專利名稱：一種無(wú)線室內(nèi)定位方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及小范圍的高精度的室內(nèi)無(wú)線定位的實(shí)現(xiàn)方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
針對(duì)現(xiàn)在應(yīng)用最廣的全球定位(Global Position System，GPS)系統(tǒng)，由于存在多 徑效應(yīng)，衛(wèi)星軌道誤差、電離層延遲效應(yīng)等現(xiàn)象的存在，信號(hào)衰減嚴(yán)重，到達(dá)地面的信號(hào)微 弱，GPS在市區(qū)實(shí)現(xiàn)定位的概率為60%，室內(nèi)定位概率則為0。而隨著短距離無(wú)線通信技術(shù) 的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了小范圍的定位系統(tǒng)，如紅外線、藍(lán)牙、WiFi等，用于室內(nèi)定位，雖然定位 精度高于GPS，卻容易受噪聲信號(hào)的干擾，定位誤差存在不穩(wěn)定性，而且設(shè)備昂貴，耗能高， 使用起來(lái)不方便。面對(duì)這種情況，隨著家用電視從模擬走向數(shù)字化以及我國(guó)地面數(shù)字電視在人們生 活中的普及，考慮到地面數(shù)字電視信號(hào)(下文簡(jiǎn)稱“DTV-T信號(hào)”)具有較強(qiáng)的抗多徑能力， 傳輸速率較高，同時(shí)具備較好的發(fā)射站分布，且發(fā)射站位置不變，不像GPS系統(tǒng)中基于衛(wèi)星 定位要進(jìn)行頻繁更新，所以人們開始利用DTV-T信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。對(duì)于戶外的接收機(jī)，采用 國(guó)家地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)理論上可實(shí)現(xiàn)0. 4m 4m的測(cè)距誤差，而GPS系統(tǒng)的誤差為5m 20m,相對(duì)來(lái)說(shuō)提高了定位精度，而且解決了 GPS冷啟動(dòng)慢的缺點(diǎn)，但是DTV-T信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距 離的傳輸，受到的干擾大，衰減比較嚴(yán)重。對(duì)于室內(nèi)接收機(jī)，當(dāng)接收機(jī)位于DTV-T信號(hào)強(qiáng)覆 蓋的區(qū)域時(shí)，到達(dá)室內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度大，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，但當(dāng)接收機(jī)位于DTV-T信號(hào)微弱或 者無(wú)法到達(dá)的區(qū)域時(shí)，再加上室內(nèi)信號(hào)多徑效應(yīng)強(qiáng)，接收機(jī)就很難接收到DTV-T信號(hào)，且信 號(hào)的干擾大，定位誤差在米級(jí)以上甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、全方位定位的無(wú)線室內(nèi)定 位方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供一種無(wú)線室內(nèi)定位方法包括戶外地面數(shù)字電視信號(hào)的引入步驟和室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)步驟；所述戶外地面數(shù)字電視信號(hào)的引入步驟包括al、每個(gè)DTV發(fā)射塔接收四顆以上GPS衛(wèi)星發(fā)出的位置信息和時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)自身 的定位，然后位置保持不變，在后續(xù)的時(shí)間里與GPS衛(wèi)星進(jìn)行時(shí)間校對(duì)；a2、在DTV-T信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)字電視接收機(jī)通過(guò)室外的接收天線，接收附近 四個(gè)DTV發(fā)射塔發(fā)出的信號(hào)，并提取信號(hào)中有關(guān)DTV發(fā)射塔的位置信息和時(shí)間信息，啟動(dòng)自 身的定位處理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收天線的定位；a3、數(shù)字電視接收機(jī)將接收天線的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息以UWB信號(hào)的形式 通過(guò)有線傳輸，傳給接收天線；
