CN201294639Y - 单基站无线定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单基站无线定位装置，其包括射频天线模块，宽带低噪声放大器，乘法器，自动增益控制电路，信号解调器，自动频率控制电路，载波信号发生器，互相关器，测距单元，信号强度指示器，测角***，定位信息处理器，定位结果信息显示模块。所述装置使用单个基站就可以对移动台进行定位。装置中的测角***测得移动台的电波到达角信息，移动台至基站的距离信息由测距单元和信号强度指示器测得的参数联合转换而来。本实用新型解决了现有方案中使用多个基站进行无线定位的缺陷，而且具有成本低廉、使用方便及定位精度高的优点。

Description

单基站无线定位装置

技术领域

本实用新型涉及无线通信中的无线定位领域，特别是提供了一种单基站无线定位装置。

背景技术

无线定位技术在军事和民用技术上已经得到了广泛的应用。当前随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对基于无线定位技术的新业务的需求日益增大，尤其在复杂的通信环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息，这些都推动了对无线定位技术的深入研究。同时，向用户提供精确的定位信息已经成为新一代无线通信***的标准业务之一，无线定位技术也已经应用于紧急救援、汽车导航、智能交通、团队管理等方面，参照众多行业的实际需求，无线定位技术和定位业务的发展前景将十分广阔。

但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。许多定位技术解决方案，如超声波定位技术、、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术、A-GPS(辅助全球定位***)定位技术、蓝牙技术及红外线技术等无线定位技术要在移动终端上增加新的硬件，这将对移动站的尺寸和成本带来不利的影响。利用现代移动通信***的蜂窝网络提供导航、位置信息是一种新的定位方式。它由多个基站同时接收检测移动如发出的信号，根据测量到的参数由网络对移动台进行定位估计。它通过测量到达的一系列固定或移动基站携带的与移动台位置信息有关的信号来确定移动台位置，可以提供物美价廉的定位业务。

然而，利用蜂窝通信网络对移动台进行无线定位时，现有的方法容易受到各种干扰的影响，还需要三个以上的基站才能实现定位，并在多数环境下定位误差较大，定位精度不高而且成本很高。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种定位精度高，成本低廉的单基站无线定位装置。本实用新型利用接收信号的功率，电波到达时间和电波到达角等测量信息来实现移动台的精确定位，适用于各种定位环境，是一种高精度实用化定位技术。

本实用新型的技术方案是：

一种单基站无线定位装置，包括射频天线模块，宽带低噪声放大器，乘法器，自动增益控制电路，信号解调器，自动频率控制器，载波信号发生器，互相关器，测距单元，信号强度指示器，测角***，定位信息处理器及定位结果信息显示模块。其特征在于上述各部分共同连成一个处理***：所述射频天线模块接收连接在所述宽带低噪声放大器LNA的输入端，所述射频天线模块接收也同时连接至测角***的输入端。LNA的输出连接至乘法器的第一输入端，载波信号发生器连接在所述乘法器的第二输入端。所述乘法器的输出端连接至自动增益控制电路AGC的输入端。所述AGC的第一输出端连接在信号强度指示器RSSI的输入端，所述AGC的第二输出端连接至信号解调器的输入端。所述信号解调器的第一输出端连接在自动频率控制电路AFC的输入端，信号解调器的第二输出端连接至互相关器。所述AFC的输出端连接至载波信号发生器的输入端。互相关器的输出端连接测距单元的输入端。所述定位信息处理器有三个输入端，依次连接RSSI的输出端，TOA测距单元的输出端及测角***的输出端。所述定位信息处理器的输出端连接至定位结果信息显示模块的输入端。

所述射频天线接收由移动台发射过来的电波信号后将电波信号送至宽带LNA进行低噪声滤波。所述装置中的用于滤波的LNA为以有源电感为负载的级联型低噪声放大器，为两级级联电路，其包括电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7、电感L1，L2，L3，L4，L5，L6、电容C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10及三个NPN型三极管NPN1，NPN2，NPN3。其中电容C1～C7的一端，R5，R7的一端及NPN1，NPN3的射端接地。所述LNA电路NPN1，R1～R3，C1～C8，L1～L4组成所述LNA的第一级电路，用于对噪声和高阶谐波分量的抑制，NPN2，NPN3，R4～R7，C9～C10，L5～L6构成第二级电路，用于对信号的电平放大。

