現(xiàn)精度較高的定位。然而，其在大規(guī)模應(yīng)用時(shí)受精度、成 本、使用范圍等諸多限制現(xiàn)實(shí)的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，存在不同密度的障礙物、信號(hào)干擾源等 情況，導(dǎo)致無線信號(hào)傳播產(chǎn)生漫反射、反射以及被吸收等情況，求得的距離與實(shí)際距離存在 很大的偏差，導(dǎo)致短距離無線定位誤差較大；短距離無線定位技術(shù)的節(jié)點(diǎn)成本與部署成本 相對(duì)較高，低功耗WIFI，ZIGBEE節(jié)點(diǎn)價(jià)格動(dòng)輒幾十元到幾百元，而WIFI接收端節(jié)點(diǎn)價(jià)格更 是居高不下，且需要消耗時(shí)間成本進(jìn)行部署和定位訓(xùn)練；短距離無線定位受成本和功耗限 制，難以在戶外大規(guī)模部署，限制了其使用范圍。2)基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)
基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無線定位方法，是利用當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)中位置已知的基站作為參考 位置，并通過利用無線信號(hào)的傳輸特性使用特定的算法判斷被測物體的位置。一般包括
基于Cell ID的定位，利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)的蜂窩結(jié)構(gòu)，將終端所處的小區(qū)認(rèn)為是終端的位 置，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，終端側(cè)不需要作任何軟件或硬件的修改，網(wǎng)絡(luò)側(cè)不需要增 加新的網(wǎng)絡(luò)定位實(shí)體。缺點(diǎn)是定位精度不高，特別是由于多徑效應(yīng)的存在，其定位精度有時(shí)甚至達(dá)不到小區(qū)或扇區(qū)級(jí)；
基于來波到達(dá)角AOA(Angle of arrival)的定位，由兩個(gè)或更多基站利用天線陣列測 出電波的到達(dá)方向，進(jìn)而測量來自終端的信號(hào)的到達(dá)角，來估計(jì)移動(dòng)用戶位置，在障礙物較 多的環(huán)境中，由于無線傳輸?shù)亩鄰叫?yīng)，導(dǎo)致測量誤差增大，定位精度較低，尤其是當(dāng)移動(dòng) 臺(tái)距離基站較遠(yuǎn)時(shí)，基站定位角度的微小偏差會(huì)導(dǎo)致測位線距離的較大誤差；
基于來波到達(dá)時(shí)間TOA(Time of Arrival)的定位，通過測量移動(dòng)臺(tái)信號(hào)到達(dá)多個(gè)基站 的傳播時(shí)間來確定移動(dòng)用戶位置的方法。該方法需要有三個(gè)以上的基站能接收到移動(dòng)臺(tái)的 信號(hào)，然后利用三角定位算法計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)的位置。該方法的優(yōu)點(diǎn)是無需修改現(xiàn)有終端，但 需要在基站附加硬件，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高?；趤聿ǖ竭_(dá)時(shí)間差TDOA(Time Different of Arrival)的定位方法，通過檢測 移動(dòng)臺(tái)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)基站的時(shí)間差來確定移動(dòng)臺(tái)的位置，此時(shí)的移動(dòng)臺(tái)，必定位于以兩個(gè) 基站為焦點(diǎn)的雙曲線上，確定移動(dòng)臺(tái)的二維位置坐標(biāo)需要建立兩個(gè)以上雙曲線方程，也就 是說需要至少三個(gè)以上的基站接收到移動(dòng)臺(tái)信號(hào)，而兩個(gè)雙曲線的交點(diǎn)即為移動(dòng)臺(tái)的二維 位置坐標(biāo)；
基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位利用和改造已有運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可廣域定位，成本相對(duì)低。然而由 于蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)衰減較快，在基站較少的區(qū)域無法提供的服務(wù)，該定位方法精度依賴運(yùn)營 商網(wǎng)絡(luò)部署密度，可靠性差。3)基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位技術(shù)
