本發(fā)明涉及定位技術(shù)，尤其涉及一種定位系統(tǒng)及定位方法。

背景技術(shù)：

目前，定位技術(shù)一般通過測量信號從信號源行進到接收設備所花的時間來操作。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)應用中，此測量是通過比較發(fā)送信號的時間與接收相同的信號的時間來完成的。諸如GPS之類的普通定位系統(tǒng)使用三個或更多個這樣的信號，并且使用三角測量法來計算對象的位置。由于測量計算是時間敏感的，因此通常需要第四個信號來保證源和接收器的時鐘恰當?shù)赝健?/p>

多徑是指從諸如墻壁和家具之類的其它對象反射定位信號的現(xiàn)象。這在諸如室內(nèi)之類的封閉環(huán)境中特別普遍，但是也是在諸如城市之類的建造區(qū)域中顯著的問題。簡單地說，反射信號從源行進到接收器花費更長的時間，因此影響測量的準確度。此外接收器看到來源于相同的源的具有不同的定時信息的沖突信號。一些現(xiàn)代的接收器使用選擇算法來試圖確定最合適的信號以在位置確定中使用。但是，接收器通常不能任意高精度地區(qū)分多徑信號與真正的定位信號。

以定位應用為例，一方面，可以利用安裝在電子設備中的應用程序(APP，Application)，通過與基站以及導航系統(tǒng)的交互，可以對電子設備進行定位導航，從而引導使用電子設備的用戶沿著導航路線到達電子地圖中的目的地。另一方面應用是，構(gòu)建電子設備與目標物的定位系統(tǒng)，即通過在目標物中設置小型基站，利用電子設備中安裝的定位應用程序，對目標物進行定位，并引導用戶找到該目標物，舉例來說，當車輛停在較大的地下車庫中，用戶找不到或不容易找到該車輛時，可以通過車輛中設置的基站(例如，藍牙模塊)的獨立天線發(fā)射的信號，電子設備依據(jù)接收信號強度指示(RSSI，Receive Signal Strength Indicator)，計算該電子設備與車輛的大致距離，從而可以獲知車輛相對電子設備的位置信息，并在該距離的圓周范圍內(nèi)進行搜索查找。但該獲取目標物位置信息的方法，利用接收的RSSI信號計算的電子設備與車輛的距離R，得到的位置信息(定位信息)只是距離信息，而無法提供電子設備與車輛的方位信息，需要用戶在半徑為R的圓周內(nèi)進行搜索查找，使得搜索查找到目標物所需的時間較長，尤其是目標物在運動場景中，沿著半徑為R的圓周內(nèi)進行搜索查找，如果搜索查找的方位與目標物所處的方位不一致，可能使得目標物與電子設備之間的距離越來越大，從而導致該方法定位目標物的精度較低。

有鑒于上述的缺陷，本設計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種定位精度較高的定位系統(tǒng)及定位方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種定位精度較高且定位精度可控制、調(diào)節(jié)的定位系統(tǒng)及定位方法。

本發(fā)明的定位系統(tǒng)，包括

-至少兩個定角設備，各所述定角設備用于接收待定位標簽發(fā)射的無線信號以獲取待定位標簽相對其的方向角度，所述定角設備均包括若干組中心點重合、以角度間隔排列且相同并同時獨立工作的天線陣列；

-主處理器，用于接收各所述定角設備的方向角度信息以及待定位標簽的SSID，對于同一個SSID標簽，所述主處理器根據(jù)各所述定角設備的方向角度信息計算出待定位標簽的位置。

進一步的，將各所述定角設備的各所述天線陣列接收到的無線信號強度按順序排列并連接起來，根據(jù)得到的波形計算待定位標簽相對相應的所述定角設備的方向角度。

進一步的，所述波形中信號強度最大的值或雙主瓣的中間零點對應的所述天線陣列的中垂線方向為待定位標簽方向。

進一步的，相鄰所述天線陣列的間隔角度相同或者不相同。

進一步的，還包括定位服務器，用于存儲所述主處理器上傳的待定位標簽的位置信息。

本發(fā)明的定位方法，該方法包括：

待定位標簽向外發(fā)射無線信號；

定角設備中包含的n組相同的天線陣列獨自接收所述無線信號并解碼得到各天線陣列接收到的信號的RSSI值和待定位標簽的SSID，其中，n＞1，各天線陣列按中心點重合、以角度間隔排列；