a4、接收天線發(fā)射UWB信號(hào)給待定位接收機(jī)；所述室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)步驟包括bl、室內(nèi)接收機(jī)需要定位時(shí)，以廣播的形式發(fā)送定位請(qǐng)求信號(hào)；b2、數(shù)字電視接收機(jī)接收到此定位請(qǐng)求信號(hào)，啟動(dòng)自身內(nèi)部的定位處理模塊，進(jìn)入定位狀態(tài)；b3、數(shù)字電視接收機(jī)獲得接收天線發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)后，從信號(hào)中提取出四臺(tái)DTV發(fā)射塔的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息，通過(guò)定位處理模塊中的TDOA定位算法，求出接收天 線的空間位置；b4、數(shù)字電視接收機(jī)將接收天線的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息以UWB信號(hào)的形式通過(guò)有線傳輸，傳給接收天線；b5、接收天線將此UWB信號(hào)發(fā)送給待定位接收機(jī)；b6、待定位接收機(jī)接收到四根接收天線發(fā)出的UWB信號(hào)后，若自身有定位處理模塊，通過(guò)模塊中的定位算法實(shí)現(xiàn)自我定位；若自身沒(méi)有定位處理模塊，將接收到的位置信號(hào) 和時(shí)間信號(hào)匯總，統(tǒng)一發(fā)送給計(jì)算機(jī)定位中心，然后由計(jì)算機(jī)定位中心負(fù)責(zé)待定位接收機(jī) 位置信息的計(jì)算，并將此位置信息發(fā)給待定位接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)待定位接收機(jī)的定位。優(yōu)選的，所述數(shù)字電視接收機(jī)利用室外的接收天線將戶外數(shù)字電視信號(hào)引入室 內(nèi)，再利用UWB信號(hào)在室內(nèi)傳送接收天線的位置信息和時(shí)間信息。優(yōu)選的，所述UWB信號(hào)的有線傳輸共用接收天線連接數(shù)字電視接收機(jī)的同軸電 纜。優(yōu)選的，所述接收天線在接收戶外的數(shù)字電視信號(hào)的同時(shí)反向發(fā)射UWB信號(hào)。本發(fā)明提供一種無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)包括戶外數(shù)字電視信號(hào)傳遞組件和對(duì)室內(nèi)UWB信號(hào)進(jìn)行處理的組件；所述戶外數(shù)字電視信號(hào)傳遞組件包括(1)用于設(shè)定整個(gè)無(wú)線定位系統(tǒng)時(shí)間信息的GPS衛(wèi)星；(2)作為接收天線的參考基站的DTV發(fā)射塔；(3)用于接收戶外數(shù)字電視信號(hào)，發(fā)射UWB信號(hào)和作為待定位接收機(jī)的參考基站 的接收天線；所述對(duì)室內(nèi)UWB信號(hào)進(jìn)行處理的組件包括(1)用于處理接收天線傳過(guò)來(lái)的信號(hào)，并產(chǎn)生UWB信號(hào)的數(shù)字電視接收機(jī)；(2)用于放大接收到的來(lái)自待定位接收機(jī)的信號(hào)再轉(zhuǎn)發(fā)出去給計(jì)算機(jī)定位中心的 差轉(zhuǎn)臺(tái)；(3)用于處理差轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)待定位接收機(jī)的定位計(jì)算的計(jì)算機(jī) 定位中心。優(yōu)選的，所述的DTV發(fā)射塔以GPS衛(wèi)星為參考基站；所述的接收天線選取DTV發(fā)射塔作為參考基站，通過(guò)同軸電纜連接到對(duì)應(yīng)的數(shù)字 電視接收機(jī)進(jìn)行定位計(jì)算；所述的待定位接收機(jī)以接收天線為參考基站。優(yōu)選的，所述數(shù)字電視接收機(jī)內(nèi)部包括定位處理模塊和UWB脈沖形成模塊。優(yōu)選的，所述接收天線利用多頻濾波器實(shí)現(xiàn)只允許DTV-T信號(hào)和UWB信號(hào)兩頻段的信號(hào)通過(guò)。上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果(1)對(duì)于戶外接收機(jī)，可以直接利用DTV發(fā)射塔發(fā)出的地面數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)行定位，基于DBM-T技術(shù)，定位精度為0. 4m 4. 0m。相對(duì)GPS定位系統(tǒng)，定位精度較高，基本上 滿足了戶外定位的要求。(2)由于UWB信號(hào)具有較好的時(shí)間分辨力和穿透能力，可以減少信號(hào)干擾，而且 UWB信號(hào)本身具有精確定位的優(yōu)勢(shì)，所以對(duì)于室內(nèi)接收機(jī)，定位精度可達(dá)到厘米級(jí)，符合在 復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中人們對(duì)定位的要求。(3)由于DTV發(fā)射塔的位置基本保持不變，無(wú)需像GPS系統(tǒng)中基于衛(wèi)星定位需要不 斷的更新，解決了 GPS系統(tǒng)中冷啟動(dòng)慢的缺點(diǎn)，有利于進(jìn)行及時(shí)的定位，可以減少危急情況 下的損失。(4)只要用戶家中有數(shù)字電視接收機(jī)，并且該數(shù)字電視接收機(jī)處在DTV-T信號(hào)的 覆蓋范圍內(nèi)，就可以進(jìn)行高精度的室內(nèi)定位。


