專利名稱：一種基于調頻廣播的終端定位方法及專用定位裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于移動通信領域，尤其涉及一種終端定位方法和一種終端定位裝置，具 體為一種基于調頻廣播的終端定位方法及專用定位裝置。
背景技術：
移動定位技術在交通運輸、生活服務、生產安全保障等諸多領域中有著越來越普 及的應用。在交通運輸業(yè)中，車載移動定位終端被用于目標車輛的定位和軌跡監(jiān)控，實現 了失竊車輛的追蹤、物流運輸跟蹤調度、交通流量的監(jiān)視預警等功能；在生活服務業(yè)中，手 持移動定位終端將位置信息提交至信息檢索服務器處理，向用戶推薦附近的餐飲、旅游、購 物場所并提供線路導航；在井下開采、野外勘探、遠洋漁業(yè)中，隨身攜帶的移動定位終端當 險情發(fā)生時，定期向服務器發(fā)送被困者的位置信息，以便搜索人員準確定位，及時搜救。據 Frost & Sullivan公司預測，2013年亞太地區(qū)定位服務市場收入將達到8億美元。隨著移動定位應用需求的快速增長，商業(yè)化定位服務對定位技術在便攜性、準確 性、可靠性和成本方面提出了更高要求，推動移動定位技術不斷創(chuàng)新。目前，移動定位技術 大體上可分為四類方法短距離無線定位技術、基于移動網絡定位、基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 定位方法和混合的移動定位方法。1)短距離無線定位技術
WLAN、RFID、藍牙、UWB、ZIGBEE等無線信號在短距離定位方向被廣泛使用。短距離無線 定位采用信號衰減計算距離無線信號在空間傳播過程中，隨著傳播距離的增大，會產生不 同程度的衰減。通過測量信號頻率和接收時的能量得到能量衰減，根據能量衰減公式可計 算出發(fā)射端與接收端的距離。利用以上計算距離方法，分別計算出同一個發(fā)射端(終端)到 三個接收端的距離，通過三角定位方法，確定終端坐標。短距離無線定位方法在室內環(huán)境使用時，通過提高接收節(jié)點密度，多組距離數據 相互參照，可以減小定位誤差，實現精度較高的定位。然而，其在大規(guī)模應用時受精度、成 本、使用范圍等諸多限制現實的無線網絡環(huán)境中，存在不同密度的障礙物、信號干擾源等 情況，導致無線信號傳播產生漫反射、反射以及被吸收等情況，求得的距離與實際距離存在 很大的偏差，導致短距離無線定位誤差較大；短距離無線定位技術的節(jié)點成本與部署成本 相對較高，低功耗WIFI，ZIGBEE節(jié)點價格動輒幾十元到幾百元，而WIFI接收端節(jié)點價格更 是居高不下，且需要消耗時間成本進行部署和定位訓練；短距離無線定位受成本和功耗限 制，難以在戶外大規(guī)模部署，限制了其使用范圍。2)基于移動網絡定位技術
基于移動通信網絡的無線定位方法，是利用當前蜂窩網絡中位置已知的基站作為參考 位置，并通過利用無線信號的傳輸特性使用特定的算法判斷被測物體的位置。一般包括
基于Cell ID的定位，利用蜂窩網絡的蜂窩結構，將終端所處的小區(qū)認為是終端的位 置，這種方法的優(yōu)點是實現簡單，終端側不需要作任何軟件或硬件的修改，網絡側不需要增 加新的網絡定位實體。缺點是定位精度不高，特別是由于多徑效應的存在，其定位精度有時甚至達不到小區(qū)或扇區(qū)級；
基于來波到達角AOA(Angle of arrival)的定位，由兩個或更多基站利用天線陣列測 出電波的到達方向，進而測量來自終端的信號的到達角，來估計移動用戶位置，在障礙物較 多的環(huán)境中，由于無線傳輸的多徑效應，導致測量誤差增大，定位精度較低，尤其是當移動 臺距離基站較遠時，基站定位角度的微小偏差會導致測位線距離的較大誤差；