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GlcAal Positioning System)是美國提供的中距離圓型軌道衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng)。使用者只需擁有GPS終端機(jī)即可使用該服務(wù)，無需另外付費(fèi)。目前比較實(shí)用的 GPS定位方法是網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS定位，即在定位時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通過跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)，解調(diào)出GPS 導(dǎo)航信號(hào)，并將這些信息傳送給移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)利用這些信息可以快速的搜索到有效的GPS 衛(wèi)星，接收到衛(wèi)星信號(hào)后，計(jì)算移動(dòng)臺(tái)位置的工作可以由網(wǎng)絡(luò)實(shí)體或移動(dòng)臺(tái)完成?；贕PS 的定位方法的優(yōu)點(diǎn)是定位精度較高，定位半徑可達(dá)到幾米、十幾米，因此利用該種定位技術(shù) .可滿足對(duì)定位精度要求較高業(yè)務(wù)的需要，如在電子地圖上顯示用戶位置等?；贕PS的無線定位技術(shù)的定位精度雖然較高，在成本、耗電、安全和穩(wěn)定性上均 有不足GPS芯片成本較高，且耗電量大，不適合大量部署；由于GPS由美國軍方控制，安全 性將無法保證；GPS定位精度受終端所處環(huán)境的影響也較大，如用戶在室內(nèi)或在高大建筑 物之間時(shí)，由于可跟蹤到的GPS衛(wèi)星數(shù)量較少，定位精度將降低，甚至無法完成定位。4)混合定位
混合定位技術(shù)，即在一個(gè)系統(tǒng)中，綜合使用上述三類定位技術(shù)中的兩種或多種方法。在 野外，可以利用GPS定位提供高精度的位置信息，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)側(cè)可以提供輔助信息來縮短定 位時(shí)間和提高定位精度；在城市，可以利用基站、無線熱點(diǎn)密集的優(yōu)勢，采用基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 信號(hào)與短距離無線定位結(jié)合的定位方式，或者采用混合利用GPS信號(hào)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的定 位方式，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下(如室內(nèi)、城市高樓之間)的定位?；旌蠠o線定位技術(shù)，實(shí)際上是 前三類方法的組合，只是在不同的環(huán)境中使用不同的技術(shù)，因此沒有從根本上解決前三類 技術(shù)的缺陷。綜上所述，一方面隨著商用無線定位服務(wù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，用戶對(duì)定位精度的要求日 趨增高；另一方面，現(xiàn)有的無線定位技術(shù)又存在各種的缺陷。開發(fā)一種精度高、成本低、可靠性好的無線定位方法是十分必要和緊迫的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種基于高頻廣播的終端定位方法，其能解決現(xiàn)有 移動(dòng)定位技術(shù)的缺陷和不足，成本低、穩(wěn)定可靠、精度較高、續(xù)航能力強(qiáng)，為此本發(fā)明還提供 了專用定位裝置。一種基于調(diào)頻廣播的終端定位方法，其特征在于 其包括以下步驟
步驟一定位裝置依次在調(diào)頻廣播規(guī)定頻段內(nèi)的所有頻點(diǎn)上接收廣播信號(hào)，并記錄下 接收到廣播的頻點(diǎn)和信號(hào)接收強(qiáng)度值(Received Signal Strength hdication)，從而獲 得一組來自多個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)發(fā)射的廣播信號(hào)強(qiáng)度值；
步驟二 所述定位裝置通過步驟一得到的所述一組來自多個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)發(fā)射的廣播信 號(hào)強(qiáng)度值獲得以上所記錄的頻點(diǎn)接收到的廣播發(fā)射臺(tái)的地理位置和發(fā)射功率信息；
步驟三所述定位裝置依據(jù)所述各頻點(diǎn)廣播接收強(qiáng)度值、調(diào)頻廣播的頻率、發(fā)射功率信 息和廣播發(fā)射臺(tái)的地理位置計(jì)算所述定位裝置的位置。其進(jìn)一步特征在于
所述步驟二中獲得頻點(diǎn)所接收到的廣播發(fā)射臺(tái)的地理位置和發(fā)射功率方法包括事 先測量所有廣播發(fā)射臺(tái)的地理位置以及發(fā)射功率信息并存儲(chǔ)在所述定位裝置中，并建立所 述頻點(diǎn)和廣播發(fā)射臺(tái)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)所述定位終端接收到特定頻點(diǎn)的廣播信號(hào)時(shí)通過查 表獲得該廣播發(fā)射臺(tái)的位置和發(fā)射功率信息；當(dāng)所述定位裝置使用支持RDS (Radio Data System)的FM接收機(jī)時(shí)，RDS自動(dòng)檢測和解調(diào)調(diào)頻廣播信號(hào)中的數(shù)字內(nèi)容，進(jìn)而獲得當(dāng)前廣 播發(fā)射臺(tái)的位置和發(fā)射功率信息；
