一种物联网无线电干扰源测量系统及其方法与流程

本发明一般地涉及无线电监测技术，并且更特别地，涉及一种物联网无线电干扰源测量系统及其方法。

背景技术：

物联网飞速发展，而物联网无线系统绝大部分使用公共频段，而设备的密集应用以及电磁环境污染的加剧，进一步使得物联网的完整部署与有效运行难度增加，在很多场合，特别是密集市区和厂区，有效识别干扰源强度并定位干扰方位，需要一个简洁的新方案。

公众物联网使用较多的2.4g频段和433m频段，此外，如电力专网使用230m频段等等。通常，现有方法多通过多点布置的全向天线，提取rssi接收机信号强度，再进行综合判定，成本高且费时；还有利用单个定向天线判定来波方向，速度慢，且精度差，对干扰源的位置定位模糊。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明通过一种物联网无线电干扰源测量装置及其方法，解决现有技术无法同时实现在成本较低的条件下快速精确确定无线电干扰源的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种物联网无线电干扰源测量装置，其特征在于，包括：

电机驱动三角体旋转模块，所述模块包括一个台面水平的直流电机，一个由三面大小相同的定向天线相互呈60度设置而构成的正三棱柱状旋转单元，一个旋转轴，一个减速齿轮和一个轴承，所述旋转轴设置在所述旋转单元一端并沿三棱柱中轴线方向上，所述电机的主轴通过所述减速齿轮和所述轴承连接所述旋转轴驱动其水平旋转，所述旋转单元用于大范围获取干扰信号；

运行模块，用于控制电机驱动三角体旋转模块并结合分析处理所述电机驱动三角体旋转模块测量所得的信号，包括：

实时时钟单元，用于为装置其他单元提供高精度的时间基准及实现定时功能，

3d磁方向采集单元，用于采集当前信号在地磁场x、y和z方向的磁场分量hx、hy和hz，

无线干扰信号获取单元，用于确定旋转单元获取的当前干扰信号的rssi值，并从实时时钟单元获得当前时标，将该rssi值与时标结合，

mcu单元，用于读取、存储和处理无线干扰信号获取单元和3d磁方向采集单元所得到信息，先判断出当前最大信号强度干扰源，通过该干扰源的磁场分量(h’x,h’y)得到本装置绝对水平位置(x,y),以及通过β＝arctan(h’y/h’x)计算得到当前最大信号强度干扰源和地磁场的水平夹角β，其中(h’x,h’y)＝(x,y)；

所述电机驱动三角体旋转模块和所述运行模块通过有线或无线方式连接。

进一步地，所述运行模块还包括红外遥控单元，用于实现外部指令通过红外线控制电机驱动三角体旋转模块的旋转模式。

进一步地，所述运行模块还包括液晶显示单元，用于通过其所含有的液晶显示器实时显示无线干扰信号获取单元所获取的信息。

本发明的另一目的是提供一种物联网无线电干扰源定位测量系统，其特征在于，包括至少两个上述测量装置以及一个总控制器，所述总控制器汇总各个装置中mcu单元得到的装置绝对水平位置及其最大信号强度干扰源和地磁场的水平夹角来最终确定干扰源的位置；系统中各个装置通过有线或无线的方式连接至总控制器，其中优选无线连接。

如无特别说明，本发明中所述的信号强度指的是rssi值。

本发明的另一目的是提供一种基于物联网无线电干扰源定位测量系统的无线电干扰源定位测量方法，其特征在于，包括：

(1)启动系统中无线电干扰源定位测量装置i的电机使其驱动装置的旋转单元水平旋转，以大范围获取干扰信号，其中i为该装置在系统中的序号；

(2)调节系统中无线电干扰源定位测量装置i的实时时钟单元的时间基准使各个装置的时标统一；

(3)系统中无线电干扰源定位测量装置i分别通过其3d磁方向采集单元采集当前信号在地磁场x、y和z方向的磁场分量hx、hy和hz；

(4)系统中无线电干扰源定位测量装置i分别通过其无线干扰信号获取单元确定从旋转单元获取的当前干扰信号的rssi值，并从实时时钟单元获得当前时标，将该rssi值与时标结合；

(5)系统中无线电干扰源定位测量装置i分别通过其mcu单元读取和处理无线干扰信号获取单元和3d磁方向采集单元所得到信息，先判断出装置i的当前最大信号强度干扰源，通过该干扰源的磁场分量(h’xi,h’yi)得到装置i的绝对水平位置(xi,yi),以及通过βi＝arctan(h’yi/h’xi)计算得到装置i的当前最大信号强度干扰源和地磁场的水平夹角βi，其中(h’yi,h’xi)＝(xi,yi)；