圖1是本發(fā)明的戶外地面數(shù)字電視信號(hào)的引入過(guò)程的流程圖；圖2是本發(fā)明的室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)過(guò)程的流程圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍?，F(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)超寬帶(Ultra Wide Band,UffB)技術(shù)，超寬帶技術(shù)具有自身功耗低、系 統(tǒng)復(fù)雜度低、抗多徑效果好、能實(shí)現(xiàn)精確定位等優(yōu)點(diǎn)，理論上可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位精度，相 比于其他無(wú)線短距離通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)高精度室內(nèi)定位的首選，符合了未來(lái)無(wú)線定位技術(shù) 發(fā)展的方向。本發(fā)明綜合利用超寬帶技術(shù)和地面數(shù)字電視技術(shù)，提供基于超寬帶信號(hào)和地面數(shù) 字電視信號(hào)的無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法。本發(fā)明主要在現(xiàn)已研究成熟的基于數(shù)字電視信號(hào)的無(wú)線定位基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)字電 視接收機(jī)的作用，引進(jìn)定位精度更高的UWB技術(shù)作為室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)在 實(shí)現(xiàn)高精度的戶外定位時(shí)又能在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更高精度的室內(nèi)定位，給人們的生 活帶來(lái)更大的便捷。本發(fā)明的無(wú)線室內(nèi)定位方法，包括戶外地面數(shù)字電視信號(hào)的引入和室內(nèi)定位的實(shí) 現(xiàn)兩步驟。戶外的地面數(shù)字電視信號(hào)通過(guò)數(shù)字電視接收機(jī)的接收天線接收，然后傳輸?shù)綌?shù) 字電視接收機(jī)進(jìn)行定位處理；當(dāng)數(shù)字電視接收機(jī)計(jì)算出接收天線的空間位置后，數(shù)字電視 接收機(jī)將接收天線的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息以UWB信號(hào)的形式通過(guò)線纜傳給接收天 線；接收天線發(fā)射UWB信號(hào)給待定位接收機(jī)；待定位接收機(jī)對(duì)UWB信號(hào)進(jìn)行接收并處理，實(shí)現(xiàn)自我定位。本發(fā)明系統(tǒng)的數(shù)字電視接收機(jī)不僅能顯示節(jié)目信號(hào)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接收天線的定位計(jì)算和產(chǎn)生UWB信號(hào)。本發(fā)明的UWB信號(hào)的有線傳輸共用了接收天線連接數(shù)字電視接收機(jī)的同軸電纜， 在基本不占頻道資源的情況下增加了信號(hào)傳輸量，而且不影響原有數(shù)字電視信號(hào)的傳輸， 實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的雙向傳輸。本發(fā)所述接收天線既可以接收戶外的數(shù)字電視信號(hào)，又可以反向發(fā)射UWB信號(hào)。以下對(duì)戶外地面數(shù)字電視信號(hào)的引入和室內(nèi)定位的兩步驟分別進(jìn)行詳細(xì)介紹(一)戶外地面數(shù)字電視信號(hào)的引入步驟，參見圖1al、每個(gè)DTV發(fā)射塔接收四顆以上GPS衛(wèi)星發(fā)出的位置信息和時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)自身 的定位，然后位置保持不變，在后續(xù)的時(shí)間里只需與GPS衛(wèi)星進(jìn)行時(shí)間校對(duì)；a2、在DTV-T信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)字電視接收機(jī)通過(guò)室外的接收天線，接收附近 四個(gè)DTV發(fā)射塔發(fā)出的信號(hào)，并提取信號(hào)中有關(guān)DTV發(fā)射塔的位置信息和時(shí)間信息，啟動(dòng)自 身的定位處理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收天線的定位；a3、數(shù)字電視接收機(jī)將接收天線的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息以UWB信號(hào)的形式 通過(guò)有線傳輸，傳給接收天線；a4、接收天線發(fā)射UWB信號(hào)給待定位接收機(jī)。( 二)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)步驟，參見圖2 bl、室內(nèi)接收機(jī)需要定位時(shí)，以廣播的形式發(fā)送定位請(qǐng)求信號(hào)。廣播信號(hào)的覆蓋范 圍可以設(shè)為50m或其他距離。