专利名称：一种基于反馈射频损耗估计距离的定位方法及基站的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频识别领域，特别涉及一种基于反馈射频损耗距离估计的定位方法
及基站。
背景技术：
随着物联网的发展，物联网定位开始得到广泛的关注和应用。现有的物联网定位技术中，往往采用射频识别技术(Radio Frequency Identification,简称RFID)进行定位。专利号201010134769.4提出的基于RSSI的无线传感器网络的定位方法，根据待测点与锚节点的RSSI (Received Signal Strength Indication,接收信号强度)获得两者之间的距离信息。锚节点通过发送固定的功率以及接收待测点反馈的功率，根据传播损耗计算待测点相应的距离。但是，当距离小时待测点距离的微小变化就导致损耗的较大变化，而当距离较远时传播损耗对距离的变化不敏感了，同时，远距离的无阻挡直视看见的传播损耗和近距离的有阻挡如墙壁等传播损耗相等或接近时，会产生很大的误差，而在实际工程中，待测节点和锚节点不可能都在直视环境，因阻挡折射，反射等造成的多径衰减损耗等。故采用该技术方案进行定位的精确度不高，误差较大，实用性不强。
发明内容
本发明实施例第一目的在于提供一种基于反馈射频损耗估计距离的定位方法，采用本技术方案可以根据反馈的射频损耗估计移动标签的距离，自适应调节射频发送功率，提高定位的精准性，减少误差。本发明实施例第二目的在于提供一种基站，采用本技术方案可以根据反馈的射频损耗估计移动标签的距离，自适应调节射频发送功率，提高定位的精准性，减少误差。第一方面，本发明提供一种基于反馈射频损耗估计距离的定位方法，包括:基站向移动标签发送载波，并接收所述移动标签反馈的数据包；其中，所述数据包包含信息:所述移动标签的身份标识、所述移动标签发送所述数据包时使用的发送功率、所述移动标签接收所述载波时的接收信号强度；所述基站根据所述载波的发送功率、以及所述数据包中包含的所述移动标签接收所述载波时的接收信号强度，计算所述基站与所述移动标签之间的第一射频传播损耗；所述基站根据所述第一射频传播损耗，查询所述载波的发送功率对应的传播损耗映射表，所述传播损耗映射表为:所述基站与所述移动标签之间的传播损耗、与所述载波的有效覆盖距尚之间的映射关系表；如果所述第一射频传播损耗高于所述传播损耗映射表的传播损耗上限、或者低于所述传播损耗映射表的传播损耗下限，则所述基站减小所述载波的发送功率，再次向所述移动标签发送所述载波，返回步骤:接收所述移动标签反馈的数据包；
如果所述第一射频传播损耗低于所述传播损耗映射表的传播损耗上限、以及高于所述传播损耗映射表的传播损耗下限，则基站根据所述移动标签发送所述数据包时的发送功率、与所述基站接收所述数据包时的接收信号强度，计算所述基站与所述移动标签之间的第二射频传播损耗；根据所述第二射频传播损耗的值、以及所述传播损耗映射表中的数据，采用线性差值法，计算出所述基站与所述移动标签之间的距离，以确定所述移动标签的位置。结合第一方面，在第一种实现方式下，在所述计算出所述基站与所述移动标签的距离，以确定所述移动标签的位置之后，还包括:所述基站向定位系统发送定位消息，其中，所述定位消息包括:所述基站的身份标识、所述移动标签的身份标识、所述基站与所述移动标签之间的距离、以及时间信息，以供所述定位系统根据至少三个具有相同所述移动标签的身份标识、以及具有不同所述基站的身份标识的所述定位消息，计算获得所述移动标签当前相对于至少三个所述基站之间的平面坐标。