專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在水平和垂直方向?qū)o(wú)線局域網(wǎng)中用戶無(wú)線移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行定位和跟蹤的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在無(wú)線局域網(wǎng)中，對(duì)無(wú)線終端設(shè)備進(jìn)行定位與跟蹤，目前的技術(shù)都只涉及定位問(wèn) 題，沒(méi)有考慮到跟蹤問(wèn)題；且在定位技術(shù)中，現(xiàn)有的系統(tǒng)都只是提供兩維空間，即經(jīng)度與緯 度的平面定位。定位系統(tǒng)可以分為室外和室內(nèi)系統(tǒng)兩種。室外定位系統(tǒng)的一個(gè)例子是美國(guó)的全球 定位系統(tǒng)(GPS)，該系統(tǒng)借助于24顆地球同步衛(wèi)星，用戶設(shè)備根據(jù)接收到的衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算 出當(dāng)前位置的經(jīng)緯度。然而該系統(tǒng)在室內(nèi)環(huán)境中由于衛(wèi)星信號(hào)受到建筑物的阻隔無(wú)法使 用。室內(nèi)定位系統(tǒng)專(zhuān)為室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)，目前有三類(lèi)實(shí)現(xiàn)方法。第一種技術(shù)是采用測(cè)量無(wú)線 信號(hào)強(qiáng)度的方法來(lái)定位無(wú)線設(shè)備，該技術(shù)需要事先測(cè)量出無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度在室內(nèi)環(huán)境中的分 布情況，在具體定位時(shí)，根據(jù)接收到信號(hào)的強(qiáng)度，與事先測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度分布情況進(jìn)行比對(duì)， 從而計(jì)算出無(wú)線設(shè)備的位置。第二種方法是在室內(nèi)環(huán)境中分布安裝傳感器，比如申請(qǐng)(專(zhuān) 利)號(hào)為CN200410067531. 9的無(wú)線局域網(wǎng)終端設(shè)備室內(nèi)定位方法，利用全向天線根據(jù)哪幾 個(gè)傳感器能接收到無(wú)線設(shè)備的信號(hào)，計(jì)算出設(shè)備的位置，該方法需要事先在無(wú)線局域網(wǎng)中 部署傳感器。第三種方法是利用定向天線測(cè)量無(wú)線信號(hào)的來(lái)源方向，在三個(gè)不同地點(diǎn)進(jìn)行 測(cè)量，即可計(jì)算出無(wú)線設(shè)備的位置。線設(shè)備的位置。雖然定位技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但目前的定位技術(shù)所能達(dá)到的精度不是很高， 而且大多只能對(duì)水平平面進(jìn)行定位，這就使得在高層建筑的室內(nèi)環(huán)境中無(wú)法應(yīng)用目前的技 術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的主要目的是提供一種基于無(wú)線局域網(wǎng)中 無(wú)線信號(hào)傳播技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境下以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的室外環(huán)境下無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備 定位以及跟蹤的方法和裝置。無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤裝置，包括定向天線、無(wú)線網(wǎng)卡、定向天線旋轉(zhuǎn)控制 器、無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算與主控制單元以及控制臺(tái)；所述定向天線包括用于測(cè)量水平 角度的水平定向天線、用于測(cè)量垂直角度的垂直定向天線；水平定向天線和垂直定向天線 均設(shè)置于所述定向天線旋轉(zhuǎn)控制器上；所述計(jì)算與主控制單元通過(guò)所述無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)采集 器與所述定向天線電路連接，無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)采集器將定向天線接收的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡 的轉(zhuǎn)換傳遞給計(jì)算與主控制單元；所述計(jì)算與主控制單元分別電路連接定向天線旋轉(zhuǎn)控制 器、無(wú)線網(wǎng)卡和控制臺(tái)，通過(guò)天線旋轉(zhuǎn)控制器從而控制定向天線的旋轉(zhuǎn)方位。