所述步驟三中計(jì)算定位裝置位置包含以下步驟
(1)通過所述步驟二獲得接收到的N個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)的位置，用<Xi，yi，Zi>表示第i個(gè)發(fā) 射臺(tái)的位置，用RSSIi表示接受到的第i個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)的信號(hào)強(qiáng)度；
(2)根據(jù)自由空間無線電傳播路徑損耗模型，用已知量表示定位裝置到N個(gè)發(fā)射臺(tái)的 距離；
自由空間無線電傳播路徑損耗模型如下 Lbf = C1 + 10 X η X IgF - 10 X η X IgD。其中，Lbf 為自由空間損耗(dB)，D 為距離(km)，
F為頻率(MHz)，η為路徑衰減因子，取值為2 4，q為取值范圍在32-35之間的常數(shù)。接
收點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度模型如下:RSSi = Pt + Gt + Gr — Le- Lbf。RSSI代表接收信號(hào)強(qiáng)
度指示，Pt+ Gt為發(fā)射功率，Gr-Lc為接收增益和損耗的結(jié)果，同一終端定位裝置可認(rèn)為
是某未知常量q；設(shè)標(biāo)號(hào)為i的廣播信號(hào)接收端信號(hào)強(qiáng)度為RSHt，其發(fā)射功率為巧，其頻率為F"定位裝 置到發(fā)射臺(tái)距離為Di,代入路徑損耗模型和信號(hào)強(qiáng)度模型并化簡
權(quán)利要求
1.一種基于調(diào)頻廣播的終端定位方法，其特征在于其包括以下步驟步驟一定位裝置依次在調(diào)頻廣播規(guī)定頻段內(nèi)的所有頻點(diǎn)上接收廣播信號(hào)，并記錄下 接收到廣播的頻點(diǎn)和信號(hào)接收強(qiáng)度值(Received Signal Strength hdication)，從而獲 得一組來自多個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)發(fā)射的廣播信號(hào)強(qiáng)度值；步驟二 所述定位裝置通過步驟一得到的所述一組來自多個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)發(fā)射的廣播信 號(hào)強(qiáng)度值獲得以上所記錄的頻點(diǎn)接收到的廣播發(fā)射臺(tái)的地理位置和發(fā)射功率信息；步驟三所述定位裝置依據(jù)所述各頻點(diǎn)廣播接收強(qiáng)度值、調(diào)頻廣播的頻率、發(fā)射功率信 息和廣播發(fā)射臺(tái)的地理位置計(jì)算所述待測終端的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于調(diào)頻廣播的終端定位方法，其特征在于所述步驟 二中獲得頻點(diǎn)所接收到的廣播發(fā)射臺(tái)的地理位置和發(fā)射功率方法包括事先測量所有廣播 發(fā)射臺(tái)的地理位置以及發(fā)射功率信息并存儲(chǔ)在所述定位裝置中，并建立所述頻點(diǎn)和廣播發(fā) 射臺(tái)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)所述定位裝置接收到特定頻點(diǎn)的廣播信號(hào)時(shí)通過查表獲得該廣播發(fā)射 臺(tái)的位置和發(fā)射功率信息；當(dāng)所述定位裝置使用支持RDS (Radio Data System)的FM接收 機(jī)時(shí)，RDS自動(dòng)檢測和解調(diào)調(diào)頻廣播信號(hào)中的數(shù)字內(nèi)容，進(jìn)而獲得當(dāng)前廣播發(fā)射臺(tái)的位置和 發(fā)射功率信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于調(diào)頻廣播的終端定位方法，其特征在于所述步驟 三中計(jì)算定位裝置位置包含以下步驟(1)通過所述步驟二獲得接收到的N個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)的位置，用<Xi，yi，Zi>表示第i個(gè)發(fā) 射臺(tái)的位置，用RSSIi表示接受到的第i個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)的信號(hào)強(qiáng)度；(2)根據(jù)自由空間無線電傳播路徑損耗模型，用已知量表示定位裝置到N個(gè)發(fā)射臺(tái)的 距離；自由空間無線電傳播路徑損耗模型如下Lbf= C1 - 10 X η X IgF- 10 X η X IgD, !