CN109982306B - 一种基于天线方向特性的定位方法、装置和*** - Google Patents

一种基于天线方向特性的定位方法、装置和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于天线方向特性的定位方法，包括：获取检测到的预设信号值；其中，所述预设信号值为天线对应的RSSI值；将检测到的每一所述预设信号值与指定信号值进行求差运算，生成定位物理量；在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；其中，每一所述子指纹数据有其对应的天线的角度信息；获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出每一所述子指纹数据对应的天线的方向线；获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。本发明实施例还公开了一种基于天线方向特性的定位装置和一种基于天线方向特性的定位***。采用本发明实施例，能有效提高天线的定位精度。

Description

一种基于天线方向特性的定位方法、装置和***
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种基于天线方向特性的定位方法、装置和***。
背景技术
随着城市的快速发展，大型地下停车场、购物中心等大型建筑物不断涌现。在上述的室内环境中，人们希望能够快速的确定自己所在的位置，以及找到自己想去的目的地。现有技术中采用的蓝牙定位技术仅仅依赖于WiFi信号的单一物理特性(如RSSI值)来实现，而RSSI的绝对值因环境复杂性而对定位精度造成明显的限制。就RSSI定位而言，当前采用的是绝对值对应距离的方法，当有物体遮挡时，该方法的定位精度将大大降低。如图1所示，图1是在同一位置处用户端与天线处于不同相对位置(有遮挡物存在)时的RSSI变化情况示意图，可以得知，RSSI随着用户端的角度变化而变化，即有遮挡物存在情况下，基于RSSI绝对值与距离的关系来定位的方案精度较差。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种基于天线方向特性的定位方法、装置和***，能有效提高天线的定位精度。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于天线方向特性的定位方法，包括：
获取检测到的预设信号值；其中，所述预设信号值为天线对应的RSSI值；
将检测到的每一所述预设信号值与指定信号值进行求差运算，生成定位物理量；
在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；其中，每一所述子指纹数据有其对应的天线的角度信息；
获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出每一所述子指纹数据对应的天线的方向线；
获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
与现有技术相比，本发明公开的基于天线方向特性的定位方法，首先，将获取到的每一预设信号值与指定信号值进行求差运算，以生成定位物理量；其次，在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；最后，获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出天线的方向线，并获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
由于实物遮挡时，RSSI的绝对值会发生较大变化，但是由于同一遮挡物对同个AP每根天线的衰减是一致的，所以不同天线之间的RSSI相对值(即天线方向特性指纹)是保持不变的，利用这个信息，本发明公开的基于天线方向特性的定位方法解决了现有技术中直接使用RSSI绝对值作为定位信息导致定位精度较差的问题，在有物体遮挡时仍能够保持较高的定位精度。
作为上述方案的改进，所述指纹库的生成方法包括：
计算检测到的若干天线的第一天线增益；
获取所述第一天线增益与预设的第二天线增益的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
作为上述方案的改进，所述指纹库的生成方法包括：
获取检测到的若干天线的预设信号值；
获取检测到的每一所述预设信号值与指定信号值的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
作为上述方案的改进，所述天线工作在WiFi模式或蓝牙模式。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种基于天线方向特性的定位装置，包括：
信号值检测单元，用于获取检测到的预设信号值；其中，所述预设信号值为天线对应的RSSI值；
定位物理量生成单元，用于将检测到的每一所述预设信号值与指定信号值进行求差运算，生成定位物理量；
子指纹数据查找单元，用于在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；其中，每一所述子指纹数据有其对应的天线的角度信息；
方向线获取单元，用于获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出每一所述子指纹数据对应的天线的方向线；
定位信息获取单元，用于获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
与现有技术相比，本发明公开的基于天线方向特性的定位装置，首先，定位物理量生成单元将信号值检测单元获取到的每一预设信号值与指定信号值进行求差运算，以生成定位物理量；其次，子指纹数据查找单元在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；最后，方向线获取单元获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出天线的方向线，定位信息获取单元获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