第二方面，本发明提供一种基站，包括:射频收发器，用于向移动标签发送载波，并接收所述移动标签反馈的数据包；其中，所述数据包包含信息:所述移动标签的身份标识、所述移动标签发送所述数据包时使用的发送功率、所述移动标签接收所述载波时的接收信号强度；计算器，用于根据所述载波的发送功率、以及所述数据包中包含的所述移动标签接收所述载波时的接收信号强度，计算所述基站与所述移动标签之间的第一射频传播损耗，以及用于在查询确定器查询传播损耗映射表，确定所述第一射频传播损耗低于所述传播损耗映射表的传播损耗上限、以及高于所述传播损耗映射表的传播损耗下限时，根据所述移动标签发送所述数据包时的发送功率、与所述基站接收所述数据包时的接收信号强度，计算所述基站与所述移动标签之间的第二射频传播损耗，以及用于根据所述第二射频传播损耗的值、以及所述传播损耗映射表中的数据，采用线性差值法，计算出所述基站与所述移动标签之间的距离，以确定所述移动标签的位置；其中，所述传播损耗映射表为:所述基站与所述移动标签之间的传播损耗、与所述载波的有效覆盖距离之间的映射关系表；所述查询确定器，用于根据所述第一射频传播损耗，查询所述载波的发送功率对应的传播损耗映射表，确定所述第一射频传播损耗是否在所述损耗映射表中传播损耗上限与下限之内；所述射频收发器还用于:在所述查询确定器确定所述第一射频传播损耗高于所述传播损耗映射表的传播损耗上限、或者低于所述传播损耗映射表的传播损耗下限时，减小所述载波的发送功率，再次向所述移动标签发送所述载波。结合第二方面，在第一种实现方式下，所述射频收发器还用于:向定位系统发送定位消息，其中，所述定位消息包括:所述基站的身份标识、所述移动标签的身份标识、所述基站与所述移动标签之间的距离、以及时间信息，以供所述定位系统根据至少三个具有相同所述移动标签的身份标识、以及具有不同所述基站的身份标识的所述定位消息，计算获得所述移动标签当前相对于至少三个所述基站之间的平面坐标。由上可见，相比于现有技术中采用固定的发送功率，根据基站与移动标签之间的射频传播损耗确定距离，由于射频传播损耗与传播距离并非线性关系，确定的距离准确度不高，存在较大的误差。而采用本发明技术方案，基站向移动标签发送载波，根据移动标签反馈的数据包，计算第一射频传播损耗，并查询传播损耗映射表，确定该移动标签是否在该发送功率下的有效覆盖范围内。如果不是，则根据减少载波的发送功率，再次发送载波，并重新接收反馈的数据包，直到确定该移动标签在该发送功率下的有效覆盖范围内。然后基站根据该数据包包含的该移动标签发送该数据包时的发送功率、以及该基站接收该数据包时的接收信号强度，计算基站与移动标签之间的第二射频传播损耗。基站根据第二射频传播损耗的值、以及传播损耗映射表中的数据，采用线性差值法，计算出基站与移动标签之间的距离，以确定移动标签的位置。 虽然射频传播损耗与传播距离并非线性关系，但是，在一定范围的传播距离内，射频传播损耗与传播距离能近似为线性。由于传播损耗等于发送功率减去接收信号强度，本发明技术方案根据反馈的射频损耗，调节载波的射频发送功率，从而调节射频传播损耗与传播距离之间的关系，不同的距离采用不同的发送功率，将两者的函数关系由非线性关系转化为分散线性关系，使得在不同的区间内，射频传播损耗与传播距离都呈线性关系，再采用线性差值法计算基站与移动标签的距离，能提高定位的精确度，减少误差。进一步的，基站将自身身份标识、移动标签标识、时间信息以及两者之间的距离信息发送给定位系统，定位系统通过至少三个基站关于同一移动标签标识的距离信息，确定该移动标签当前与该至少三个基站之间的平面坐标，进一步提高定位的准确性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例1提供的一种基于反馈射频损耗估计距离的定位方法的流程示意图；图2为本发明实施例2提供的一种基站的结构示意图。