b2、在50m內(nèi)的數(shù)字電視接收機(jī)接收到此定位請(qǐng)求信號(hào)，啟動(dòng)自身內(nèi)部的定位處 理模塊，進(jìn)入定位狀態(tài)；b3、數(shù)字電視接收機(jī)獲得接收天線發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)后，從信號(hào)中提取出四臺(tái)DTV 發(fā)射塔的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息，通過(guò)定位處理模塊中的TDOA定位算法，求出接收天 線的空間位置；b4、數(shù)字電視接收機(jī)將接收天線的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息以UWB信號(hào)的形式 通過(guò)有線傳輸，傳給接收天線；b5、接收天線將此UWB信號(hào)發(fā)送給待定位接收機(jī)；b6、待定位接收機(jī)接收到50m范圍內(nèi)四根接收天線發(fā)出的UWB信號(hào)后，若自身有定 位處理模塊，就可以通過(guò)模塊中的定位算法實(shí)現(xiàn)自我定位；若自身沒(méi)有定位處理模塊，就將 接收到的位置信號(hào)和時(shí)間信號(hào)匯總，統(tǒng)一發(fā)送給計(jì)算機(jī)定位中心，然后由計(jì)算機(jī)定位中心 負(fù)責(zé)待定位接收機(jī)位置信息的計(jì)算，并將此位置信息發(fā)給待定位接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)待定 位接收機(jī)的定位。本發(fā)明無(wú)線室內(nèi)定位的方法，通過(guò)將戶外DTV-T信號(hào)引入室內(nèi)，并在室內(nèi)利用UWB 信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位，有效的克服了室內(nèi)信號(hào)的多徑效應(yīng)，減少信號(hào)衰減，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)定位低誤 差，定位系統(tǒng)簡(jiǎn)單化的設(shè)計(jì)目標(biāo)。戶外DTV-T信號(hào)的引入通過(guò)數(shù)字電視接收機(jī)的戶外接收天線實(shí)現(xiàn)，而室內(nèi)定位的 實(shí)現(xiàn)則利用UWB信號(hào)實(shí)現(xiàn)。DTV發(fā)射塔時(shí)刻在發(fā)射數(shù)字電視節(jié)目信號(hào)，并且將自身的位置 信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息隨同數(shù)字電視節(jié)目信號(hào)一起發(fā)射出去，方便用戶接收機(jī)隨時(shí)隨地的進(jìn)行定位。處于DTV-T信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)字電視接收機(jī)，通過(guò)安置在室外的接收天線接收DTV-T信號(hào)，然后將接收到的信號(hào)傳給數(shù)字電視接收機(jī)，完成了對(duì)戶外DTV-T信號(hào)的引入 工作。數(shù)字電視接收機(jī)接收到室內(nèi)待定位接收機(jī)的定位請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)自身的定位 處理模塊，進(jìn)入定位狀態(tài)，從接收天線獲取的信號(hào)中提取出DTV發(fā)射塔的位置信息和時(shí)間 信息，利用定位處理模塊中的TDOA算法，求解得到接收天線的空間位置坐標(biāo)，然后將接收 天線的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息通過(guò)UWB脈沖生成器處理生成相應(yīng)的UWB信號(hào)，再將該 UffB信號(hào)通過(guò)接收天線和數(shù)字電視接收機(jī)之間的連接線傳給接收天線。接收天線接收到此 UWB信號(hào)后，就將該信號(hào)發(fā)射出去，以便待定位接收機(jī)接收。當(dāng)待定位接收機(jī)接收到四根接 收天線發(fā)出的UWB信號(hào)時(shí)，若本身攜帶有定位處理模塊，就會(huì)啟動(dòng)自身的定位處理模塊，進(jìn) 行自我定位；若接收機(jī)本身沒(méi)有定位處理模塊，無(wú)法對(duì)此UWB信號(hào)進(jìn)行定位計(jì)算，則可以將 來(lái)自四根接收天線的UWB信號(hào)匯總，以適于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘?hào)形式發(fā)射出去，到達(dá)計(jì)算機(jī) 定位中心進(jìn)行定位計(jì)算，當(dāng)計(jì)算機(jī)定位中心完成定位計(jì)算，再將結(jié)果發(fā)給待定位接收機(jī)，完 成定位。本發(fā)明的無(wú)線定位方法，當(dāng)完成一次對(duì)室內(nèi)待定位接收機(jī)的定位之前，首先要完 成對(duì)數(shù)字電視接收機(jī)接收天線的定位，這樣待定位接收機(jī)才能將接收天線作為參考基站， 通過(guò)接收天線提供的UWB信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自我定位。不管是對(duì)接收天線還是對(duì)待定位接收機(jī)進(jìn) 行定位，每一次定位都需要有四個(gè)以上的參考基站提供相應(yīng)的位置信息。