基于來波到達時間TOA(Time of Arrival)的定位，通過測量移動臺信號到達多個基站 的傳播時間來確定移動用戶位置的方法。該方法需要有三個以上的基站能接收到移動臺的 信號，然后利用三角定位算法計算出移動臺的位置。該方法的優(yōu)點是無需修改現有終端，但 需要在基站附加硬件，網絡建設成本高?；趤聿ǖ竭_時間差TDOA(Time Different of Arrival)的定位方法，通過檢測 移動臺信號到達兩個基站的時間差來確定移動臺的位置，此時的移動臺，必定位于以兩個 基站為焦點的雙曲線上，確定移動臺的二維位置坐標需要建立兩個以上雙曲線方程，也就 是說需要至少三個以上的基站接收到移動臺信號，而兩個雙曲線的交點即為移動臺的二維 位置坐標；
基于移動網絡定位利用和改造已有運營商網絡設備可廣域定位，成本相對低。然而由 于蜂窩網絡信號衰減較快，在基站較少的區(qū)域無法提供的服務，該定位方法精度依賴運營 商網絡部署密度，可靠性差。3)基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位技術
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GlcAal Positioning System)是美國提供的中距離圓型軌道衛(wèi)星 導航系統(tǒng)。使用者只需擁有GPS終端機即可使用該服務，無需另外付費。目前比較實用的 GPS定位方法是網絡輔助的GPS定位，即在定位時，網絡通過跟蹤GPS衛(wèi)星信號，解調出GPS 導航信號，并將這些信息傳送給移動臺，移動臺利用這些信息可以快速的搜索到有效的GPS 衛(wèi)星，接收到衛(wèi)星信號后，計算移動臺位置的工作可以由網絡實體或移動臺完成?；贕PS 的定位方法的優(yōu)點是定位精度較高，定位半徑可達到幾米、十幾米，因此利用該種定位技術 .可滿足對定位精度要求較高業(yè)務的需要，如在電子地圖上顯示用戶位置等?；贕PS的無線定位技術的定位精度雖然較高，在成本、耗電、安全和穩(wěn)定性上均 有不足GPS芯片成本較高，且耗電量大，不適合大量部署；由于GPS由美國軍方控制，安全 性將無法保證；GPS定位精度受終端所處環(huán)境的影響也較大，如用戶在室內或在高大建筑 物之間時，由于可跟蹤到的GPS衛(wèi)星數量較少，定位精度將降低，甚至無法完成定位。4)混合定位
混合定位技術，即在一個系統(tǒng)中，綜合使用上述三類定位技術中的兩種或多種方法。在 野外，可以利用GPS定位提供高精度的位置信息，同時網絡側可以提供輔助信息來縮短定 位時間和提高定位精度；在城市，可以利用基站、無線熱點密集的優(yōu)勢，采用基于移動網絡 信號與短距離無線定位結合的定位方式，或者采用混合利用GPS信號和移動網絡信號的定 位方式，實現在復雜環(huán)境下(如室內、城市高樓之間)的定位?；旌蠠o線定位技術，實際上是 前三類方法的組合，只是在不同的環(huán)境中使用不同的技術，因此沒有從根本上解決前三類 技術的缺陷。綜上所述，一方面隨著商用無線定位服務業(yè)務的發(fā)展，用戶對定位精度的要求日 趨增高；另一方面，現有的無線定位技術又存在各種的缺陷。開發(fā)一種精度高、成本低、可靠性好的無線定位方法是十分必要和緊迫的。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于高頻廣播的終端定位方法，其能解決現有 移動定位技術的缺陷和不足，成本低、穩(wěn)定可靠、精度較高、續(xù)航能力強，為此本發(fā)明還提供 了專用定位裝置。一種基于調頻廣播的終端定位方法，其特征在于 其包括以下步驟
步驟一定位裝置依次在調頻廣播規(guī)定頻段內的所有頻點上接收廣播信號，并記錄下 接收到廣播的頻點和信號接收強度值(Received Signal Strength hdication)，從而獲 得一組來自多個廣播發(fā)射臺發(fā)射的廣播信號強度值；