具体实施例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1:参见图1，本实施例提供了一种基于反馈射频损耗估计距离的定位方法，适用于物联网的目标位置管理。譬如室内定位，无法使用卫星定位进行目标位置管理的行业应用，如物流，监狱，俱乐部，敬老院，大型厂矿企业等。其主要步骤及原理如下:步骤101:基站向移动标签发送载波。在本实施例中，基站默认的以最大发送功率向移动标签发送载波。基站的射频发送器与射频接收器同时工作，但频道错开。在保证5Mhz以上的频率隔离基础上，微功率基站可使用的发送频点为Fi (i=l，2，3,4, 5，6)，接收频点为Fij(i=l，2，3，4，5, 6 ；j=l, 2，3，4，5....12)，每个发送频点对应12个接收频点，一旦发送频点确定，就不再更改，但接收频点会在12频点间通过一定规则实现跳频。微功率基站采用6个发送频点可以确保，任何空间上相邻的微功率基站都可以使用不同的频点，避免同频干扰。在本实施例中，基站可以但不限于为微功率基站。步骤102:接收该移动标签反馈的数据包。在本实施例中，移动标签在移动之前，可以进入静默状态，不发送任何射频信号，仅仅当检测到自身的运动才启动载波侦测，只有在侦测到微功率基站存在时，才会发送射频信号到微功率基站。具体步骤为:标签上电初始化时，一旦检测到移动标签的运动，就开始分别侦测Fi(i=l，2，3，4，5，6)，侦测间 隔为I秒，侦测持续时间为I毫秒。移动标签侦测不到任何频点时，表示移动标签不在基站覆盖范围内，标签就再次进入休眠，等待标签定时唤醒，再次检测标签是否运动。该移动标签进入静默状态能避免移动标签持续发送射频信号或者持续接收射频信号，避免电池过早耗尽，提高移动标签的工作寿命。移动标签在接收该载波后，会反馈一数据包给基站，该数据包包含信息有:该移动标签的身份标识、该移动标签发送所述数据包时使用的发送功率、该移动标签接收该载波时的接收信号强度。在本实施例中，该载波中包含该基站允许使用的接收频点的点Fij的跳频规则。移动标签通过跳频机制可以保证多个标签在和微功率基站交互时不发生干扰，也增加安全性，有效防止窃听和篡改标签信息。步骤103:基站根据该载波的发送功率、以及数据包中包含的该移动标签接收载波时的接收信号强度，计算基站与移动标签之间的第一射频传播损耗。在本实施例中，由于无线信号在自由空间下的传播损耗公式为:Los=32.44+201g(d)+201g (f)，其中，Pout - Pin=Los,因此 Pout-Pin=32.44+201g(d)+201g(f)。公式中字母代表含义为:d传播距离单位公里f---无线信号频率单位MhzLos传播损耗单位dBPout---发送功率单位dBmPin接收信号强度单位dBm在本实施例中，基站根据该公式、以及载波的发送功率、以及数据包中包含的该移动标签接收载波时的接收信号强度，计算出所述基站与所述移动标签之间的第一射频传播损耗。
步骤104:基站根据该第一射频传播损耗，查询该载波的发送功率对应的传播损耗映射表。在本实施例中，该传播损耗映射表为:基站与移动标签的传播损耗与所述载波的有效覆盖距尚之间的映射关系表。作为本实施例的举例，以下表格为其中一种形式:表一:基站发送射频功率_20dBm，最大有效覆盖范围为半径5米。
权利要求
1.一种基于反馈射频损耗估计距离的定位方法，其特征在于，包括: 基站向移动标签发送载波，并接收所述移动标签反馈的数据包； 其中，所述数据包包含信息:所述移动标签的身份标识、所述移动标签发送所述数据包时使用的发送功率、所述移动标签接收所述载波时的接收信号强度； 所述基站根据所述载波的发送功率、以及所述数据包中包含的所述移动标签接收所述载波时的接收信号强度，计算所述基站与所述移动标签之间的第一射频传播损耗； 所述基站根据所述第一射频传播损耗，查询所述载波的发送功率对应的传播损耗映射表，所述传播损耗映射表为:所述基站与所述移动标签之间的传播损耗、与所述载波的有效覆盖距尚之间的映射关系表； 如果所述第一射频传播损耗高于所述传播损耗映射表的传播损耗上限、或者低于所述传播损耗映射表的传播损耗下限， 则所述基站减小所述载波的发送功率，再次向所述移动标签发送所述载波，返回步骤:接收所述移动标签反馈的数据包； 如果所述第一射频传播损耗低于所述传播损耗映射表的传播损耗上限、以及高于所述传播损耗映射表的传播损耗下限， 