(；屮’ Lbf 為自由空間損耗(dB)，D 為距離(km)，F(xiàn)為頻率(MHz)，η為路徑衰減因子，取值為2 4，C1為取值范圍在32-35之間的常 數(shù)，接收點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度模型如下RSSI代表接收信號(hào)強(qiáng)度指示，Pt-Gt為發(fā)射功率，Gr -Le為接收增益和損耗的結(jié)果，同一終端定位裝置可認(rèn)為是某未知常量C2 ；設(shè)標(biāo)號(hào)為i的廣播信號(hào)接收端信號(hào)強(qiáng)度為RSSIi，其發(fā)射功率為，其頻率為Fi，移動(dòng)終端到發(fā)射臺(tái)距離為Di，代入路徑損耗模型和信號(hào)強(qiáng) 度模型并化簡其中，Pe ApRSSIi已知，C為某未知常量，路徑衰減因子η可采用室溫空氣中近似值2，也可根據(jù)具體部署場景，通過測量兩個(gè)定位裝置到某電臺(tái)距離比和兩終端接收信號(hào)強(qiáng)度之 差，計(jì)算得到(3)根據(jù)定位裝置到N個(gè)發(fā)射臺(tái)的距離與發(fā)射臺(tái)位置，采用加權(quán)質(zhì)心算法計(jì)算移動(dòng)終 端位置加權(quán)質(zhì)心算法的基本思想是在質(zhì)心算法中，通過加權(quán)因子來體現(xiàn)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)質(zhì)心 坐標(biāo)決定權(quán)的大小，利用加權(quán)因子體現(xiàn)各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)質(zhì)心位置的影響程度，反映它們間的 內(nèi)在關(guān)系，其計(jì)算公式如下其中(Xi，Yi, Zi)分別表示第i個(gè)發(fā)射臺(tái)的位置坐標(biāo)，(x, y, ζ)標(biāo)示終端位置坐標(biāo)，將化 代入，通過分子分母提取并約分未知常量Mf ,最終定位裝置坐標(biāo)(X，y, ζ)可由已知量η，χ ，Ji，Z1^1，RSSIs，F(xiàn)1 (i=l,2, ...N)計(jì)算得出。
4.一種基于調(diào)頻廣播的專用定位裝置，其特征在于其包括處理器單元、調(diào)頻廣播接 收模塊、存儲(chǔ)模塊，所述調(diào)頻廣播接收模塊，用于接收發(fā)射臺(tái)發(fā)射的廣播信號(hào)，可以在指定 的頻點(diǎn)上接收廣播信號(hào)，能測量所接收信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度值；存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)已知的 發(fā)射臺(tái)編碼、發(fā)射臺(tái)位置及發(fā)射功率；所述處理器單元與所述調(diào)頻廣播接收模塊、存儲(chǔ)模塊 之間分別通過總線電控連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于調(diào)頻廣播的專用定位裝置，其特征在于其還包括附加功能模塊，所述附加功能單元與所述處理器單元通過所述總線電控連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于調(diào)頻廣播的專用定位裝置，其特征在于所述附加 功能模塊根據(jù)無線定位裝置的不同實(shí)際使用要求進(jìn)行加載，所述附加功能模塊可以為GPS 芯片或WIFI芯片，也可以為顯示模塊與通信模塊的組合；所述GPS芯片或WIFI芯片可以用 于滿足定位裝置定位精度、功耗、穩(wěn)定性的要求；所述顯示模塊與通信模塊的組合可以用于 定位與收發(fā)信息使用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于調(diào)頻廣播的終端定位方法，其能解決現(xiàn)有移動(dòng)定位技術(shù)的缺陷和不足，成本低、穩(wěn)定可靠、精度較高、續(xù)航能力強(qiáng)，其包括以下步驟步驟一定位裝置依次在調(diào)頻廣播規(guī)定頻段內(nèi)的所有頻點(diǎn)上接收廣播信號(hào)，并記錄下接收到廣播的頻點(diǎn)和信號(hào)接收強(qiáng)度值，獲得一組來自多個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)發(fā)射的廣播信號(hào)強(qiáng)度值；步驟二定位裝置通過步驟一得到的一組來自多個(gè)廣播發(fā)射臺(tái)發(fā)射的廣播信號(hào)強(qiáng)度值獲得以上所記錄的頻點(diǎn)接收到的廣播發(fā)射臺(tái)的地理位置和發(fā)射功率信息；步驟三定位裝置依據(jù)各頻點(diǎn)廣播接收強(qiáng)度值、調(diào)頻廣播的頻率、發(fā)射功率信息和廣播發(fā)射臺(tái)的地理位置計(jì)算所述待測終端的位置。本發(fā)明還提供了專用定位裝置，其包括處理器單元、調(diào)頻廣播接收模塊、存儲(chǔ)模塊，處理器單元與調(diào)頻廣播接收模塊、存儲(chǔ)模塊之間分別通過總線電控連接。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102098782SQ20111006840
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者宋崢, 熊永平, 馬建 申請(qǐng)人:無錫智感星際科技有限公司