所述定向天線旋轉(zhuǎn)控制器包括用于控制水平定向天線旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)、用于控制垂直定向天線旋轉(zhuǎn)的垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及電機(jī)控制器；電機(jī)控制器分別連接水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)和垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)；在搜集水平信號(hào)和垂直信號(hào)時(shí)，接水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)和垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)分別 控制水平定向天線和垂直定向天線旋轉(zhuǎn)以接收無(wú)線數(shù)據(jù)包。所述計(jì)算與主控制單元包括儲(chǔ)存裝置和計(jì)算模塊；儲(chǔ)存裝置用于存儲(chǔ)輸入的被測(cè) 設(shè)備的MAC地址和無(wú)線信號(hào)所在的信道號(hào)；計(jì)算模塊用于計(jì)算角度、方位值以及檢測(cè)驗(yàn)證 被測(cè)設(shè)備的MAC地址。所述垂直定向天線和水平定向天線旋轉(zhuǎn)角度均為360度，以保證全方位檢測(cè)被測(cè) 設(shè)備信號(hào)。 所述垂直定向天線沿垂直面轉(zhuǎn)動(dòng)，水平定向天線沿水平面轉(zhuǎn)動(dòng)。無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤方法具體步驟是步驟1、確定并設(shè)置無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)或兩個(gè)以上的測(cè)量地點(diǎn)同時(shí)或順次展開(kāi)下 述步驟工作；步驟2、確定要定位或跟蹤目標(biāo)設(shè)備的MAC地址，確定任意兩地點(diǎn)間的直線距離， 以及確定目標(biāo)無(wú)線信號(hào)所在的信道號(hào)；步驟3、水平方向搜集源地址是該MAC地址的無(wú)線數(shù)據(jù)包；垂直方向搜集源地址是 該MAC地址的無(wú)線數(shù)據(jù)包；步驟4、在收集的所有水平方向數(shù)據(jù)包中尋找信號(hào)強(qiáng)度最大的方向角度，作為目標(biāo) 的水平信號(hào)來(lái)源角度并計(jì)算其角度值；在垂直方向?qū)ふ倚盘?hào)強(qiáng)度最大的方向角度，作為目 標(biāo)的垂直信號(hào)來(lái)源角度并計(jì)算其角度值；步驟5、固定接收信號(hào)角度到所測(cè)得水平信號(hào)和垂直信號(hào)確定的空間方位；步驟6、設(shè)置時(shí)間T，若在某個(gè)時(shí)間段tk中測(cè)得最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度Sk與上一個(gè)時(shí)間 段tk_i中測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度Slri差值的絕對(duì)值小于3分貝，則認(rèn)為該目標(biāo)處于靜止?fàn)?態(tài)，從而檢測(cè)靜止，綜合無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)或兩個(gè)以上測(cè)量地點(diǎn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算所測(cè)設(shè)備所 在方位，進(jìn)行步驟9 ；若大于3分貝，則認(rèn)為該目標(biāo)處于移動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行步驟7至8 ；步驟7、水平向右或向左搜索角度Mgle1，垂直向上或向下搜索角度angle2，由 anglednanglh確定新位置A;若在新位置A測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度變小，則水平向反方 向搜索角度angle3同時(shí)垂直向反方向搜索角度angle4 ；若在新位置A測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào) 強(qiáng)度變大，則水平向原方向搜索角度angle3同時(shí)垂直向原方向搜索角度angle4 ；由angle3 和angle4確定新位置B ；步驟8、判斷在新位置B測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度比上一個(gè)位置的最大無(wú)線信號(hào) 強(qiáng)度Slrl差值的絕對(duì)值是否小于3分貝；是，則檢測(cè)靜止，綜合兩個(gè)或兩個(gè)以上測(cè)量地點(diǎn)所 得數(shù)據(jù)計(jì)算所測(cè)設(shè)備所在方位，進(jìn)行步驟9 ；否，則返回第7步驟；步驟9、重復(fù)步驟3至6到主動(dòng)結(jié)束測(cè)量。原方向或反方向搜索的轉(zhuǎn)向角度為隨機(jī)值或設(shè)定值。本發(fā)明的有益效果是不需要在局域網(wǎng)范圍內(nèi)布置傳感器，對(duì)于被測(cè)裝置定位更 加方便，而且精確度高，適合在室內(nèi)環(huán)境下或無(wú)線局域網(wǎng)覆蓋下的外部區(qū)域檢測(cè)。