針對(duì)不同的定位 精度要求，可以增加參考基站的數(shù)量，以提高定位精度。圖3示為本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖。如圖3所示，本實(shí) 施例基于超寬帶信號(hào)和地面數(shù)字電視信號(hào)的無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)，具體包括(1)用于設(shè)定整個(gè)無(wú)線定位系統(tǒng)時(shí)間信息的GPS衛(wèi)星；(2)作為接收天線的參考基站的DTV發(fā)射塔；(3)用于接收戶外數(shù)字電視信號(hào)，將DTV-T信號(hào)引入室內(nèi)，發(fā)射UWB信號(hào)和作為待 定位接收機(jī)的參考基站的接收天線；(4)用于處理接收天線傳過(guò)來(lái)的信號(hào)，并產(chǎn)生UWB信號(hào)的數(shù)字電視接收機(jī)；(5)用于放大接收到的來(lái)自待定位接收機(jī)的信號(hào)再轉(zhuǎn)發(fā)出去給計(jì)算機(jī)定位中心的 差轉(zhuǎn)臺(tái)；(6)用于處理差轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)待定位接收機(jī)的定位計(jì)算的計(jì)算機(jī) 定位中心；所述的DTV發(fā)射塔以GPS衛(wèi)星為參考基站；所述的接收天線選取DTV發(fā)射塔作為 參考基站，通過(guò)對(duì)應(yīng)的數(shù)字電視接收機(jī)進(jìn)行定位計(jì)算；所述的待定位接收機(jī)以接收天線為 參考基站，數(shù)字電視接收機(jī)離待定位接收機(jī)的距離不宜過(guò)遠(yuǎn)，才能確保接收天線發(fā)出的UWB 信號(hào)到達(dá)待定接收機(jī)時(shí)，信號(hào)的強(qiáng)度足夠進(jìn)行相應(yīng)的算法運(yùn)算。其中，GPS衛(wèi)星的分布使得地面用戶在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以 上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖像，提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球定位能力。 隨著數(shù)字電視的不斷普及，為了使人們能隨時(shí)隨地收看高清晰的電視節(jié)目，DTV發(fā)射塔的數(shù) 量應(yīng)該足夠多，保證所有的數(shù)字電視接收機(jī)均處于DTV-T信號(hào)的覆蓋區(qū)域內(nèi)。數(shù)字電視接 收機(jī)一般安裝在用戶室內(nèi)，而接收天線通常安裝在室外，有助于獲取高質(zhì)量的DTV-T信號(hào)。本發(fā)明系統(tǒng)中所說(shuō)的數(shù)字電視接收機(jī)與傳統(tǒng)的數(shù)字電視接收機(jī)不一樣，本文所述的數(shù)字電視接收機(jī)除了能滿足人們觀看電視節(jié)目的要求外，還具有能夠?qū)崿F(xiàn)定位計(jì)算和產(chǎn) 生UWB信號(hào)的能力，所以在原有的數(shù)字電視接收機(jī)內(nèi)部應(yīng)該加入定位處理模塊和UWB脈沖 生成器，以實(shí)現(xiàn)上述功能。接收天線和數(shù)字電視接收機(jī)是有線連接的，該連接線也是UWB信 號(hào)進(jìn)行有線傳輸?shù)慕橘|(zhì)。接收天線屬于多頻天線，允許DTV-T信號(hào)的接收和UWB信號(hào)的發(fā) 射。差轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)量要足夠多，才能確保各處的待定位接收機(jī)發(fā)出的信號(hào)能經(jīng)差轉(zhuǎn)臺(tái)放大后， 到達(dá)計(jì)算機(jī)定位中心有足夠的信號(hào)強(qiáng)度，有利于提高定位精度。計(jì)算機(jī)定位中心接收到待 定位接收機(jī)發(fā)出的信號(hào)時(shí)，就啟動(dòng)定位處理器，利用相應(yīng)的定位算法實(shí)現(xiàn)對(duì)待定位接收機(jī) 的定位，然后再把計(jì)算出來(lái)的定位結(jié)果發(fā)給待定位接收機(jī)，完成整個(gè)定位功能。本系統(tǒng)中所有的定位處理模塊中均選用基于到達(dá)時(shí)間差定位(TDOA)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)參考基站位置信息的處理。為了獲取待定位點(diǎn)的三維空間位置坐標(biāo)，每一次定位算法的使 用都得選用四個(gè)參考基站，才能根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)空間位置坐標(biāo)的求解。為了減少 定位誤差，可選用四個(gè)以上的參考基站，提高定位精度。而且所述的所有的系統(tǒng)組件，相同 的組件間，必須通過(guò)接收前面相同組件的時(shí)間信息，保持同一級(jí)組件間的時(shí)間同步。本發(fā)明無(wú)線室內(nèi)定位的系統(tǒng)，利用UWB信號(hào)定位精度高的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)定位， 提高了定位的精確性。