步驟二 所述定位裝置通過步驟一得到的所述一組來自多個廣播發(fā)射臺發(fā)射的廣播信 號強度值獲得以上所記錄的頻點接收到的廣播發(fā)射臺的地理位置和發(fā)射功率信息；
步驟三所述定位裝置依據所述各頻點廣播接收強度值、調頻廣播的頻率、發(fā)射功率信 息和廣播發(fā)射臺的地理位置計算所述定位裝置的位置。其進一步特征在于
所述步驟二中獲得頻點所接收到的廣播發(fā)射臺的地理位置和發(fā)射功率方法包括事 先測量所有廣播發(fā)射臺的地理位置以及發(fā)射功率信息并存儲在所述定位裝置中，并建立所 述頻點和廣播發(fā)射臺的對應關系，當所述定位終端接收到特定頻點的廣播信號時通過查 表獲得該廣播發(fā)射臺的位置和發(fā)射功率信息；當所述定位裝置使用支持RDS (Radio Data System)的FM接收機時，RDS自動檢測和解調調頻廣播信號中的數字內容，進而獲得當前廣 播發(fā)射臺的位置和發(fā)射功率信息；
所述步驟三中計算定位裝置位置包含以下步驟
(1)通過所述步驟二獲得接收到的N個廣播發(fā)射臺的位置，用<Xi，yi，Zi>表示第i個發(fā) 射臺的位置，用RSSIi表示接受到的第i個廣播發(fā)射臺的信號強度；
(2)根據自由空間無線電傳播路徑損耗模型，用已知量表示定位裝置到N個發(fā)射臺的 距離；
自由空間無線電傳播路徑損耗模型如下 Lbf = C1 + 10 X η X IgF - 10 X η X IgD。其中，Lbf 為自由空間損耗(dB)，D 為距離(km)，
F為頻率(MHz)，η為路徑衰減因子，取值為2 4，q為取值范圍在32-35之間的常數。接
收點接收到的信號強度模型如下:RSSi = Pt + Gt + Gr — Le- Lbf。RSSI代表接收信號強
度指示，Pt+ Gt為發(fā)射功率，Gr-Lc為接收增益和損耗的結果，同一終端定位裝置可認為
是某未知常量q；設標號為i的廣播信號接收端信號強度為RSHt，其發(fā)射功率為巧，其頻率為F"定位裝 置到發(fā)射臺距離為Di,代入路徑損耗模型和信號強度模型并化簡
權利要求
1.一種基于調頻廣播的終端定位方法，其特征在于其包括以下步驟步驟一定位裝置依次在調頻廣播規(guī)定頻段內的所有頻點上接收廣播信號，并記錄下 接收到廣播的頻點和信號接收強度值(Received Signal Strength hdication)，從而獲 得一組來自多個廣播發(fā)射臺發(fā)射的廣播信號強度值；步驟二 所述定位裝置通過步驟一得到的所述一組來自多個廣播發(fā)射臺發(fā)射的廣播信 號強度值獲得以上所記錄的頻點接收到的廣播發(fā)射臺的地理位置和發(fā)射功率信息；步驟三所述定位裝置依據所述各頻點廣播接收強度值、調頻廣播的頻率、發(fā)射功率信 息和廣播發(fā)射臺的地理位置計算所述待測終端的位置。
2.根據權利要求1所述的一種基于調頻廣播的終端定位方法，其特征在于所述步驟 二中獲得頻點所接收到的廣播發(fā)射臺的地理位置和發(fā)射功率方法包括事先測量所有廣播 發(fā)射臺的地理位置以及發(fā)射功率信息并存儲在所述定位裝置中，并建立所述頻點和廣播發(fā) 射臺的對應關系，當所述定位裝置接收到特定頻點的廣播信號時通過查表獲得該廣播發(fā)射 臺的位置和發(fā)射功率信息；當所述定位裝置使用支持RDS (Radio Data System)的FM接收 機時，RDS自動檢測和解調調頻廣播信號中的數字內容，進而獲得當前廣播發(fā)射臺的位置和 發(fā)射功率信息。
