專利名稱：無(wú)線信號(hào)源定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線測(cè)量和位置定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)線信號(hào)源定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無(wú)線信號(hào)源定位是指根據(jù)傳感器測(cè)得的信號(hào)估計(jì)出某一時(shí)刻信號(hào)源所處的空間位置。無(wú)線信號(hào)源定位方法通過(guò)測(cè)量物理參量并根據(jù)測(cè)量獲得的物理參量計(jì)算出距離信息，其精確度在一定程度上依賴于測(cè)量物理參量的精確度。傳統(tǒng)的無(wú)線信號(hào)源定位方法中，通常選取傳感器接收信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度、接收角度、 信號(hào)到達(dá)時(shí)間(Time of Arrival，T0A)和信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(Time Delay of Arrival,TDOA) 作為測(cè)量的物理參量。其中，利用TDOA作為物理參量的定位方法是指利用多個(gè)傳感器接收到的信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差對(duì)信號(hào)源的位置進(jìn)行估計(jì)。傳統(tǒng)技術(shù)中，利用TDOA作為物理參量的無(wú)線信號(hào)源定位方法是采用4個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)的無(wú)線信號(hào)源定位方法不能完全實(shí)現(xiàn)三維空間定位，通常會(huì)計(jì)算出多個(gè)位置，唯一性不能保證，從而使得信號(hào)源的定位不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種能提高定位的準(zhǔn)確性的無(wú)線信號(hào)源定位方法。一種無(wú)線信號(hào)源定位方法，包括以下步驟設(shè)置至少5個(gè)傳感器，所述至少5個(gè)傳感器不在同一平面內(nèi)；根據(jù)所述至少5個(gè)傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置。優(yōu)選的，所述傳感器為5個(gè)；所述5個(gè)傳感器中，第一、第二和第三傳感器的連線構(gòu)成三角形，第四傳感器位于所述三角形任意一條邊與所述邊的高線的交點(diǎn)位置，第五傳感器位于經(jīng)過(guò)所述第四傳感器且與所述三角形平面垂直的連線上。優(yōu)選的，所述第四傳感器到其他四個(gè)傳感器的距離相等。優(yōu)選的，所述根據(jù)所述傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置的步驟之前還包括獲取所述信號(hào)的傳播速度。優(yōu)選的，根據(jù)所述至少5個(gè)傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置的步驟具體為選取第一傳感器組和第二傳感器組，所述第一傳感器組由任意至少4個(gè)傳感器組成；所述第二傳感器組由至少4個(gè)傳感器組成，所述第二傳感器組至少包括一個(gè)不屬于第一傳感器組的傳感器，且構(gòu)成第一傳感器組和第二傳感器組的傳感器不在同一平面上；根據(jù)所述信號(hào)的傳播速度和所述第一傳感器組接收到信號(hào)的時(shí)間差，通過(guò)聯(lián)立方程組獲取表示信號(hào)源位置的第一近似解；根據(jù)所述信號(hào)的傳播速度和所述第二傳感器組接收到信號(hào)的時(shí)間差，通過(guò)聯(lián)立方程組獲取表示信號(hào)源位置的第二近似解；根據(jù)所述第一近似解和第二近似解定位信號(hào)源的位置。優(yōu)選的，所述根據(jù)所述第一近似解和第二近似解定位信號(hào)源的位置的步驟具體為將所述第一近似解中的位置坐標(biāo)與第二近似解中的位置坐標(biāo)配對(duì)，得到最接近或重合的一組位置坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算所述最接近或重合的一組位置坐標(biāo)的平均值定位信號(hào)源。優(yōu)選的，所述通過(guò)計(jì)算所述位置坐標(biāo)的平均值定位信號(hào)源之前還包括去除所述最接近或重合的一組位置坐標(biāo)中誤差超過(guò)閾值的位置坐標(biāo)。優(yōu)選的，所述傳感器接收到的信號(hào)包括紅外信號(hào)、無(wú)線電波信號(hào)、射頻信號(hào)、可聞聲信號(hào)和超聲波信號(hào)此外，還有必要提供一種能提高定位的準(zhǔn)確性的無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)。