同时，接收到的信号被送入所述测角***由测角***测量电波的到达角以指明移动台的位置方向。对于一个基站来讲，测角***的AOA测量可以得出特定移动台所在方向。经过LNA的电波信号与载波信号发生器产生的本地载波由乘法器进行相乘处理。然后，AGC测量输入信号解调器的信号电平，并且通过反馈控制电路把信号电平控制在要求的范同内。信号解调器实现对AGC输出信号的解调，解调后的信号一部分输出至AFC对载波信号发生器进行频率控制，以自动调节载波信号发生器的工作状态，使其输出信号满足相乘的要求。互相关器对解调后的另一部分信号进行相关运算，以得到移动台与本装置的同步。信号经过互相关器同步后，测距单元测得电波的到达时延，并进一步转换为TOA距离信息。信号强度指示器RSSI预先测量每个基站周围的信号功率损耗等高线，以实现用测量信号功率为基础的定位技术。移动台以足够高的精度告知基站其发射信号的功率，信号强度指示器RSSI再由接收到的信号功率计算出信号传输过程中的损耗，进而推算出移动台到基站的距离估计值。定位信息处理器对信号强度指示器RSSI输出的测距信息、测角***输出的AOA测量信息及测距单元的TOA距离信息进行综合计算。定位信息处理器的处理流程是：取RSSI测距信息和TOA测距信息的平均作为移动台至基站的路径距离值，然后结合移动台AOA信息得出的位置方向进行简单的运算就得出了移动台的具***置信息。最终，移动台的具***置信息通过定位结果信息显示模块直观的显示出来。

所述的单基站无线定位装置从接收到的达到基站的无线电波信号中定位出移动终端的精确位置，结合测量的电波到达角、接收信号的功率及电波到达时间，实现移动台的精确定位。

一种单基站无线定位装置，所述装置安装于一个基站的通信接收***中，用来对移动台进行无线定位，其特征在于：射频天线模块采用英国Antenova公司的GPS RADIONOVA射频天线模块，乘法器采用ADI公司的AD834型号的乘法器或Motorola公司的MC1495型号的乘法器，自动增益控制电路AGC采用美国ADI公司的AD603器件，信号解调器和自动频率控制电路AFC采用一块摩托罗拉公司的MC145162型号集成芯片实现，载波信号发生器采用安捷伦公司的N9310A信号发生器，互相关器采用TMC2032型号相关器，测距单元采用意大利INFRA微波雷达测速/测距传感器，测角***采用约克仪器公司的Schaevitz系列角传感器/测角***，信号强度指示器采用ADI公司的AD8309器件，定位信息处理器采用CS6079计算芯片，定位结果信息显示模块采用洪泰显示科技有限公司的HTG9626A型号LCD。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出性特点和显著优点：所述装置使用单个基站就可以对移动台进行定位，而且本实用新型解决了现有方案中使用多个基站进行无线定位的缺陷，而且具有成本低廉、使用方便及定位精度高的优点。

