本發明涉及物聯網無線組網領域，特別是一種物聯網室內三維無線信號覆蓋的性能測量方法。

背景技術：

物聯網飛速發展，在很多領域需要無線密集組網，良好的組網信號覆蓋(特別是室內組網覆蓋)是系統性能的基本保證。物聯網的無線信號覆蓋是一個公共基礎問題，在覆蓋不良的情況下，會出現通信斷續或中斷，影響物聯網系統的正常運行。

在無線系統部網實施過程中，物聯網無線系統往往具有組網密度高、單節點成本低等苛刻要求，而室內無線傳播因素眾多、傳播規律復雜，在室內幾乎不可能使用解析方法來計算，也不能照搬使用2/3/4G移動通信系統的網絡規劃和網絡優化等高成本手段，比如信號覆蓋軟件建模與預測，高成本儀器路測等。在行業應用中，迫切需要一種便攜的高性價比的無線信號覆蓋測量系統，來對無線組網的信號覆蓋性能進行快速和有效的測量。

注：NEO-8M為北斗系統中的模塊；TCXO為溫補晶體振蕩器；UTC時間為世界標準時間；RSSI為接收信號強度。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于手持設備的物聯網室內三維無線信號測量方法。

為了克服上述現有技術中的缺陷本發明采用如下技術方案：

一種物聯網室內三維無線信號測量方法，其特征在于：

A.利用GPS讀取初始時間和坐標，CPU的溫補TCXO實時校準GPS的時間；

B.將GPS產生初始坐標與物聯網的慣性導航單元產生的相對坐標校準，生成室內的三維絕對坐標；

C.無線接收單元讀取當前信號RSSI，文件存儲單元存儲信號RSSI與B中的三維絕對坐標；

D.存儲上述文件與服務器同步，服務器將多個文件合并與融合后，并生成三維網格，將所得信號強度數據進行線性三維插值，生成本區域完整的信號強度覆蓋數據。

進一步地，GPS使用NEO-8M高精度模塊；物聯網通過在開闊地或窗邊捕獲到GPS信號，得到三維坐標、UTC時間和秒脈沖。

進一步地，利用GPS產生初始秒脈沖和UTC時間，再設置高精度TCXO時鐘進行溫度進一步補償，在無GPS時鐘情況下進行時鐘接力，使得系統在測試時間內維持高精度統一時鐘。

進一步地，在TCXO上設有一個高精度溫度傳感器，測量其溫度變化對應的偏移誤差，進行平均后曲線擬合，將擬合后的數據記錄在CPU的flash中，在補償中調用數據，經測量能在4小時內維持ms量級精度。

優選地，在長時間測量條件下，需要對室內坐標進行校準，B中的三維絕對坐標與激光測距坐標校準單元校準測量后，生成更精確三維絕對坐標。

優選地，使用激光測距對A和B中已知標記點進行偏移坐標測距，測距后系統生產校準后的絕對坐標，同時存儲在文件系統中備用。

進一步地，C中的無線信號強度接收單元，使用鎖頻的對應頻段物聯網接收芯片，按照10Hz或更高的頻率讀取當前RSSI，結合當前時刻時空坐標(x,y,z,t)，合并為一個五元組，寫入手持設備文件系統中存儲備用。

進一步地，當一組測量完成之后，將所有數據通過WiFi單元同步到服務器。

進一步地，N個設備同時進行測量，并同步到服務器，服務器將數據進行合并、校準、融合，服務器生成一個三維網格，對測量三維數據進行三維線性插值，得到一個全信號覆蓋數據庫。

優選地，一種物聯網室內三維信號測量裝置，包括手持設備與數據融合服務器，其特征為：手持設備包括中央處理器CPU，分別與中央處理器CPU連接的物聯網接收機、GPS接收機構、激光測距儀、WiFi同步機構、儲存器、TCXO與溫度測量、慣導單元；其中物聯網接收機、GPS接收機構和WiFi同步機構都設有天線；通過WiFi同步天線與數據融合服務器連接。

本發明提供的物聯網室內三維無線信號測量方法設計簡單科學，通過手持設備經過的每個空間坐標與時標點的信號強度測量，并可由多個設備并行測量，在服務器端完成數據同步與融合，進行線性插值生成整個覆蓋區域的三維信號覆蓋數據。成本低，測量簡單，且能生產室內三維信號覆蓋，便于評估組網與干擾性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖：