由于实物遮挡时，RSSI的绝对值会发生较大变化，但是由于同一遮挡物对同个AP每根天线的衰减是一致的，所以不同天线之间的RSSI相对值(即天线方向特性指纹)是保持不变的，利用这个信息，本发明公开的基于天线方向特性的定位装置解决了现有技术中直接使用RSSI绝对值作为定位信息导致定位精度较差的问题，在有物体遮挡时仍能够保持较高的定位精度。
作为上述方案的改进，所述指纹库的生成方法包括：
计算检测到的若干天线的第一天线增益；
获取所述第一天线增益与预设的第二天线增益的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
作为上述方案的改进，所述指纹库的生成方法包括：
获取检测到的若干天线的预设信号值；
获取检测到的每一所述预设信号值与指定信号值的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
作为上述方案的改进，所述天线工作在WiFi模式或蓝牙模式。
为实现上述目的，本发明实施例还提供一种基于天线方向特性的定位***，包括若干天线以及上述任一实施例所述的基于天线方向特性的定位装置。
附图说明
图1是在同一位置处用户端与天线处于不同相对位置时的RSSI变化情况示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于天线方向特性的定位方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种基于天线方向特性的定位装置10的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于天线方向特性的定位***20的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于天线方向特性的定位方法的流程图；包括：
S1、获取检测到的预设信号值；其中，所述预设信号值为天线对应的RSSI值；
S2、将检测到的每一所述预设信号值与指定信号值进行求差运算，生成定位物理量；
S3、在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；其中，每一所述子指纹数据有其对应的天线的角度信息；
S4、获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出每一所述子指纹数据对应的天线的方向线；
S5、获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
值得说明的是，本发明实施例所述的基于天线方向特性的定位方法可以通过移动终端执行实现，所述移动终端可以是手机、平板电脑或其他可实现定位功能的移动终端。本发明实施例在一定的可规划范围内布置若干个天线用于发射信号，每一所述天线按相同的周期发送信号，且发送的信号强度相等。当用户手持所述移动终端进入所述天线的信号范围内时，即可开始实现定位功能。
优选的，选用的天线工作在WiFi模式或蓝牙模式。当所述天线工作在WiFi模式时，所述天线发射WiFi信号；当所述天线工作在蓝牙模式时，所述天线发射蓝牙信号。
具体的，在步骤S1中，在设定的一个频段检测当前位置处的预设信号值，比如频段为2.4G频段、5G band1频段和5G band4频段，在当前频段内获取检测到的所有所述天线的预设信号值。
具体的，在步骤S2中，由于实物遮挡时，RSSI的绝对值会发生较大变化，但是由于同一遮挡物对同个AP每根天线的衰减是一致的，所以不同天线之间的RSSI相对值(即天线方向特性指纹)是保持不变的。利用这个信息，可以避免了使用RSSI绝对值作为定位信息的固有缺点。即此时获取到每一所述天线的预设信号值，并将所有所述预设信号值与指定信号值进行求差运算，生成定位物理量，所述定位物理量包括了一组物理量数据。
具体的，在步骤S3中，在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；其中，所述指纹库中包括若干个子指纹数据，每一所述子指纹数据有其对应的天线的角度信息。即,将所述定位物理量与所述指纹库中的子指纹数据(所述子指纹数据也是某一位置处检测到的所有天线的信号值与指定天线发出的指定信号值之间的差值，也是一组物理量数据)一一比对，找出两组数据之间差值最小的子指纹数据。
具体的，在步骤S4～S5中，获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出每一所述子指纹数据对应的天线的方向线；最后获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。即此时用户可能正处于/接近所述方向线的交点处，所述方向线的交点的地理位置信息即可作为当前用户的所在地。
在一种可实施的方式中，本发明还提供一种指纹库的生成方法，所述指纹库的生成方法包括：
S21、计算检测到的若干天线的第一天线增益；
S22、获取所述第一天线增益与预设的第二天线增益的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
具体的，所述第二天线增益可以是指定天线的天线增益，所述指定天线根据现场具体情况来选定，本发明对此不做具体限定。天线的增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度，是选择基站天线最重要的参数之一；RSSI值表示的是接收端收到的信号强度，其强弱与发送端、接收端两者的距离成一定关系(如下正文公式)，以此根据接收信号的强弱测定信号与接收点的距离，因此，天线的增益与天线RSSI值本身具有对应关系。
另外，天线与客户端之间满足以下公式：
PRx＝PTX+GTX+GRX-L 公式(1)；
其中，PTX为天线的发射功率；PRX为天线的接收功率；GTX是一个与角度相关的量；GRX是客户端的参数，与发送端的天线不相关；L是距离的函数；因为发射功率是固定的，RSSI差值对等于GTX的差值。因此，增益之差与定位时的RSSI差值具有理论上的对等关系，这样增益之差就具备作为指纹特征的意义。