將各RSSI值按各所述天線陣列的排列順序排列連接，得到一個波形；

定角設備對所述波形進行分析并給出待定位標簽相對定角設備的方向角度；

將所述方向角度和待定位標簽的SSID上傳給主處理器；

對同一個SSID標簽，所述主處理器根據(jù)兩個或兩個以上定角設備的方向角度信息利用定位算法給出待定位標簽的精確位置。

進一步的，相鄰所述天線陣列的間隔角度相同或者不相同，調(diào)整間隔角度控制定位精度。

進一步的，所述定角設備通過分析出所述波形中信號強度最大的值或雙主瓣的中間零點對應的所述天線陣列，相應的天線陣列的中垂線方向為待定位標簽方向。

進一步的，所述定位算法包括步驟：

(1)各所述定角設備分析出待定位標簽的方向α，根據(jù)各所述定角設備自身方向，計算待定位標簽的絕對角度β，換算成弧度后做k＝tanβ運算，求出斜率k；

(2)對比各絕對角度對應的直線是否平行，如果平行，則沒有交點，否則執(zhí)行第(3)步；

(3)對于各所述定角設備的坐標(x，y)，根據(jù)直線方程y＝k*x+A，解出A＝y(tǒng)-K*x；

(4)求解各直線方程的交點，解出的(x,y)即為各直線相交點，得到待定位標簽的精確位置。

進一步的，所述主處理器在計算出待定位標簽的精確位置后，將精確位置信息上傳給定位服務器。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：

1、通過多組相同、中心點重合的天線陣列按一定的角度間隔排列，并同時獨立工作，從而使定角設備實現(xiàn)對待定位目標的360°或局部方向定角；

2、通過兩個或兩個以上的定角設備即可實現(xiàn)對待定位標簽的精確定位，定位角度誤差隨著定角設備數(shù)量的增多而減小，且定位精度可以通過調(diào)節(jié)天線陣列的個數(shù)來進行控制、調(diào)節(jié)，成本低、易操作；

3、當天線陣列的間隔角度越小，定位精度越高。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的定位系統(tǒng)的組成框架圖；

圖2是本發(fā)明的定位系統(tǒng)的原理圖；

圖3是本發(fā)明中定角設備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4-A是本發(fā)明中天線陣列的一種二維方向圖，圖4-B是本發(fā)明中天線陣列的另一種二維方向圖；

圖5是本發(fā)明的定位方法的工作流程圖；

圖6是實施例一的定角設備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是實施例一的天線陣列的二維方向圖；

圖8是實施例二的定角設備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是實施例二的天線陣列的二維方向圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

參見圖1，本發(fā)明的定位系統(tǒng)，包括至少兩個定角設備、一個主處理器和定位服務器，其中，各定角設備用于接收待定位標簽發(fā)射的無線信號以獲取待定位標簽相對其的方向角度，主處理器用于接收各定角設備的方向角度信息以及待定位標簽的SSID，對于同一個SSID標簽，主處理器根據(jù)各定角設備的方向角度信息計算出待定位標簽的位置；定位服務器用于存儲主處理器上傳的待定位標簽的位置信息。

每個定角設備可以得到待定位標簽相對于該定角設備的角度，這樣兩個設備的角度交點即為待定位標簽的位置。原理如圖2所示，定位設備1和定位設備2分別得到待定位標簽的角度為θ₁和θ₂，通過計算其交點即可得到待定位標簽的位置。

本發(fā)明的每個定角設備由n組相同且同時獨立工作的天線陣列組成，其排列方式如圖3所示，天線陣列以角度θ間隔排列，各個天線陣列的中心點重合，因此，定位角度誤差為θ/2。

本發(fā)明的定位系統(tǒng)的工作原理為：因所有的天線陣列的方向圖相同，且各自獨立的工作，當待定位標簽向外發(fā)射無線信號的時候，各個天線陣列獨立的接收該無線信號并轉(zhuǎn)化成電信號，每個天線陣列均連接有獨立的調(diào)制解調(diào)模塊，每個天線陣列轉(zhuǎn)化得到的電信號傳輸給各自的調(diào)制解調(diào)模塊進行信號解調(diào)，得到信號強度及待定位標簽的mac地址(因為對于任何一個無線設備，其mac地址都是唯一的，所以可以作為待定位標簽的SSID)。因天線陣列的方向圖是相同的，因此當其按如圖3方式排列后，將每個天線陣列接收得到的信號的信號強度按順序排列，并連接起來，根據(jù)得到的波形判斷待定位標簽相對定角設備的角度。

例如，當天線陣列的二維方向圖如圖4-A所示(橫坐標是角度，縱坐標是增益)，當待定位標簽位于天線陣列1的中垂線方向時，這個方向正對天線陣列1的增益最大值方向，將每個天線陣列收到的信號強度按順序連接，得到的波形與圖4相同，波形中信號強度最大的值對應的天線陣列的中垂線方向即為待定位標簽方向。

