[發明專利]基于定向電磁波及旋轉角度進行三維空間定位的方法

在審

• 申請號: 201710646395.6
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107390170A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王書旸
• 申請（專利權）人: 王書旸
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01C21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于移動終端室內定位技術領域， 特別涉及一種利用定向電磁波及旋轉角度進行三維空間定位的方法。

背景技術

目前，定位技術主要依靠定位衛星確定目標坐標，來實現定位，如廣泛應用的GPS及北斗衛星定位系統。但由于定位衛星所發射的微波信號較為微弱，并且頻率很高，難以穿過一定厚度障礙物，在室內或地下等環境中信號衰減嚴重，因此無法滿足特殊環境的定位需求。

針對衛星定位的這一問題，出現了多種解決方案。考慮到當前手機的廣泛應用，室內定位主要依托手機作為接收終端設備，可以有效降低應用成本，擴大應用范圍，因此，各類解決方案基本圍繞手機所能夠接收或解析的信號源類型進行設計。主要有以下幾類定位方式：

1、有源定位方式，分為WIFI、藍牙、射頻及無線電信號定位等。目前的有源定位方式主要是根據信號強度和距離的正相關關系，通過手機或其它移動終端探測信號強度的方式，確定手機與信號源之間絕對距離實現定位。這類定位方式技術和設備成熟，但由于抗干擾性及復雜的室內環境致使信號變化多樣，造成定位難度大、定位精度低。并且由于信號覆蓋范圍和強度等因素，往往需要布設大量信號發射設備，應用成本高，維護困難，難以滿足實際應用要求；

2、無源（匹配）定位方式，主要有地磁匹配、圖像匹配、陰影匹配等定位方式。如地磁定位方式，該定位方法主要基于地球磁場強度參數，依據每一個具體位置磁場信息不相同的特點，首先在擬定位范圍內，如大型商場各樓層的各單元點，進行磁場測量，建立磁場信息數據庫。利用手機或其它移動終端的磁場識別功能，與數據庫磁場信息匹配進行定位。此類方式不需要布設信號發射設備，精度依靠數據密度、精度及終端設備識別靈敏度來決定，應用靈活，使用方便。但匹配數據庫的建立需要投入大量人、財、物力，因此，只能在指定的范圍內使用，不具備大范圍的通用性。并且由于定位區域周圍環境變化的影響，匹配數據庫數據每間隔一段時間需要重新修訂和校正，同樣面臨實際應用困難的問題；

3、其他定位方式。目前，在室內定位技術領域，尚有許多諸如燈光定位、UWB定位，以及多種方式組合應用等定位技術，但綜合其成本、精度等多種因素，均沒有能夠達到滿足實際應用的成熟方案。

為了克服現有定位技術的上述問題，專利號為CN201210206018.8的中國專利“基于旋轉天線的室內定位方法”提出了一種利用天線的旋轉角度來確定待測點的相對角度的技術方案，該技術通過測定信號源端點與待測節點之間的信號強度衰減值來確定兩點之間距離，即“通過測量參考節點發射信號強度和待測節點接收到的最大信號強度的差值計算衰減信號強度，根據衰減信號強度和參考節點的發射頻率計算出定位距離”，根據所得定位角度與定位距離兩個值來進行定位計算。該技術通過單一信號源的模式，解決了多個信號源所造成的信號干擾、疊加，致使定位不精確的問題，但是該技術方案同樣需要精確探測接收端信號強度值，根據信號強度和距離的正相關關系，方可準確計算出信號源與待測點之間的絕對距離。如前所述，待測點信號強度值對定位區域環境和接收設備有著嚴重的依賴性，也正是現有類似定位技術無法成熟應用的一個主要因素。

另外，專利號為CN201210206018.8的中國專利“基于旋轉天線的室內定位方法”依靠單點方式進行定位，按照兩點一線原理，決定了該方式只能在已知待測點位置高度的前提下進行定位，即只能實現已知平面上的點的定位，無法真正實現空間物體的三維定位。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于旋轉定向電磁波，根據其即時旋轉角度值進行三維空間定位的方法，解決在室內、地下和障礙場所環境下，因無法精確偵測信號強度值而造成定位精度差的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于定向電磁波及旋轉角度進行三維空間定位的方法，采用不間斷地旋轉發射具有方向性和較強分布特征的天線裝置進行電磁波發射，其特征在于所說天線裝置發射的電磁波信號加載有天線旋轉角度變化值，終端設備將接收到的天線角度變化值，以及其信號強度變化區間和幅度作為參照數據，結合預存的所在區域定位數據，計算出與各信號源之間相對角度差，以此確定三維坐標，實現定位。

進一步，其特征在于所說天線裝置采取機掃或電掃的方式，以固定速率旋轉，按固定頻率向四周發射電磁波信號。

再進一步，其特征在于所說電磁波信號加載有能夠描述發射天線旋轉的方位或俯仰角參數，所說天線裝置以固定速率旋轉，并每轉動固定角度發射一次當前方位或俯仰角數據。