本实用新型的有益效果是，结构简单，能以较低的成本和较简便的设备取得更好的定位效果，可以使定位业务得到更为广泛的应用。

附图说明

图1为本实用新型的装置结构图；

图2为本实用新型装置中的LNA电路图；

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本实用新型进一步说明：

参见图1，一种单基站无线定位装置，包括射频天线模块1，宽带低噪声放大器2，乘法器3，自动增益控制电路4，信号解调器5，自动频率控制器6，载波信号发生器7，互相关器8，测距单元9，信号强度指示器10，测角***11，定位信息处理器12及定位结果信息显示模块13。其特征在于上述各部分共同连成一个处理***：所述射频天线模块1接收连接在所述宽带低噪声放大器LNA 2的输入端，所述射频天线1接收也同时连接至测角***11的输入端。LNA 2的输出连接至乘法器3的第一输入端，载波信号发生器7连接在所述乘法器3的第二输入端。所述乘法器3的输出端连接至自动增益控制电路AGC 4的输入端。所述AGC4的第一输出端连接在信号强度指示器RSSI 10的输入端，所述AGC 4的第二输出端连接至信号解调器5的输入端。所述信号解调器5的第一输出端连接在自动频率控制电路AFC 6的输入端，信号解调器5的第二输出端连接至互相关器8。所述AFC 6的输出端连接至载波信号发生器7的输入端。互相关器8的输出端连接测距单元9的输入端。所述定位信息处理器12有三个输入端，依次连接RSSI 10的输出端，测距单元9的输出端及测角***11的输出端。所述定位信息处理器12的输出端连接至定位结果信息显示模块13的输入端。

所述射频天线1接收由移动台发射过来的电波信号后将电波信号送至宽带LNA 2进行低噪声滤波。所述装置中的用于滤波的LNA2为以有源电感为负载的级联型低噪声放大器，为两级级联电路。同时，接收到的信号被送入所述测角***11测量电波的到达角以指明移动台的位置方向。经过LNA2的电波信号与载波信号发生器7产生的本地载波由乘法器3进行相乘处理。然后，AGC 4测量输入信号解调器5的信号电平，并且通过反馈控制电路把信号电平控制在要求的范同内。信号解调器5实现对AGC输出信号的解调，解调后的信号一部分输出至AFC 6对载波信号发生器进行频率控制，以自动调节载波信号发生器7的工作状态，使其输出信号满足相乘的要求。互相关器8对解调后的另一部分信号进行相关运算，以得到移动台与本装置的同步。信号经过互相关器8同步后，测距单元9测得电波的到达时延，并进一步转换为TOA距离信息。信号强度指示器RSSI 10预先测量每个基站周围的信号功率损耗等高线，以实现用测量信号功率为基础的定位技术。移动台以足够高的精度告知基站其发射信号的功率，信号强度指示器RSSI 10再由接收到的信号功率计算出信号传输过程中的损耗，进而推算出移动台到基站的距离估计值。定位信息处理器12对信号强度指示器RSSI 10输出的测距信息、测角***11输出的AOA测量信息及测距单元9的TOA距离信息进行综合计算。定位信息处理器12的处理流程是：取RSSI测距信息和TOA测距信息的平均作为移动台至基站的路径距离值，然后结合移动台AOA信息得出的位置方向进行简单的运算就得出了移动台的具***置信息。最终，移动台的具***置信息通过定位结果信息显示模块13直观的显示出来。

一种单基站无线定位装置，用于对移动台进行无线定位，其选用各模块型号可为：射频天线模块1采用英国Antenova公司的GPS RADIONOVA射频天线模块，乘法器3采用ADI公司的AD834型号或Motorola公司的MC1495型号的乘法器，自动增益控制电路AGC 4采用美国ADI公司的AD603器件，信号解调器5和自动频率控制电路AFC 6采用一块摩托罗拉公司的MC145162型号集成芯片实现，载波信号发生器7采用安捷伦公司的N9310A信号发生器，互相关器8采用TMC2032型号相关器，测距单元9采用意大利INFRA微波雷达测速/测距传感器，测角***11采用约克仪器公司的Schaevitz系列角传感器/测角***，信号强度指示器10采用ADI公司的AD8309器件，定位信息处理器12采用CS6079计算芯片，定位结果信息显示模块13采用洪泰显示科技有限公司的HTG9626A型号LCD。

如图2所示本实用新型装置中的LNA 2电路，包括电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7、电感L1，L2，L3，L4，L5，L6、电容C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10及三个NPN型三极管NPN1，NPN2，NPN3。所述电路中的电容C1～C7的一端，R5，R7的一端及NPN1，NPN3的射端接地。所述LNA 2为以有源电感为负载的级联型低噪声放大器，为两级级联电路。NPN1，R1～R3，C1～C8，L1～L4组成所述LNA2的第一级电路，用于对噪声和高阶谐波分量的抑制，NPN2，NPN3，R4～R7，C9～C10，L5～L6构成第二级电路，用于对信号的电平放大。