则基站根据所述移动标签发送所述数据包时的发送功率、与所述基站接收所述数据包时的接收信号强度，计算所述基站与所述移动标签之间的第二射频传播损耗； 根据所述第二射频传播损耗的值、以及所述传播损耗映射表中的数据，采用线性差值法，计算出所述基站与所述移动标签之间的距离，以确定所述移动标签的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 在所述计算出所述基站与所述移动标签的距离，以确定所述移动标签的位置之后，还包括: 所述基站向定位系统发送定位消息，其中，所述定位消息包括:所述基站的身份标识、所述移动标签的身份标识、所述基站与所述移动标签之间的距离、以及时间信息， 以供所述定位系统根据至少三个具有相同所述移动标签的身份标识、以及具有不同所述基站的身份标识的所述定位消息，计算获得所述移动标签当前相对于至少三个所述基站之间的平面坐标。
3.一种基站，其特征在于，包括: 射频收发器，用于向移动标签发送载波，并接收所述移动标签反馈的数据包； 其中，所述数据包包含信息:所述移动标签的身份标识、所述移动标签发送所述数据包时使用的发送功率、所述移动标签接收所述载波时的接收信号强度； 计算器，用于根据所述载波的发送功率、以及所述数据包中包含的所述移动标签接收所述载波时的接收信号强度，计算所述基站与所述移动标签之间的第一射频传播损耗， 以及用于在查询确定器查询传播损耗映射表，确定所述第一射频传播损耗低于所述传播损耗映射表的传播损耗上限、以及高于所述传播损耗映射表的传播损耗下限时，根据所述移动标签发送所述数据包时的发送功率、与所述基站接收所述数据包时的接收信号强度，计算所述基站与所述移动标签之间的第二射频传播损耗， 以及用于根据所述第二射频传播损耗的值、以及所述传播损耗映射表中的数据，采用线性差值法，计算出所述基站与所述移动标签之间的距离，以确定所述移动标签的位置；其中，所述传播损耗映射表为:所述基站与所述移动标签之间的传播损耗、与所述载波的有效覆盖距离之间的映射关系表； 所述查询确定器，用于根据所述第一射频传播损耗，查询所述载波的发送功率对应的传播损耗映射表，确定所述第一射频传播损耗是否在所述损耗映射表中传播损耗上限与下限之内； 所述射频收发器还用于:在所述查询确定器确定所述第一射频传播损耗高于所述传播损耗映射表的传播损耗上限、或者低于所述传播损耗映射表的传播损耗下限时，减小所述载波的发送功率，再次向所述移动标签发送所述载波。
4.根据权利要求3所述的基站，其特征在于， 所述射频收发器还用于:向定位系统发送定位消息，其中，所述定位消息包括:所述基站的身份标识、所述移动标签的身份标识、所述基站与所述移动标签之间的距离、以及时间信息，以供所述定位系统根据至少三个具有相同所述移动标签的身份标识、以及具有不同所述基站的身份标识的所述定位消息，计算获得所述移动标签当前相对于至少三个所述基站之间的平面坐标。`
全文摘要
本发明涉及射频识别领域，公开了一种基于反馈射频损耗估计距离的定位方法及基站。该方法包括基站向移动标签发送载波，并接收反馈的数据包；根据数据包中数据，计算基站与移动标签之间的第一射频传播损耗；查询该载波的发送功率对应的传播损耗映射表，如果第一射频传播损耗不在该传播损耗映射表内，则减小载波的发送功率，再次向移动标签发送载波，返回步骤接收移动标签反馈的数据包；否则，根据数据包中数据、基站的接收信号强度，计算第二射频传播损耗；结合传播损耗映射表中的数据，采用线性差值法，计算出两者之间的距离。采用本技术方案可以根据反馈的射频损耗估计距离，自适应调节射频发送功率，提高定位的精准性，减少误差。
文档编号H04W64/00GK103167608SQ20131009844
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者魏中海 申请人:广州数通科技有限公司