提高抵抗水分含量變化影響能力的toa無線定位系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，包括至少3個基站、定位設備和目標識別卡；基站接收目標識別卡發出的無線信號并傳輸至定位設備，定位設備包括電源模塊、處理器、網絡傳輸模塊、防水分干擾算法模塊、數據存儲模塊，網絡傳輸模塊接收基站發出的無線信號并通過處理器分配至防水風干擾算法模塊進行處理，處理結果存入數據存儲模塊。通過本實用新型進行TOA定位能夠有效降低無線信號在空中傳播時受水分影響使目標定位產生的誤差，定位精度高，故障率低。
【專利說明】
提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及無線通信技術領域，具體涉及提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統。
【背景技術】
[0002]為了獲取特定人員和物品的精確位置是十分重要的，目前該問題通常利用三點定位方法予以解決，即通過已知三個點的坐標，測得目標到三個點的距離或者角度，利用幾何算法求得目標的位置坐標。三點定位中的測角方法需要昂貴的智能型的陣列天線系統，因此在高精度定位的市場化中難以推廣。所以三點定位中普遍使用測距方法。
[0003]測距一般有兩種方法，即利用信號強度(RSS)方式或利用信號到達時間(TOA)方式。RSS方式有其固有缺點，如定位的精度比較低、覆蓋的范圍小、在惡劣環境下無法工作等等。而采用TOA技術可以克服這些缺點，其定位精度最大可小于I米。
[0004]TOA方法通過測量無線信號從目標至信號基站的傳播時間，并乘以無線信號的傳播速度得到基站距目標的距離。該方式具有精度高、基站的覆蓋范圍大、適于抗惡劣環境等優點。如圖4所示，在理想條件下，分別以三個基站A、B和C為圓心，以每個基站測得的與目標間的距離為半徑(AT、BT和CT)做圓，所相交的點即為目標坐標。但是由于空氣中存在的水分會使無線信號在空氣中傳播的速度發生改變，較標準條件下測定的傳播速度快或慢，造成基站實際測得的與目標之間的距離變大或者變小，使得三個圓相交部分不為一點。如圖2所示，在實際應用中，一般分別以A、B和C三個基站的坐標作為圓心以所測得的AT、BT和CT作為半徑做圓，求得三個圓的6個交點位置。由于目標T的位置應在A、B和C三個基站所圍成的三角形內部，據此可以確定符合要求的三個交點(Cl、C2和C3)。將此三個交點作為頂點做三角形，將該三角形的中心C作為目標的位置T’。從圖中可以看出，空氣中水分的影響降低了三點定位方法的精度。

【發明內容】

[0005]發明目的:針對現有技術的不足，本實用新型提出了提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，減少了定位時基站計算與目標間的距離時由于空氣中水分含量對無線信號傳播速度造成的影響，提高了對目標的定位精度。
[0006]技術方案:本實用新型所述提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，包括至少3個基站、定位設備和目標識別卡;基站接收目標識別卡發出的無線信號并傳輸至定位設備，定位設備包括電源模塊、處理器、網絡傳輸模塊、防水分干擾算法模塊、數據存儲模塊，網絡傳輸模塊接收基站發出的無線信號并通過處理器分配至防水風干擾算法模塊進行處理，處理結果存入數據存儲模塊。在平面定位中設置至少三個基站，基站的坐標是已知并固定的，即三點定位中的三個點，也稱錨點，目標識別卡固定在待定位的目標上;為了保證定位的精確度及速度，防水分干擾算法模塊單獨設置，是一個完整的最小單片機系統，而處理器只負責將計算的結果進行輸出或儲存，這樣可使整個設備的工作速度加快，同時降低故障率和計算出錯概率。
[0007]進一步完善上述技術方案，所述電源模塊包括交直流轉換模塊、直流供電模塊，交流電經所述交直流轉換模塊、直流供電模塊后與所述處理器相連為其供電。
[0008]進一步地，所述處理器與直流供電模塊之間還連接有開關及復位模塊。
[0009]進一步地，所述處理器還設有設備顯示模塊將防水分干擾算法模塊處理結果進行顯不O
[0010]進一步地，所述防水分干擾算法模塊采用DSP高速運算芯片。采用DSP高速運算芯片對數據進行運算，極大地提高了得到定位結果的速度。
[0011]為了滿足基站和設備、設備和互聯網中指定監控主機間的通訊，進一步地，所述定位設備通過網絡傳輸模塊與監控主機相連，互聯網中具有權限的監控主機可同過網絡傳輸模塊對設備進行遠程操控及數據通訊。
[0012]有益效果:與現有技術相比，本實用新型的優點:通過本實用新型進行TOA定位能夠有效降低無線信號在空中傳播時受水分影響使目標定位產生的誤差，定位精度高，故障率低，并且易組成拓撲結構，實現更多功能。
【附圖說明】