在另一种可实施的方式中，本发明还提供另一种指纹库的生成方法，所述指纹库的生成方法包括：
S31、获取检测到的若干天线的预设信号值；
S32、获取检测到的每一所述预设信号值与指定信号值的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
具体的，所述指定信号值可以是指定天线对应的RSSI值，所述指定天线根据现场具体情况来选定，本发明对此不做具体限定。每一所述子指纹数据表示当前天线与指定天线之间的信号值差值，对单个天线而言，指纹具有角度维度的特征，即每一所述子指纹数据中包含角度及角度所对应的指纹细节。进一步的，执行步骤S31～S32的过程需保证处于理想开阔环境(无遮挡、无发射环境)下，以此得出的数据更具有可靠性。
具体实施时，首先，将获取到的每一预设信号值与指定信号值进行求差运算，以生成定位物理量；其次，在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；最后，获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出天线的方向线，并获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
与现有技术相比，本发明公开的基于天线方向特性的定位方法解决了现有技术中直接使用RSSI绝对值作为定位信息导致定位精度较差的问题。在有物体遮挡时仍能够保持较高的定位精度。
实施例二
参见图3，图3是本发明实施例提供的一种基于天线方向特性的定位装置10的结构示意图；包括：
信号值检测单元11，用于获取检测到的预设信号值；其中，所述预设信号值为天线对应的RSSI值；
定位物理量生成单元12，用于将检测到的每一所述预设信号值与指定信号值进行求差运算，生成定位物理量；
子指纹数据查找单元13，用于在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；其中，每一所述子指纹数据有其对应的天线的角度信息；
方向线获取单元14，用于获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出每一所述子指纹数据对应的天线的方向线；
定位信息获取单元15，用于获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
值得说明的是，本发明实施例所述的基于天线方向特性的定位装置10可以是移动终端，所述移动终端可以是手机、平板电脑或其他可实现定位功能的移动终端。本发明实施例在一定的可规划范围内布置若干个天线用于发射信号，每一所述天线按相同的周期发送信号，且发送的信号强度相等。当用户手持所述移动终端进入所述天线的信号范围内时，即可开始实现定位功能。
优选的，选用的天线工作在WiFi模式或蓝牙模式。当所述天线工作在WiFi模式时，所述天线发射WiFi信号；当所述天线工作在蓝牙模式时，所述天线发射蓝牙信号。
具体的，所述信号值检测单元11在设定的一个频段检测当前位置处的预设信号值，比如频段为2.4G频段、5G band1频段和5G band4频段，在当前频段内内获取检测到的所有所述天线的预设信号值。
具体的，由于实物遮挡时，RSSI的绝对值会发生较大变化，但是由于同一遮挡物对同个AP每根天线的衰减是一致的，所以不同天线之间的RSSI相对值(即天线方向特性指纹)是保持不变的。利用这个信息，可以避免了使用RSSI绝对值作为定位信息的固有缺点。即此时获取到每一所述天线的预设信号值，所述定位物理量生成单元12将所有所述预设信号值与指定信号值进行求差运算，生成定位物理量，所述定位物理量包括了一组物理量数据。
具体的，所述子指纹数据查找单元13在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；其中，所述指纹库中包括若干个子指纹数据，每一所述子指纹数据有其对应的天线的角度信息。即,将所述定位物理量与所述指纹库中的子指纹数据(所述子指纹数据也是某一位置处检测到的所有天线的信号值与指定天线发出的指定信号值之间的差值，也是一组物理量数据)一一比对，找出两组数据之间差值最小的子指纹数据。
具体的，所述方向线获取单元14获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出每一所述子指纹数据对应的天线的方向线；最后所述定位信息获取单元15获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。即此时用户可能正处于/接近所述方向线的交点处，所述方向线的交点的地理位置信息即可作为当前用户的所在地。
在一种可实施的方式中，本发明还提供一种指纹库的生成方法，所述指纹库的生成方法包括：
S21、计算检测到的若干天线的第一天线增益；
S22、获取所述第一天线增益与预设的第二天线增益的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
具体的，所述第二天线增益可以是指定天线的天线增益，所述指定天线根据现场具体情况来选定，本发明对此不做具体限定。天线的增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度，是选择基站天线最重要的参数之一；RSSI值表示的是接收端收到的信号强度，其强弱与发送端、接收端两者的距离成一定关系(如下正文公式)，以此根据接收信号的强弱测定信号与接收点的距离，因此，天线的增益与天线RSSI值本身具有对应关系。
另外，天线与客户端之间满足以下公式：
PRX＝PTX+GTX+GRX-L 公式(1)；
其中，PTX为天线的发射功率；PRX为天线的接收功率；GTX是一个与角度相关的量；GRX是客户端的参数，与发送端的天线不相关；L是距离的函数；因为发射功率是固定的，RSSI差值对等于GTX的差值。因此，增益之差与定位时的RSSI差值具有理论上的对等关系，这样增益之差就具备作为指纹特征的意义。
在另一种可实施的方式中，本发明还提供另一种指纹库的生成方法，所述指纹库的生成方法包括：