下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤裝置，由定向天線、無(wú)線網(wǎng)卡、定向天 線旋轉(zhuǎn)控制器、無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算與主控制單元以及控制臺(tái)組成；所述定向天線包 括用于測(cè)量水平角度的水平定向天線、用于測(cè)量垂直角度的垂直定向天線；水平定向天線 和垂直定向天線均設(shè)置于所述定向天線旋轉(zhuǎn)控制器上；所述計(jì)算與主控制單元通過(guò)所述無(wú) 線信號(hào)數(shù)據(jù)采集器與所述定向天線電路連接，無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)采集器將定向天線接收的數(shù)據(jù) 包經(jīng)過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡的轉(zhuǎn)換傳遞給計(jì)算與主控制單元；所述計(jì)算與主控制單元分別電路連接定 向天線旋轉(zhuǎn)控制器、無(wú)線網(wǎng)卡和控制臺(tái)，通過(guò)天線旋轉(zhuǎn)控制器從而控制定向天線的旋轉(zhuǎn)方 位。機(jī)、用于控制垂直定向天線旋轉(zhuǎn)的垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及電機(jī)控制器；電機(jī)控制器分 別連接水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)和垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)；在搜集水平信號(hào)和垂直信號(hào)時(shí)，接水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)和 垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)分別控制水平定向天線和垂直定向天線旋轉(zhuǎn)以接收無(wú)線數(shù)據(jù)包。所述計(jì)算與主控制單元包括儲(chǔ)存裝置和計(jì)算模塊；儲(chǔ)存裝置用于存儲(chǔ)輸入的被測(cè) 設(shè)備的MAC地址和無(wú)線信號(hào)所在的信道號(hào)；計(jì)算模塊用于計(jì)算角度、方位值以及檢測(cè)驗(yàn)證 被測(cè)設(shè)備的MAC地址。所述垂直定向天線和水平定向天線旋轉(zhuǎn)角度均為360度，以保證全方位檢測(cè)被測(cè)設(shè)備信號(hào)。 所述垂直定向天線沿垂直面轉(zhuǎn)動(dòng)，水平定向天線沿水平面轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2所示，無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤方法，實(shí)施例在兩個(gè)地點(diǎn)a和b進(jìn)行測(cè)量具體步驟是步驟1、確定并設(shè)置無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)地點(diǎn)a和b同時(shí)或順次展開(kāi)下述步驟工作；步驟2、確定要定位或跟蹤目標(biāo)設(shè)備的MAC地址，確定a和b間的直線距離，以及確定目標(biāo)無(wú)線信號(hào)所在的信道號(hào)；步驟3、定向天線旋轉(zhuǎn)控制器命令水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)促使水平定向天線在水平方向搜集源地址是該MAC地址的無(wú)線數(shù)據(jù)包；定向天線旋轉(zhuǎn)控制器命令垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)促使垂直定 向天線在垂直方向搜集源地址是該MAC地址的無(wú)線數(shù)據(jù)包；步驟4、搜索到的數(shù)據(jù)包通過(guò)無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)采集器整理后傳遞給計(jì)算與主控制單元；計(jì)算與主控制單元在收集的所有水平方向數(shù)據(jù)包中尋找信號(hào)強(qiáng)度最大的方向角度，作 為目標(biāo)的水平信號(hào)來(lái)源角度并計(jì)算其角度值；在垂直方向?qū)ふ倚盘?hào)強(qiáng)度最大的方向角度， 作為目標(biāo)的垂直信號(hào)來(lái)源角度并計(jì)算其角度尋找信號(hào)強(qiáng)度最大的方向角度，作為目標(biāo)的垂 直信號(hào)來(lái)源角度并計(jì)算其角度值；步驟5、垂直和水平定向天線均固定接收信號(hào)角度到所測(cè)得水平信號(hào)和垂直信號(hào)確定的空間方位；步驟6、計(jì)算與主控制單元設(shè)置時(shí)間T，計(jì)算在某個(gè)時(shí)間段tk中測(cè)得最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度Sk與上一個(gè)時(shí)間段tk_i中測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度Slrl差值的絕對(duì)值是否小于3分貝； 