[0013]圖1為定位設備從現場基站提取目標位置信息的設備及過程示意圖。
[0014]圖2為定位設備內部結構功能簡圖。
[0015]圖3為現場設備布置的網絡拓撲圖。
[0016]圖4為三點定位原理以及收到空氣水分影響后的誤差示意圖。
[0017]圖5為三點定位方法中對空氣水分影響的處理方法示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面通過附圖對本實用新型技術方案進行詳細說明。
[0019]實施例1:如圖1所示的提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，包括7個基站、定位設備、目標識別卡，基站接收目標識別卡發出的無線信號并傳輸至定位設備。如圖2所示，定位設備包括交直流轉換模塊、直流供電模塊、開關及復位模塊、處理器、網絡傳輸模塊、防水分干擾算法模塊、數據存儲模塊、設備顯示模塊，流電經交直流轉換模塊、直流供電模塊后與處理器相連為其供電，開關及復位模塊連接在直流供電模塊與處理器之間用于控制處理器的復位，網絡傳輸模塊接收基站發出的無線信號并通過處理器分配至防水風干擾算法模塊進行處理，防水分干擾算法模塊采用DSP高速運算芯片，處理結果存入數據存儲模塊并通過設備顯示模塊進行顯示。
[0020]如圖3所示，定位設備能夠通過網絡傳輸模塊將數據發送至互聯網中的指定的監控主機和服務器，互聯網中具有權限的監控主機可同過網絡傳輸模塊對定位設備進行遠程操控及數據通訊。服務器的功能包括完成后臺的設備管理、顯示地圖、根據目標識別卡到多個基站的距離計算出目標標識卡的位置坐標并顯示在地圖上等等。
[0021]其中設備無線網橋性能應達到以下要求:工作電壓:交流220V;工作電流:160mA;通信距離:CAN總線10千米，無線通信距離1200米;通信速率:125Kbps ；環境大氣壓80kPa?I 1kPa;環境溫度-20 0C?+70 °C ;周圍空氣相對濕度不大于95 % (25 °C時)；在無破壞絕緣的氣體和蒸氣的環境;在無滴水的地方。定位基站應達到以下要求:工作電壓:交流220V;工作電流:160mA ；通信距離:CAN總線10千米，無線通信距離1200米;通信速率:125Kbps ；環境大氣壓80kPa?I 1kPa;環境溫度-20 V?+70°C ;周圍空氣相對濕度不大于95 % (25°C時)；在無破壞絕緣的氣體和蒸氣的環境;在無滴水的地方。
[0022]如圖5所示，采用本實用新型提供的系統進行定位的方法包括如下步驟:
[0023]測試當天濕度為80%，測試環境為一高層建筑室內施工現場，現場面積645平方米。
[0024](I)在需定位的場地周圍，布置7臺基站和I臺服務器，讀取基站坐標；
[0025](2)當目標T進入定位范圍內，對目標所攜帶的信號發射裝置所發出的信號進行接收測試，選擇信號強度最佳的三臺基站用于定位，
[0026](3)根據信號強度的大小選出三個信號質量最好的基站A、B、C及其坐標(Xa，ya)、(xb，yb)和(xc，yc)；
[0027](4)根據信號到達基站時間與無線電波在空氣中傳播的速度，分別計算根據由目標T發出的信號至基站A、B和C之間的距離AT、BT和CT;
[0028](5)計算目標T到三個基站距離的比例&=AT/BT、^ca = CT/AT和= BT/CT ；
[0029](6)列出二次方程組:
[0030]P2ab=AT2/BT2= (x-xa)2+(y-ya)2/(x~xb)2+(y-yb)2 (I);
[0031]P2ca = CT2/AT2= (x-xc)2+(y-yc)2/(x-xa)2+(y-ya)2 (2);
[0032]02bc = BT2/CT2= (x-xb)2+(y-yb)2/(x-xc)2+(y-yc)2 (3);
[0033]利用式(I)和⑶求得兩個坐標點roKxbhybihPBKxbhyw)，通過式(I)和(2)獲得PAl(xal，yal)、PA2(Xa2，ya2)，通過式(2)和(3)獲得 PCl(Xcl，ycl)、PC2(Xc2，yc2)；
[0034](7)求得步驟(6)中(xal，yal)、(xa2，ya2)至基站A的矢量距離AAjPAA2，并分別與AT進行比較，其中與六1'相差較小者被標示為&、，7、)，同理可分別求出&/，7、)和&’。，7’。)；
[0035](8)利用步驟(7)中(x’a，y’a)、(x’b，y’b)和(x’c，y’c)三點做三角形，并將此三角形三邊中線的交點作為目標T的定位位置T‘ ；
[0036](9)通過設備顯示模塊可將目標信息在其上顯示，也可將目標的位置信息通過無線或有線網絡發送至互聯網中授權的監控主機，并可從互聯網中指定監控主機中下載所需要的文件用于軟件的升級，同時可滿足遠程操控的需求。
[0037]如上所述，盡管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本實用新型，但其不得解釋為對本實用新型自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本實用新型的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。
【主權項】
1.提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，其特征在于:包括至少3個基站、定位設備和目標識別卡;基站接收目標識別卡發出的無線信號并傳輸至定位設備，定位設備包括電源模塊、處理器、網絡傳輸模塊、防水分干擾算法模塊、數據存儲模塊，網絡傳輸模塊接收基站發出的無線信號并通過處理器分配至防水風干擾算法模塊進行處理，處理結果存入數據存儲模塊。2.根據權利要求1所述提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，其特征在于:所述電源模塊包括交直流轉換模塊、直流供電模塊，交流電經所述交直流轉換模塊、直流供電模塊后與所述處理器相連為其供電。3.根據權利要求2所述提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，其特征在于:所述處理器與直流供電模塊之間還連接有開關及復位模塊。4.根據權利要求1所述提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，其特征在于:所述處理器還設有設備顯示模塊將防水分干擾算法模塊處理結果進行顯示。5.根據權利要求1所述提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，其特征在于:所述防水分干擾算法模塊采用DSP高速運算芯片。6.根據權利要求1所述提高抵抗水分含量變化影響能力的TOA無線定位系統，其特征在于:所述定位設備通過網絡傳輸模塊與監控主機相連。
【文檔編號】H04W64/00GK205693899SQ201620583266
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620583266.8, CN 201620583266, CN 205693899 U, CN 205693899U, CN-U-205693899, CN201620583266, CN201620583266.8, CN205693899 U, CN205693899U
【發明人】金程, 朱峭, 王洪勇, 徐義明, 李明, 劉青
【申請人】中建電子工程有限公司, 中國建筑股份有限公司, 中建安裝工程有限公司