一種無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)，包括定位模塊和至少5個(gè)傳感器，所述至少5個(gè)傳感器不在同一平面內(nèi)；所述定位模塊用于根據(jù)所述至少5個(gè)傳感器接收到的信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置。優(yōu)選的，所述傳感器為5個(gè)；所述5個(gè)傳感器中，第一、第二和第三傳感器的連線構(gòu)成三角形，第四傳感器位于所述三角形任意一條邊與所述邊的高線的交點(diǎn)位置，第五傳感器位于經(jīng)過(guò)所述第四傳感器且與所述三角形平面垂直的連線上。優(yōu)選的，所述第四傳感器到其他四個(gè)傳感器的距離相等。優(yōu)選的，所述定位模塊還用于獲取所述信號(hào)的傳播速度。優(yōu)選的，所述定位模塊還用于選取第一傳感器組和第二傳感器組，所述第一傳感器組由任意至少4個(gè)傳感器組成；所述第二傳感器組由至少4個(gè)傳感器組成，且所述第二傳感器組至少包括一個(gè)不屬于第一傳感器組的傳感器，且構(gòu)成第一傳感器組和第二傳感器組的傳感器不在同一平面上；所述定位模塊還用于根據(jù)所述信號(hào)的傳播速度和所述第一傳感器組接收到信號(hào)的時(shí)間差，通過(guò)聯(lián)立方程組獲取表示信號(hào)源位置的第一近似解；所述定位模塊還用于根據(jù)所述信號(hào)的傳播速度和所述第二傳感器組接收到信號(hào)的時(shí)間差，通過(guò)聯(lián)立方程組獲取表示信號(hào)源位置的第二近似解；所述定位模塊還用于根據(jù)所述第一近似解和第二近似解定位信號(hào)源。優(yōu)選的，所述定位模塊還用于將所述第一近似解中的位置坐標(biāo)與第二近似解中的位置坐標(biāo)配對(duì)，得到最接近或重合的一組位置坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算所述最接近或重合的一組位置坐標(biāo)的平均值定位信號(hào)源。優(yōu)選的，所述定位模塊還用于去除所述位置最接近或重合的一組位置坐標(biāo)中誤差超過(guò)閾值的位置坐標(biāo)。優(yōu)選的，所述傳感器接收到的信號(hào)包括紅外信號(hào)、無(wú)線電波信號(hào)、射頻信號(hào)、可聞聲信號(hào)和超聲波信號(hào)。上述無(wú)線信號(hào)源定位方法和系統(tǒng)，利用了信號(hào)到達(dá)至少5個(gè)的傳感器的時(shí)間差來(lái)定位信號(hào)源的位置，由于該至少5個(gè)傳感器不在同一平面內(nèi)，因此實(shí)現(xiàn)了完全的三維空間定位，從而使得計(jì)算出的信號(hào)源的位置具有唯一性，進(jìn)而提高了定位的準(zhǔn)確性。
圖1為一個(gè)實(shí)施例中無(wú)線信號(hào)源定位方法的流程圖；圖2為一個(gè)實(shí)施例中7個(gè)傳感器設(shè)置的位置的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3為一個(gè)實(shí)施例中4個(gè)傳感器設(shè)置的位置的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖4為圖3中傳感器組的誤差分布圖；圖5為一個(gè)實(shí)施例中4個(gè)傳感器設(shè)置的位置的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖6為圖5中傳感器組的誤差分布圖；圖7為一個(gè)實(shí)施例中5個(gè)傳感器設(shè)置的位置的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖8為一個(gè)實(shí)施例中無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1所示，一種無(wú)線信號(hào)源定位方法，包括以下步驟步驟S102，設(shè)置至少5個(gè)傳感器，該至少5個(gè)傳感器不在同一平面內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，傳感器的數(shù)量為7個(gè)，安裝于支架(圖中未標(biāo)示) 上，且5個(gè)傳感器不在同一平面上，其中S為信號(hào)源。7個(gè)傳感器分別為，第一傳感器10、第二傳感器20、第三傳感器30、第四傳感器40、第五傳感器50、第六傳感器60和第七傳感器 70。選擇第一傳感器10作為基準(zhǔn)傳感器，建立坐標(biāo)系，則第一傳感器10為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，坐標(biāo)為(0，0，0)。第二傳感器至第七傳感器的坐標(biāo)依次為(X2，y2，Z2),…(x7，y7, z7)。 其中，第一傳感器10與第二傳感器20、第三傳感器30和第四傳感器40在空間上構(gòu)成三角錐形的第一傳感器組A，第一傳感器10與第五傳感器50、第六傳感器60和第七傳感器70 在空間上構(gòu)成三角錐形的第二傳感器B。