圖1是本發明一種物聯網室內三維無線信號測量方法實施例示意圖；

圖2為時標產生與維持的流程圖；

圖3為慣性導航坐標產生的示意圖；

圖4為激光測距校準流程示意圖；

圖5為RSSI接收與記錄流程示意圖；

圖6為多個設備測量時的工作示意圖；

圖7為一種物聯網室內三維無線信號測量裝置示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發明，在此以本發明的示意性實施例及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。

如圖1至圖7所示，一種物聯網室內三維無線信號測量方法，GPS單元使用NEO-8M高精度模塊；通過在開闊地或窗邊捕獲到GPS信號，得到三維坐標、UTC時間和秒脈沖。CPU根據秒脈沖，結合TCXO和測溫電路，對時鐘進行校準后，CPU維持一個誤差為10us量級的精確時鐘，給出鎖定指示。可以進入室內測量，由于坐標的更新速率可到10Hz或更高，可以用小跑的速度測量，一來降低測量時間，二來降低慣性導航單元的積累誤差。

通過物聯網接收機實時更新RSSI，該物聯網接收機可采用頻段通用低成本的接收機來接收RSSI；同時通過慣性導航單元生成每個時刻的室內坐標(x,y,z),結合時標，生成每一個時刻的三維信號強度采樣值，形成五元組(x,y,z,t,RSSI)。

CPU對每個三維信號強度采樣值進行實時存儲，記錄到SD卡文件中。

激光測距單元為三個相互垂直的測距單元(一個單元垂直向下測距，測出離開地面的高度，另外兩個單元測出與墻壁的距離)，測量與一個已知坐標點的坐標偏差；手動設置生成帶時標的一個校準絕對坐標點(x_c,y_c,z_c,t)，同步記錄到SD卡中。

當一組測量完成之后，將所有數據通過WiFi同步到服務器。

N個設備可同時進行測量，可將一個大區域分割為多個小區域同步測量；并同步到服務器，服務器將數據進行合并、校準、融合，數據服務器生成一個三維網格，比如精度0.1m間距，對測量三維數據進行三維線性插值，也可以選高階插值提高精度，得到一個全信號覆蓋數據庫。

時標產生單元：一個動態的三維信號數據需要一個全局統一的精確時鐘，GPS時鐘在室內不能使用，使用GPS時鐘初始化，然后利用CPU接續校準的方法，維持精確時鐘。GPS在開闊的地方定位后得到UTC時間和秒脈沖，利用該初始時間用CPU進行接力計時；CPU使用1ppm左右的TCXO，在TCXO上設計了一個高精度溫度傳感器，測量其溫度變化對應的偏移誤差，進行平均后曲線擬合，將擬合后的數據記錄在CPU的flash中，在補償中調用數據，經測量能在4小時內維持ms量級精度。滿足多設備數據同步測量的要求，每秒測量10次信號強度，每次100ms時間，誤差很小。

慣性導航單元：本單元根據高精度GPS單元在開闊地或窗口邊獲得三維坐標：經緯度和高度，經緯度是度分格式，高度單位是m，然后與慣性導航芯片進行對準后，慣性導航芯片9軸：三軸加速度，三軸陀螺儀，三軸磁力計，慣性導航芯片輸出通過計算相對坐標，生成當前時刻的絕對坐標。

激光測距校準單元：在室內長時間，超過一小時或大區域測量時，慣性導航單元會產生較大的積累誤差，可在室內校準該坐標；選定一個室內已知坐標點，比如墻壁上某個標簽，通過激光測距單元測量與標簽的相對坐標偏差，作為校準值聯合時標記錄在SD卡中。

信號強度接收與記錄單元：如上所述，在系統準備好時空坐標(x,y,z,t)后，無線接收機單元采用具有鎖頻功能的通用物聯網芯片，一般來說，此類芯片具有-100～-30dBm的RSSI自動測量范圍，實時測量當前時刻所關心頻段的RSSI值，合并時空坐標組成五元組(x,y,z,t,RSSI)，然后將該數據存入SD卡文件當中，即使以每秒100次的速率測量，SD卡數量率也不超過50kbps的寫入速度。

數據同步單元：在多個手持設備完成一定區域的測量后，將數據通過wifi單元同步到數據服務器，服務器首先進行初步融合，按時空坐標合并冗余數據，數據服務器生成均勻坐標三維網格，基于場強的連續變化原理；進行三維線性插值得到全覆蓋的信號覆蓋數據。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。