3.根據權利要求2所述的一種基于調頻廣播的終端定位方法，其特征在于所述步驟 三中計算定位裝置位置包含以下步驟(1)通過所述步驟二獲得接收到的N個廣播發(fā)射臺的位置，用<Xi，yi，Zi>表示第i個發(fā) 射臺的位置，用RSSIi表示接受到的第i個廣播發(fā)射臺的信號強度；(2)根據自由空間無線電傳播路徑損耗模型，用已知量表示定位裝置到N個發(fā)射臺的 距離；自由空間無線電傳播路徑損耗模型如下Lbf= C1 - 10 X η X IgF- 10 X η X IgD, !(；屮’ Lbf 為自由空間損耗(dB)，D 為距離(km)，F為頻率(MHz)，η為路徑衰減因子，取值為2 4，C1為取值范圍在32-35之間的常 數，接收點接收到的信號強度模型如下RSSI代表接收信號強度指示，Pt-Gt為發(fā)射功率，Gr -Le為接收增益和損耗的結果，同一終端定位裝置可認為是某未知常量C2 ；設標號為i的廣播信號接收端信號強度為RSSIi，其發(fā)射功率為，其頻率為Fi，移動終端到發(fā)射臺距離為Di，代入路徑損耗模型和信號強 度模型并化簡其中，Pe ApRSSIi已知，C為某未知常量，路徑衰減因子η可采用室溫空氣中近似值2，也可根據具體部署場景，通過測量兩個定位裝置到某電臺距離比和兩終端接收信號強度之 差，計算得到(3)根據定位裝置到N個發(fā)射臺的距離與發(fā)射臺位置，采用加權質心算法計算移動終 端位置加權質心算法的基本思想是在質心算法中，通過加權因子來體現信標節(jié)點對質心 坐標決定權的大小，利用加權因子體現各信標節(jié)點對質心位置的影響程度，反映它們間的 內在關系，其計算公式如下其中(Xi，Yi, Zi)分別表示第i個發(fā)射臺的位置坐標，(x, y, ζ)標示終端位置坐標，將化 代入，通過分子分母提取并約分未知常量Mf ,最終定位裝置坐標(X，y, ζ)可由已知量η，χ ，Ji，Z1^1，RSSIs，F1 (i=l,2, ...N)計算得出。
4.一種基于調頻廣播的專用定位裝置，其特征在于其包括處理器單元、調頻廣播接 收模塊、存儲模塊，所述調頻廣播接收模塊，用于接收發(fā)射臺發(fā)射的廣播信號，可以在指定 的頻點上接收廣播信號，能測量所接收信號的接收信號強度值；存儲模塊，用于存儲已知的 發(fā)射臺編碼、發(fā)射臺位置及發(fā)射功率；所述處理器單元與所述調頻廣播接收模塊、存儲模塊 之間分別通過總線電控連接。
5.根據權利要求4所述的一種基于調頻廣播的專用定位裝置，其特征在于其還包括附加功能模塊，所述附加功能單元與所述處理器單元通過所述總線電控連接。
6.根據權利要求5所述的一種基于調頻廣播的專用定位裝置，其特征在于所述附加 功能模塊根據無線定位裝置的不同實際使用要求進行加載，所述附加功能模塊可以為GPS 芯片或WIFI芯片，也可以為顯示模塊與通信模塊的組合；所述GPS芯片或WIFI芯片可以用 于滿足定位裝置定位精度、功耗、穩(wěn)定性的要求；所述顯示模塊與通信模塊的組合可以用于 定位與收發(fā)信息使用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于調頻廣播的終端定位方法，其能解決現有移動定位技術的缺陷和不足，成本低、穩(wěn)定可靠、精度較高、續(xù)航能力強，其包括以下步驟步驟一定位裝置依次在調頻廣播規(guī)定頻段內的所有頻點上接收廣播信號，并記錄下接收到廣播的頻點和信號接收強度值，獲得一組來自多個廣播發(fā)射臺發(fā)射的廣播信號強度值；步驟二定位裝置通過步驟一得到的一組來自多個廣播發(fā)射臺發(fā)射的廣播信號強度值獲得以上所記錄的頻點接收到的廣播發(fā)射臺的地理位置和發(fā)射功率信息；步驟三定位裝置依據各頻點廣播接收強度值、調頻廣播的頻率、發(fā)射功率信息和廣播發(fā)射臺的地理位置計算所述待測終端的位置。本發(fā)明還提供了專用定位裝置，其包括處理器單元、調頻廣播接收模塊、存儲模塊，處理器單元與調頻廣播接收模塊、存儲模塊之間分別通過總線電控連接。
文檔編號H04W64/00GK102098782SQ20111006840
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權日2011年3月22日
發(fā)明者宋崢, 熊永平, 馬建 申請人:無錫智感星際科技有限公司