數(shù)字電視接收機(jī)求得接收天線的空間位置后，將接收天線的位置時(shí) 間信息通過(guò)UWB脈沖產(chǎn)生器調(diào)制，以UWB信號(hào)的形式通過(guò)有線傳輸?shù)竭_(dá)接收天線，然后由接 收天線發(fā)射此UWB信號(hào)。待定位接收機(jī)接收此UWB信號(hào)后，若本身攜帶有定位處模塊，就可 實(shí)現(xiàn)自我定位；若接收機(jī)本身沒(méi)有定位處理模塊，就會(huì)將接收到的UWB信號(hào)復(fù)用，然后以適 于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘?hào)形式發(fā)射出去，到達(dá)計(jì)算機(jī)定位中心進(jìn)行定位計(jì)算，最后計(jì)算機(jī)定位 中心將計(jì)算結(jié)果發(fā)回待定位接收機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待定位接收機(jī)的定位。本發(fā)明系統(tǒng)所述的數(shù)字電視接收機(jī)，滿足數(shù)字電視接收機(jī)與待定位接收機(jī)的空間 距離不超過(guò)50m這一要求，目的是為了確保UWB信號(hào)到達(dá)待定位接收機(jī)時(shí)有足夠的信號(hào)強(qiáng) 度?？紤]到UWB信號(hào)的傳輸速率、發(fā)射功率和傳輸距離可以互換的特性，針對(duì)室內(nèi)這個(gè)特 殊的環(huán)境，為了確保UWB信號(hào)不對(duì)人體造成傷害，所以將UWB的發(fā)射功率限制在-41. 3dBm/ MHz。而UWB信號(hào)的有效傳輸距離為10m，在此距離內(nèi)可實(shí)現(xiàn)500Mbps以上的高數(shù)據(jù)率，但在 這距離以外，隨著距離的增大，數(shù)據(jù)傳輸率急劇下降，而且由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)衰減就 更厲害。所以電視接收機(jī)和待定位接收機(jī)的距離不宜過(guò)遠(yuǎn)。針對(duì)UWB技術(shù)的中低速傳輸， 傳輸速率在IMbps 30Mbps之間，傳輸距離可達(dá)IOOm以上，所以選取50m這個(gè)通信距離， 可有效的保證接收信號(hào)的強(qiáng)度。如圖3所示，本實(shí)施例基于超寬帶信號(hào)和地面數(shù)字電視信號(hào)的無(wú)線室內(nèi)定位方法 如下(1)當(dāng)室內(nèi)待定位接收機(jī)需要定位時(shí)，就會(huì)以廣播的形式發(fā)送定位請(qǐng)求信號(hào)?？紤] 到后面數(shù)字電視接收機(jī)的接收天線發(fā)送UWB信號(hào)時(shí)，UffB信號(hào)的傳輸速率和傳輸距離之間 的互換關(guān)系，為了保證待定位接收機(jī)能夠接收到足夠大的UWB信號(hào)強(qiáng)度，將定位請(qǐng)求信號(hào) 的傳輸范圍控制在50m內(nèi)；(2)在50m廣播范圍內(nèi)的數(shù)字電視接收機(jī)接收到此定位請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)自身的 定位處理模塊，從接收天線傳輸過(guò)來(lái)的DTV-T信號(hào)中提取各DTV發(fā)射塔的位置信息和系統(tǒng) 的時(shí)間信息。數(shù)字電視接收機(jī)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)接收天線空間位置的定位，必須同時(shí)從接收天線 的DTV-T信號(hào)中獲得四臺(tái)DTV發(fā)射塔的位置信息，然后通過(guò)TDOA算法算出接收天線的三維空間位置坐標(biāo)；(3)數(shù)字電視接收機(jī)計(jì)算得出接收天線的空間位置后，將此位置信息和系統(tǒng)的時(shí) 間信息以UWB信號(hào)的形式通過(guò)連接線傳給接收天線，由接收天線發(fā)射此UWB信號(hào)；待定位接收機(jī)為了實(shí)現(xiàn)空間位置三維坐標(biāo)的計(jì)算，要求在50m內(nèi)的范圍內(nèi)，至少存在四臺(tái)數(shù)字電視接收機(jī)，才能實(shí)現(xiàn)同時(shí)具有四根接收天線對(duì)待定位接收機(jī)發(fā)送位置信 號(hào)；(4)待定位接收機(jī)如果本身具有定位處理模塊，就可以直接接收四根接收天線發(fā) 出的UWB信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)到達(dá)時(shí)間的不同算出每?jī)蓚€(gè)UWB信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差，然后利用四 根接收天線的位置信息和信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差，根據(jù)TDOA算法算出自己的空間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)自 我定位。若待定位接收機(jī)沒(méi)有定位處理模塊，待定位接收機(jī)接收到UWB信號(hào)后，將各接收天 線的位置信息和時(shí)間差值以普通的信號(hào)方式匯總發(fā)送到計(jì)算機(jī)定位中心，由計(jì)算機(jī)定位中 心來(lái)進(jìn)行定位計(jì)算，然后計(jì)算機(jī)定位中心再將計(jì)算出來(lái)的有關(guān)待定位接收機(jī)的位置坐標(biāo)信 息發(fā)給待定位接收機(jī)，完成定位。