综上所述，本实用新型使用单个基站从接收到的无线电波信号中定位出移动台的精确位置，是一种高精度实用化定位技术。所述装置结构简单，适用于各种定位环境，具有成本低、能耗低及定位精度相当高的优点，可以使定位业务得到更为广泛的应用。

Claims (4)

1、一种单基站无线定位装置，其包括射频天线模块(1)，宽带低噪声放大器(2)，乘法器(3)，自动增益控制电路(4)，信号解调器(5)，自动频率控制器(6)，载波信号发生器(7)，互相关器(8)，测距单元(9)，信号强度指示器(10)，测角***(11)，定位信息处理器(12)及定位结果信息显示模块(13)。其特征在于上述各部分共同连成一个处理***：所述射频天线模块(1)接收连接在所述宽带低噪声放大器LNA(Low Noise Amplifier)(2)的输入端，所述射频天线(1)接收也同时连接至测角***(11)的输入端。LNA(2)的输出连接至乘法器(3)的第一输入端，载波信号发生器(7)连接在所述乘法器(3)的第二输入端。所述乘法器(3)的输出端连接至自动增益控制电路AGC(Automatic Gain Control)(4)的输入端。所述AGC(4)的第一输出端连接在信号强度指示器RSSI(Received Signal StrengthIndication)(10)的输入端，所述AGC(4)的第二输出端连接至信号解调器(5)的输入端。所述信号解调器(5)的第一输出端连接在自动频率控制电路AFC(Automatic FrequencyControl)(6)的输入端，信号解调器(5)的第二输出端连接至互相关器(8)。所述AFC(6)的输出端连接至载波信号发生器(7)的输入端。互相关器(8)的输出端连接测距单元(9)的输入端，所述测距单元(9)也称为TOA(Time Of Arrival)测距单元。所述定位信息处理器(12)有三个输入端，依次连接RSSI(10)的输出端，测距单元(9)的输出端及测角***(11)的输出端。所述定位信息处理器(12)的输出端连接至定位结果信息显示模块(13)的输入端。

2、如权利要求1所述的单基站无线定位装置，其特征在于：从接收到的达到基站的无线电波信号中定位出移动终端的精确位置，结合测量的电波到达角AOA(Angle Of Arrival)、接收信号的功率及电波到达时间TOA，实现移动台的精确定位。

3、如权利要求1所述的单基站无线定位装置，其特征在于：所述装置中的LNA(2)为以有源电感为负载的级联型低噪声放大器，为两级级联电路。所述LNA(2)电路包括电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7、电感L1，L2，L3，L4，L5，L6、电容C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10及三个NPN型三极管NPN1，NPN2，NPN3。其中电容C1～C7的一端，R5，R7的一端及NPN1，NPN3的射端接地。NPN1，R1～R3，C1～C8，L1～L4组成所述LNA(2)的第一级电路，用于对噪声和高阶谐波分量的抑制，NPN2，NPN3，R4～R7，C9～C10，L5～L6构成第二级电路，用于对信号的电平放大。

4、一种单基站无线定位装置，所述装置安装于一个基站的通信接收***中，用来对移动台进行无线定位，其特征在于：射频天线模块(1)采用英国Antenova公司的GPS RADIONOVA射频天线模块，乘法器(3)采用ADI公司的AD834型号或Motorola公司的MC1495型号的乘法器，自动增益控制电路AGC(4)采用美国ADI公司的AD603器件，信号解调器(5)和自动频率控制电路AFC(6)采用一块摩托罗拉公司的MC145162型号集成芯片实现，载波信号发生器(7)采用安捷伦公司的N9310A信号发生器，互相关器(8)采用TMC2032型号相关器，测距单元(9)采用意大利INFRA微波雷达测速/测距传感器，测角***(11)采用约克仪器公司的Schaevitz系列角传感器/测角***，信号强度指示器(10)采用ADI公司的AD8309器件，定位信息处理器(12)采用CS6079计算芯片，定位结果信息显示模块(13)采用洪泰显示科技有限公司的HTG9626A型号LCD。

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