是，則認(rèn)為該目標(biāo)處于靜止?fàn)顟B(tài)，從而檢測(cè)靜止，計(jì)算與主控制單元綜合a和b兩個(gè)測(cè)量地點(diǎn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算所測(cè)設(shè)備所在方位，進(jìn)行步驟9 ；否，則認(rèn)為該目標(biāo)處于移動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行步 驟7至8 ；步驟7、平定向天線隨機(jī)向右或向左搜索角度angle”垂直定向天線隨機(jī)向上或向 下搜索角度angle2，由^mgle1和angle2確定新位置A ；若在新位置A測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào) 強(qiáng)度變小，則水平定向天線向反方向搜索角度angle3，同時(shí)垂直定向天線向反方向搜索角 度Mgle4 ；若在新位置A測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度變大，則水平定向天線向原方向搜索角 度angle3，同時(shí)垂直定向天線向原方向搜索角度angle4 ；由angle3和angle4確定新位置B ；步驟8、計(jì)算與主控制單元計(jì)算并判斷在新位置B測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度比A位置的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度sk-Ι差值的絕對(duì)值是否小于3分貝；是，則檢測(cè)靜止，計(jì)算與主控制 單元綜合a和b兩個(gè)測(cè)量地點(diǎn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算所測(cè)設(shè)備所在方位，進(jìn)行步驟9 ；否，則返回第7 步驟；步驟9、重復(fù)步驟3至6到主動(dòng)結(jié)束測(cè)量。靜止目標(biāo)距離地點(diǎn)a的距離Cl1和距離地點(diǎn)b的距離d2滿足如下方程
<formula>formula see original document page 7</formula>計(jì)算與主控制單元綜合a和b兩個(gè)測(cè)量地點(diǎn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算所測(cè)設(shè)備所在方位，用 最小二乘法解此方程組，可得靜止目標(biāo)相對(duì)于地點(diǎn)1、地點(diǎn)2的相對(duì)位置d。
權(quán)利要求
無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤裝置，其特征是包括定向天線、無(wú)線網(wǎng)卡、定向天線旋轉(zhuǎn)控制器、無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算與主控制單元以及控制臺(tái)組成；所述定向天線包括用于測(cè)量水平角度的水平定向天線和用于測(cè)量垂直角度的垂直定向天線；水平定向天線和垂直定向天線均設(shè)置于所述定向天線旋轉(zhuǎn)控制器上；所述計(jì)算與主控制單元通過(guò)所述無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)采集器與所述定向天線電路連接；所述計(jì)算與主控制單元分別電路連接定向天線旋轉(zhuǎn)控制器、無(wú)線網(wǎng)卡和控制臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤裝置，其特征是所述定向天 線旋轉(zhuǎn)控制器包括用于控制水平定向天線旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)、用于控制垂直定向天線旋 轉(zhuǎn)的垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及電機(jī)控制器；電機(jī)控制器分別連接水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)和垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤裝置，其特征是所述計(jì) 算與主控制單元包括儲(chǔ)存裝置和計(jì)算模塊；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤裝置，其特征是所述垂直定 向天線和水平定向天線旋轉(zhuǎn)角度均為360度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤裝置，其特征是所述垂直定 向天線沿垂直面轉(zhuǎn)動(dòng)，水平定向天線沿水平面轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤方法，其特征在于 