由于第一傳感器10至第七傳感器70僅僅為編號(hào)不同，均為用于接收信號(hào)并記錄接收到信號(hào)的時(shí)間的傳感器，因此，坐標(biāo)系的建立可以是以任意傳感器作為原點(diǎn)，也可以以任意方向作為坐標(biāo)軸方向，不影響定位結(jié)果，只需要至少5個(gè)傳感器不在同一平面上即可。步驟S104，根據(jù)至少5個(gè)傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置。本實(shí)施例中，根據(jù)至少5個(gè)傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置之前還要先獲取信號(hào)的傳播速度。傳感器接收到的信號(hào)包括紅外信號(hào)、無(wú)線電波信號(hào)、射頻信號(hào)、 可聞聲信號(hào)和超聲波信號(hào)。這些信號(hào)在介質(zhì)中的傳播速度是固定值，可通過(guò)預(yù)先測(cè)量獲得。 在獲取信號(hào)的傳播速度時(shí)，先獲取接收到信號(hào)的類型，然后再根據(jù)信號(hào)的類型獲取預(yù)先測(cè)量得到的該類信號(hào)在介質(zhì)中的傳播速度。在獲取了信號(hào)的傳播速度之后，先選取第一傳感器組和第二傳感器組，第一傳感器組由任意至少4個(gè)傳感器組成；第二傳感器組由至少4個(gè)傳感器組成，且第二傳感器組至少包括一個(gè)不屬于第一傳感器組的傳感器。且構(gòu)成第一傳感器組和第二傳感器組中的傳感器不在同一平面上。本實(shí)施例中，選取的第一傳感器組和第二傳感器組為前述的第一傳感器組A和第二傳感器組B。選取了第一傳感器組和第二傳感器組后，再獲取第一傳感器組和第二傳感器組中各個(gè)傳感器的三維坐標(biāo)。然后先根據(jù)信號(hào)的傳播速度和第一傳感器組接收到信號(hào)的時(shí)間差，通過(guò)聯(lián)立方程組獲取表示信號(hào)源位置的第一近似解。
例如，若信號(hào)的傳播速度為c，信號(hào)到達(dá)第一傳感器10、第二傳感器20、第三傳感器30和第四傳感器40的時(shí)間為、、t2、t3和t4，則第二傳感器20、第三傳感器30和第四傳感器40到第一傳感器10時(shí)間差分別為t12、t13、t14。則第一傳感器10到第二傳感器20、第三傳感器30和第四傳感器40的距離d12、d13 和d14分別為d12 = c X t12 ；d13 = CXt13 ；d14 = CXt14 ；然后，可以根據(jù)信號(hào)源S到傳感器的距離差聯(lián)立三元二次方程組 ^x2 + y2 + ζ2 -,J(x-X2)2 +(y-y2)2 +(z-Z2)2 = dn
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線信號(hào)源定位方法，包括以下步驟設(shè)置至少5個(gè)傳感器，所述至少5個(gè)傳感器不在同一平面內(nèi)；根據(jù)所述至少5個(gè)傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線信號(hào)源定位方法，其特征在于，所述根據(jù)所述傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置的步驟之前還包括 獲取所述信號(hào)的傳播速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線信號(hào)源定位方法，其特征在于，根據(jù)所述至少5個(gè)傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置的步驟具體為選取第一傳感器組和第二傳感器組，所述第一傳感器組由任意至少4個(gè)傳感器組成； 所述第二傳感器組由至少4個(gè)傳感器組成，所述第二傳感器組至少包括一個(gè)不屬于第一傳感器組的傳感器，且構(gòu)成第一傳感器組和第二傳感器組的傳感器不在同一平面上；根據(jù)所述信號(hào)的傳播速度和所述第一傳感器組接收到信號(hào)的時(shí)間差，通過(guò)聯(lián)立方程組獲取表示信號(hào)源位置的第一近似解；根據(jù)所述信號(hào)的傳播速度和所述第二傳感器組接收到信號(hào)的時(shí)間差，通過(guò)聯(lián)立方程組獲取表示信號(hào)源位置的第二近似解；根據(jù)所述第一近似解和第二近似解定位信號(hào)源的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線信號(hào)源定位方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第一近似解和第二近似解定位信號(hào)源的位置的步驟具體為 將所述第一近似解中的位置坐標(biāo)與第二近似解中的位置坐標(biāo)配對(duì)，得到最接近或重合的一組位置坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算所述最接近或重合的一組位置坐標(biāo)的平均值定位信號(hào)源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線信號(hào)源定位方法，其特征在于，所述通過(guò)計(jì)算所述位置坐標(biāo)的平均值定位信號(hào)源之前還包括去除所述最接近或重合的一組位置坐標(biāo)中誤差超過(guò)閾值的位置坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線信號(hào)源定位方法，其特征在于，所述傳感器為5個(gè)；所述 