本發(fā)明在原有的GPS衛(wèi)星和地面數(shù)字電視無(wú)線廣播相結(jié)合實(shí)現(xiàn)全方位定位的基 礎(chǔ)上，利用人們所熟悉的數(shù)字電視接收機(jī)和接收天線引入戶外DTV-T信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行相 應(yīng)的處理，引進(jìn)UWB技術(shù)作為室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，大大提高了室內(nèi)的定位精度，而且相對(duì) 于利用DTV-T信號(hào)進(jìn)行室內(nèi)定位的系統(tǒng)，還降低了對(duì)發(fā)射塔發(fā)射信號(hào)的功率要求，減少了 定位系統(tǒng)的耗能成本，降低了電磁波污染。還有針對(duì)UWB信號(hào)獨(dú)有的技術(shù)特點(diǎn)，選擇到達(dá)時(shí) 間差定位(TDOA)算法作為定位處理模塊的核心技術(shù)，不僅能充分發(fā)揮UWB信號(hào)高帶寬的優(yōu) 勢(shì)，提高了定位精度，還減少了系統(tǒng)確定待定位接收機(jī)位置的計(jì)算量和簡(jiǎn)化系統(tǒng)對(duì)接收機(jī) 與基站需時(shí)間同步的要求。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可 以通過(guò)程序指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介 質(zhì)可以包括只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read OnlyMemory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，Random Access Memory)、磁盤或光盤等。以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種無(wú)線室內(nèi)定位方法和系統(tǒng)，進(jìn)行了詳細(xì)介紹， 本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用 于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的 思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為 對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種無(wú)線室內(nèi)定位方法，其特征在于包括戶外地面數(shù)字電視信號(hào)的引入步驟和室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)步驟；所述戶外地面數(shù)字電視信號(hào)的引入步驟包括a1、每個(gè)DTV發(fā)射塔接收四顆以上GPS衛(wèi)星發(fā)出的位置信息和時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)自身的定位，然后位置保持不變，在后續(xù)的時(shí)間里與GPS衛(wèi)星進(jìn)行時(shí)間校對(duì)；a2、在DTV-T信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)字電視接收機(jī)通過(guò)室外的接收天線，接收附近四個(gè)DTV發(fā)射塔發(fā)出的信號(hào)，并提取信號(hào)中有關(guān)DTV發(fā)射塔的位置信息和時(shí)間信息，啟動(dòng)自身的定位處理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收天線的定位；a3、數(shù)字電視接收機(jī)將接收天線的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息以UWB信號(hào)的形式通過(guò)有線傳輸，傳給接收天線；a4、接收天線發(fā)射UWB信號(hào)給待定位接收機(jī)；所述室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)步驟包括b1、室內(nèi)接收機(jī)需要定位時(shí)，以廣播的形式發(fā)送定位請(qǐng)求信號(hào)；b2、數(shù)字電視接收機(jī)接收到此定位請(qǐng)求信號(hào)，啟動(dòng)自身內(nèi)部的定位處理模塊，進(jìn)入定位狀態(tài)；b3、數(shù)字電視接收機(jī)獲得接收天線發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)后，從信號(hào)中提取出四臺(tái)DTV發(fā)射塔的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息，通過(guò)定位處理模塊中的TDOA定位算法，求出接收天線的空間位置；b4、數(shù)字電視接收機(jī)將接收天線的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息以UWB信號(hào)的形式通過(guò)有線傳輸，傳給接收天線；b5、接收天線將此UWB信號(hào)