S31、获取检测到的若干天线的预设信号值；
S32、获取检测到的每一所述预设信号值与指定信号值的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
具体的，所述指定信号值可以是指定天线对应的RSSI值，所述指定天线根据现场具体情况来选定，本发明对此不做具体限定。每一所述子指纹数据表示当前天线与指定天线之间的信号值差值，对单个天线而言，指纹具有角度维度的特征，即每一所述子指纹数据中包含角度及角度所对应的指纹细节。进一步的，执行步骤S31～S32的过程需保证处于理想开阔环境(无遮挡、无发射环境)下，以此得出的数据更具有可靠性。
具体实施时，首先，定位物理量生成单元将信号值检测单元获取到的每一预设信号值与指定信号值进行求差运算，以生成定位物理量；其次，子指纹数据查找单元在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；最后，方向线获取单元获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出天线的方向线，定位信息获取单元获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
与现有技术相比，本发明公开的基于天线方向特性的定位装置10，解决了现有技术中直接使用RSSI绝对值作为定位信息导致定位精度较差的问题。在有物体遮挡时仍能够保持较高的定位精度。
实施例三
参见图4，图4是本发明实施例提供的一种基于天线方向特性的定位***20的结构示意图；所述基于天线方向特性的定位***20包括若干天线21以及上述实施例二所述的基于天线方向特性的定位装置10。
具体的所述天线21和所述基于天线方向特性的定位装置10的工作过程请参考上述实施例二所述的基于天线方向特性的定位装置10的具体工作过程，在此不再赘述。
与现有技术相比，本发明公开的基于天线方向特性的定位***20，首先，将获取到的每一预设信号值与指定信号值进行求差运算，以生成定位物理量；其次，在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；最后，获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出所述天线21的方向线，并获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
本发明公开的基于天线方向特性的定位***20解决了现有技术中直接使用RSSI绝对值作为定位信息导致定位精度较差的问题。在有物体遮挡时仍能够保持较高的定位精度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于天线方向特性的定位方法，其特征在于，包括：
获取检测到的预设信号值；其中，所述预设信号值为天线对应的RSSI值；
将检测到的每一所述预设信号值与指定信号值进行求差运算，生成定位物理量；其中，所述指定信号值为指定天线对应的RSS I值；
在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；其中，每一所述子指纹数据有其对应的天线的角度信息，所述指纹库由RSS I值或天线增益构建得到；
获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出每一所述子指纹数据对应的天线的方向线；
获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
2.如权利要求1所述的基于天线方向特性的定位方法，其特征在于，所述指纹库的生成方法包括：
计算检测到的若干天线的第一天线增益；
获取所述第一天线增益与预设的第二天线增益的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
3.如权利要求1所述的基于天线方向特性的定位方法，其特征在于，所述指纹库的生成方法包括：
获取检测到的若干天线的预设信号值；
获取检测到的每一所述预设信号值与指定信号值的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
4.如权利要求1所述的基于天线方向特性的定位方法，其特征在于，所述天线工作在WiFi模式或蓝牙模式。
5.一种基于天线方向特性的定位装置，其特征在于，包括：
信号值检测单元，用于获取检测到的预设信号值；其中，所述预设信号值为天线对应的RSSI值；
定位物理量生成单元，用于将检测到的每一所述预设信号值与指定信号值进行求差运算，生成定位物理量；其中，所述指定信号值为指定天线对应的RSSI值；
子指纹数据查找单元，用于在预设的指纹库中查找与所述定位物理量差值最小的若干个子指纹数据；其中，每一所述子指纹数据有其对应的天线的角度信息，所述指纹库由RSSI值或天线增益构建得到；
方向线获取单元，用于获取每一所述子指纹数据对应的天线的角度信息，基于所述角度信息画出每一所述子指纹数据对应的天线的方向线；
定位信息获取单元，用于获取所述方向线的交点为当前位置的定位信息。
6.如权利要求5所述的基于天线方向特性的定位装置，其特征在于，所述指纹库的生成方法包括：
计算检测到的若干天线的第一天线增益；
获取所述第一天线增益与预设的第二天线增益的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
7.如权利要求5所述的基于天线方向特性的定位装置，其特征在于，所述指纹库的生成方法包括：
获取检测到的若干天线的预设信号值；
获取检测到的每一所述预设信号值与指定信号值的差值作为当前天线的子指纹数据，以生成含有若干子指纹数据的指纹库。
8.如权利要求5所述的基于天线方向特性的定位装置，其特征在于，所述天线工作在WiFi模式或蓝牙模式。
9.一种基于天线方向特性的定位***，其特征在于，包括若干天线以及上述权利要求5～8中任一项所述的基于天线方向特性的定位装置。
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