5個(gè)傳感器中，第一、第二和第三傳感器的連線構(gòu)成三角形，第四傳感器位于所述三角形任意一條邊與所述邊的高線的交點(diǎn)位置，第五傳感器位于經(jīng)過(guò)所述第四傳感器且與所述三角形平面垂直的連線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)線信號(hào)源定位方法，其特征在于，所述第四傳感器到其他四個(gè)傳感器的距離相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線信號(hào)源定位方法，其特征在于，所述傳感器接收到的信號(hào)包括紅外信號(hào)、無(wú)線電波信號(hào)、射頻信號(hào)、可聞聲信號(hào)和超聲波信號(hào)。
9.一種無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括定位模塊和至少5個(gè)傳感器， 所述至少5個(gè)傳感器不在同一平面內(nèi)；所述定位模塊用于根據(jù)所述至少5個(gè)傳感器接收到的信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位模塊還用于獲取所述信號(hào)的傳播速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位模塊還用于選取第一傳感器組和第二傳感器組，所述第一傳感器組由任意至少4個(gè)傳感器組成；所述第二傳感器組由至少4個(gè)傳感器組成，且所述第二傳感器組至少包括一個(gè)不屬于第一傳感器組的傳感器，且構(gòu)成第一傳感器組和第二傳感器組的傳感器不在同一平面上；所述定位模塊還用于根據(jù)所述信號(hào)的傳播速度和所述第一傳感器組接收到信號(hào)的時(shí)間差，通過(guò)聯(lián)立方程組獲取表示信號(hào)源位置的第一近似解；所述定位模塊還用于根據(jù)所述信號(hào)的傳播速度和所述第二傳感器組接收到信號(hào)的時(shí)間差，通過(guò)聯(lián)立方程組獲取表示信號(hào)源位置的第二近似解；所述定位模塊還用于根據(jù)所述第一近似解和第二近似解定位信號(hào)源。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位模塊還用于將所述第一近似解中的位置坐標(biāo)與第二近似解中的位置坐標(biāo)配對(duì)，得到最接近或重合的一組位置坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算所述最接近或重合的一組位置坐標(biāo)的平均值定位信號(hào)源。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位模塊還用于去除所述位置最接近或重合的一組位置坐標(biāo)中誤差超過(guò)閾值的位置坐標(biāo)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器為5個(gè)；所述5個(gè)傳感器中，第一、第二和第三傳感器的連線構(gòu)成三角形，第四傳感器位于所述三角形任意一條邊與所述邊的高線的交點(diǎn)位置，第五傳感器位于經(jīng)過(guò)所述第四傳感器且與所述三角形平面垂直的連線上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第四傳感器到其他四個(gè)傳感器的距離相等。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無(wú)線信號(hào)源定位系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器接收到的信號(hào)包括紅外信號(hào)、無(wú)線電波信號(hào)、射頻信號(hào)、可聞聲信號(hào)和超聲波信號(hào)。
全文摘要
一種無(wú)線信號(hào)源定位方法，包括以下步驟設(shè)置至少5個(gè)傳感器，所述至少5個(gè)傳感器不在同一平面內(nèi)；根據(jù)所述傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間差定位信號(hào)源的位置。上述無(wú)線信號(hào)源定位方法實(shí)現(xiàn)了三維空間定位，從而使得定位結(jié)果更加準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102413563SQ201110352528
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者劉營(yíng), 吳新宇, 徐揚(yáng)生, 李曉云, 熊國(guó)剛, 蘇士娟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院