發(fā)送給待定位接收機(jī)；b6、待定位接收機(jī)接收到四根接收天線發(fā)出的UWB信號(hào)后，若自身有定位處理模塊，通過(guò)模塊中的定位算法實(shí)現(xiàn)自我定位；若自身沒(méi)有定位處理模塊，將接收到的位置信號(hào)和時(shí)間信號(hào)匯總，統(tǒng)一發(fā)送給計(jì)算機(jī)定位中心，然后由計(jì)算機(jī)定位中心負(fù)責(zé)待定位接收機(jī)位置信息的計(jì)算，并將此位置信息發(fā)給待定位接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)待定位接收機(jī)的定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線室內(nèi)定位方法，其特征在于所述數(shù)字電視接收機(jī)利用室外的接收天線將戶外數(shù)字電視信號(hào)引入室內(nèi)，再利用UWB 信號(hào)在室內(nèi)傳送接收天線的位置信息和時(shí)間信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線室內(nèi)定位方法，其特征在于所述UWB信號(hào)的有線傳輸共用接收天線連接數(shù)字電視接收機(jī)的同軸電纜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于超寬帶信號(hào)和地面數(shù)字電視信號(hào)的無(wú)線室內(nèi)定位方 法，其特征在于所述接收天線在接收戶外的數(shù)字電視信號(hào)的同時(shí)反向發(fā)射UWB信號(hào)。
5.一種無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于包括戶外數(shù)字電視信號(hào)傳遞組件和對(duì)室內(nèi)UWB信號(hào)進(jìn)行處理的組件； 所述戶外數(shù)字電視信號(hào)傳遞組件包括(1)用于設(shè)定整個(gè)無(wú)線定位系統(tǒng)時(shí)間信息的GPS衛(wèi)星；(2)作為接收天線的參考基站的DTV發(fā)射塔；(3)用于接收戶外數(shù)字電視信號(hào)，發(fā)射UWB信號(hào)和作為待定位接收機(jī)的參考基站的接收天線；所述對(duì)室內(nèi)UWB信號(hào)進(jìn)行處理的組件包括(1)用于處理接收天線傳過(guò)來(lái)的信號(hào)，并產(chǎn)生UWB信號(hào)的數(shù)字電視接收機(jī)；(2)用于放大接收到的來(lái)自待定位接收機(jī)的信號(hào)再轉(zhuǎn)發(fā)出去給計(jì)算機(jī)定位中心的差轉(zhuǎn)臺(tái)；(3)用于處理差轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)待定位接收機(jī)的定位計(jì)算的計(jì)算機(jī)定位 中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于所述的DTV發(fā)射塔以GPS衛(wèi)星為參考基站；所述的接收天線選取DTV發(fā)射塔作為參考基站，通過(guò)同軸電纜連接到對(duì)應(yīng)的數(shù)字電視 接收機(jī)進(jìn)行定位計(jì)算；所述的待定位接收機(jī)以接收天線為參考基站。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字電視接收機(jī)內(nèi)部包括定位處理模塊和UWB脈沖形成模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于所述接收天線利用多頻濾波器實(shí)現(xiàn)只允許DTV-T信號(hào)和UWB信號(hào)兩頻段的信號(hào)通過(guò)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)線室內(nèi)定位方法和系統(tǒng)。該方法包括戶外地面數(shù)字電視信號(hào)的引入步驟和室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)步驟，其中室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)步驟包括b1、室內(nèi)接收機(jī)以廣播的形式發(fā)送定位請(qǐng)求信號(hào)；b2、數(shù)字電視接收機(jī)接收信號(hào)后啟動(dòng)自身內(nèi)部的定位處理模塊，進(jìn)入定位狀態(tài)；b3、數(shù)字電視接收機(jī)求出接收天線的空間位置；b4、數(shù)字電視接收機(jī)將接收天線的位置信息和系統(tǒng)的時(shí)間信息以UWB信號(hào)的形式通過(guò)有線傳輸，傳給接收天線；b5、接收天線將此UWB信號(hào)發(fā)送給待定位接收機(jī)；b6、待定位接收機(jī)根據(jù)不同情況處理，實(shí)現(xiàn)定位。本發(fā)明的技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、全方位定位。
文檔編號(hào)H04N5/44GK101799530SQ200910214328
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者孫玉, 羅笑南, 陳惠卿, 高懷恩 申請(qǐng)人:廣東廣聯(lián)電子科技有限公司;中山大學(xué)