例如，當天線陣列的二維方向圖如圖4-B所示(橫坐標是角度，縱坐標是增益)，當待定位標簽位于天線陣列1的中垂線方向時，這個方向正對兩個主瓣的中間零點方向，將每個天線陣列收到的信號強度按順序連接，得到的波形與圖4-B相同，波形中兩個主瓣的中間零點對應的中垂線方向即為待定位標簽方向。

依據(jù)本發(fā)明的定位系統(tǒng)實現(xiàn)的定位方法如圖5所示，首先待定位標簽向外發(fā)射無線信號；定角設備中包含的n組相同的天線陣列獨自接收無線信號并解碼得到各天線陣列接收到的信號的RSSI值和待定位標簽的SSID，其中，n＞1，各天線陣列按中心點重合、以角度間隔排列；將各RSSI值按各天線陣列的排列順序排列連接，得到一個波形；定角設備對波形進行分析并給出待定位標簽相對定角設備的方向角度；然后將方向角度和待定位標簽的SSID上傳給主處理器；對同一個SSID標簽，主處理器根據(jù)兩個或兩個以上定角設備的方向角度信息利用定位算法給出待定位標簽的精確位置；最后主處理器在計算出待定位標簽的精確位置后，將精確位置信息上傳給定位服務器。

本發(fā)明以兩個定角設備為例，給出具體的定位算法：

步驟1.定角設備1分析出待定位標簽的方向α1，根據(jù)定角設備1自身方向，計算待定位標簽的絕度角度β1，換算成弧度后做k1＝tan(β1)運算，求出斜率k1；

步驟2.定角設備2分析出待定位標簽的方向α2，根據(jù)定角設備2自身方向，計算待定位標簽的絕度角度β2，換算成弧度后做k2＝tan(β2)運算，求出斜率k2；

步驟3.對比絕對角度β1和β2看兩條直線是否平行，如果平行，則沒有交點，否則執(zhí)行第4步；

步驟4.對于定角設備1的坐標(x1，y1)，滿足直線方程y＝k1*x+A1，解出A1＝y(tǒng)1-K1*x1，對于定角設備2的坐標(x2，y2)，滿足直線方程y＝k2*x+A2，解出A2＝y(tǒng)2-K2*x2；

步驟5.求解兩個直線方程的交點

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x＝(A2-A1)/(k1-k2)；

y＝k1*x+A1；

解出的(x，y)即為兩條直線相交點，也是待定位標簽的精確位置。

本發(fā)明的定位精度可通過調(diào)整天線陣列之間的間隔角度進行控制，比如減小天線陣列的角度間隔時，可以減小波形的采樣間隔角度，即可以提高定位精度。

本發(fā)明中相鄰天線陣列的間隔角度可以相同也可以不相同，下面給出天線陣列之間間隔角度相同與不相同的兩個實施例進行說明。

實施例一

本實施例中，天線陣列之間的間隔角度相同。

如圖6所示，定角設備的天線部分由12組完全相同的天線陣列組成，每組天線陣列包含8個天線單元，天線陣列的二維方向圖如圖7所示，當待定位標簽向外發(fā)射無線信號的時候，12組天線陣列同時接收信號并將信號傳輸給各自的調(diào)制解調(diào)模塊進行解調(diào)，得到各個陣列得到的信號強度及待定位標簽的SSID，因為有12組天線陣列，因此解調(diào)后會有12個數(shù)據(jù)，將12組數(shù)據(jù)排列連接后得到的波形與圖7相同，且兩個主瓣的中間零點方向?qū)木褪谴ㄎ粯撕灥姆较?。此實施例中天線陣列的間隔角度為15°，所以得到的12個數(shù)據(jù)也是按15°間隔進行排列，相當于將圖7的波形按15°間隔來進行采樣，測試定位誤差為7.5°，當減小天線陣列的角度間隔時，可以減小波形的采樣間隔角度，即可以提高定位精度。

實施例二

本實施例中，天線陣列之間的間隔角度不相同。

如圖8所示，定角設備的天線部分由8組完全相同的天線陣列組成，每組天線陣列包含8個天線單元，天線陣列的二維方向圖如圖9所示，當待定位標簽向外發(fā)射無線信號的時候，8組天線陣列同時接收信號并將信號傳輸給各自的調(diào)制解調(diào)模塊進行解調(diào)，得到各個陣列得到的信號強度及待定位標簽的SSID，因為有8組天線陣列，因此解調(diào)后會有8個數(shù)據(jù)，將8組數(shù)據(jù)排列連接后得到的波形與圖9相同，且兩個主瓣的中間零點方向?qū)木褪谴ㄎ粯撕灥姆较?。此實施例中天線陣列的間隔角度不相同，所以得到的8個數(shù)據(jù)也是按不等間隔進行排列，相當于將圖9的波形按不等間隔來進行采樣，間隔小的位置測試定位誤差小，間隔大的位置測試定位誤差大。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。