具體步驟是步驟1、確定并設(shè)置無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)或兩個(gè)以上的測(cè)量地點(diǎn)同時(shí)或順次展開(kāi)下述步 驟工作；步驟2、確定要定位或跟蹤目標(biāo)設(shè)備的MAC地址，確定任意兩地點(diǎn)間的直線距離，以及 確定目標(biāo)無(wú)線信號(hào)所在的信道號(hào)；步驟3、水平方向搜集源地址是該MAC地址的無(wú)線數(shù)據(jù)包；垂直方向搜集源地址是該 MAC地址的無(wú)線數(shù)據(jù)包；步驟4、在收集的所有水平方向數(shù)據(jù)包中尋找信號(hào)強(qiáng)度最大的方向角度，作為目標(biāo)的水 平信號(hào)來(lái)源角度并計(jì)算其角度值；在垂直方向?qū)ふ倚盘?hào)強(qiáng)度最大的方向角度，作為目標(biāo)的 垂直信號(hào)來(lái)源角度并計(jì)算其角度值；步驟5、固定接收信號(hào)角度到所測(cè)得水平信號(hào)和垂直信號(hào)確定的空間方位； 步驟6、設(shè)置時(shí)間t，若在某個(gè)時(shí)間段tk中測(cè)得最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度Sk與上一個(gè)時(shí)間段 tk-1中測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度Slri差值的絕對(duì)值小于3分貝，則認(rèn)為該目標(biāo)處于靜止?fàn)?態(tài)，從而檢測(cè)靜止，綜合無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)或兩個(gè)以上測(cè)量地點(diǎn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算所測(cè)設(shè)備所 在方位，進(jìn)行步驟9 ；若大于3分貝，則認(rèn)為該目標(biāo)處于移動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行步驟7至8 ；步驟7、水平向右或向左搜索角度anglei，垂直向上或向下搜索角度angle2，由anglei 和angle2確定新位置A ；若在新位置A測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度變小，則水平向反方向搜 索角度angle3同時(shí)垂直向反方向搜索角度angle4;若在新位置A測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng) 度變大，則水平向原方向搜索角度angle3同時(shí)垂直向原方向搜索角度angle4 ；由angle3和 angle4確定新位置B ；步驟8、判斷在新位置B測(cè)得的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度比上一個(gè)位置的最大無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度 Sk^1差值的絕對(duì)值是否小于3分貝；是，則檢測(cè)靜止，綜合兩個(gè)或兩個(gè)以上測(cè)量地點(diǎn)所得數(shù) 據(jù)計(jì)算所測(cè)設(shè)備所在方位，進(jìn)行步驟9 ；否，則返回第7步驟；步驟9、重復(fù)步驟3至6到主動(dòng)結(jié)束測(cè)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤方法，其特征在于 原方向或反方向搜索的轉(zhuǎn)向角度為隨機(jī)值或設(shè)定值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤方法及裝置。該方法與裝置不局限于室內(nèi)環(huán)境，在無(wú)線局域網(wǎng)覆蓋下的室外環(huán)境同樣有效。無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤方法利用至少兩個(gè)地點(diǎn)測(cè)量目標(biāo)的水平位置定位和垂直位置定位實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤，無(wú)線局域網(wǎng)中設(shè)備定位和跟蹤裝置包括定向天線、無(wú)線網(wǎng)卡、定向天線旋轉(zhuǎn)控制器、無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算與主控制單元以及控制臺(tái)；本發(fā)明不需要借助于無(wú)線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，不需要部署傳感器，在三維空間最少僅需要兩個(gè)點(diǎn)即可定位目標(biāo)，并可以對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的移動(dòng)方向進(jìn)行跟蹤。
文檔編號(hào)H04W64/00GK101801084SQ20101010202
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者付新文, 徐淑獎(jiǎng), 王繼志, 田敏 申請(qǐng)人:山東省計(jì)算中心