(6)总控制器分别收集无线电干扰源定位测量装置i的绝对水平位置(xi,yi)及其最大信号强度干扰源和地磁场的水平夹角βi，并利用下组式计算得到最大信号强度干扰源位置(x,y):

y＝tanβnx+(yn-tanβnxn),

y＝tanβmx+(ym-tanβmxm),

其中，n∈i,m∈i，n≠m。

进一步地，所述水平旋转是以旋转轴为中心以15转每分钟的速率旋转。

进一步地，所述rssi值是无线干扰信号获取单元按照大于等于10hz的频率侦查和获取干扰信号的5次原始rssi值后取平均值计算所得。

本发明所述的系统和方法与现有技术相比的优点在于，系统中装置体积小，成本低，功耗低；系统中多个装置可进行同步测量，测量方法快速简单；并且本发明的系统误差能够限定在±3°之间，满足测量精度要求，便于快速定位干扰源位置，由其适用于工厂等设备密集区域的干扰源测量定位。

附图说明

图1是根据本发明公开的物联网无线电干扰源测量装置一个实施例的一种示例性的结构图；

图2是根据本发明公开的物联网无线电干扰源测量装置另一个实施例的一种示例性的结构图；

图3是根据本发明公开的基于物联网无线电干扰源定位测量系统一个实施例的一种示例性的结构图；

图4是根据本发明公开的的无线电干扰源定位测量方法一个实施例中最后一步的示意图；

图5是是根据本发明公开的物联网无线电干扰源测量装置一个实施例中所述定向天线方向图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。所述参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能视为对本发明的限制。为了避免不必要地模糊所述实施例，本部分对一些本领域的公知技术，即对于本领域技术人员而言是显而易见的技术，未进行详细描述。

实施例1

如图1所示，一种物联网无线电干扰源测量装置100，其特征在于，包括：

电机驱动三角体旋转模块110，所述模块包括一个台面水平的直流电机111，一个由三面大小相同的定向天线112a、112b和112c相互呈60度设置而构成的正三棱柱状旋转单元112，一个旋转轴113，一个减速齿轮114和一个轴承115，所述旋转轴113设置在所述旋转单元112一端并沿三棱柱中轴线方向上，所述电机111的主轴通过所述减速齿轮114和所述轴承115连接所述旋转轴113驱动其水平旋转，所述旋转单元112用于大范围获取干扰信号；

运行模块120，用于控制电机驱动三角体旋转模块并结合分析处理所述电机驱动三角体旋转模块测量所得的信号，包括：

实时时钟单元121，用于为装置其他单元提供高精度的时间基准及实现定时功能，

3d磁方向采集单元122，用于采集当前信号在地磁场x、y和z方向的磁场分量hx、hy和hz，

无线干扰信号获取单元123，用于确定旋转单元获取的当前干扰信号的rssi值，并从实时时钟单元获得当前时标，将该rssi值与时标结合，

mcu单元124，用于读取、存储和处理无线干扰信号获取单元和3d磁方向采集单元所得到信息，先判断出当前最大信号强度干扰源，通过该干扰源的磁场分量(h’x,h’y)得到本装置绝对水平位置(x,y),以及通过β＝arctan(h’y/h’x)计算得到当前最大信号强度干扰源和地磁场的水平夹角β，其中(h’x,h’y)＝(x,y)；

所述电机驱动三角体旋转模块110和所述运行模块120通过有线方式连接。

实施例2

如图2所示，一种物联网无线电干扰源测量装置200，其特征在于，包括：

电机驱动三角体旋转模块210，所述模块包括一个台面水平的5v直流电机211，一个由三面大小相同的增益为10dbi的定向天线212a、212b和212c相互呈60度设置而构成的正三棱柱状旋转单元212，一个旋转轴213，一个减速齿轮214和一个轴承215，所述旋转轴213设置在所述旋转单元212一端并沿三棱柱中轴线方向上，所述电机211的主轴通过所述减速齿轮214和所述轴承215连接所述旋转轴213驱动其水平旋转，所述旋转单元212用于大范围获取干扰信号；

运行模块220，用于控制电机驱动三角体旋转模块并结合分析处理所述电机驱动三角体旋转模块测量所得的信号，包括：

实时时钟单元221，用于为装置其他单元提供高精度的时间基准及实现定时功能，

3d磁方向采集单元222，用于采集当前信号在地磁场x、y和z方向的磁场分量hx、hy和hz，本实施例的采集单元在每个测量方向均提供12位数据分辨率，可测量+/-150mt磁场范围内的场强，使得其具有0.098mt/位高精分辨率，

无线干扰信号获取单元223，用于确定旋转单元获取的当前干扰信号的rssi值，并从实时时钟单元获得当前时标，将该rssi值与时标结合，对于2.4g频段本实施例优选采用通用物联网芯片实现该单元，所述芯片具有-100至-30dbm的rssi自动测量范围，

mcu单元224，用于读取、存储和处理无线干扰信号获取单元和3d磁方向采集单元所得到信息，先判断出当前最大信号强度干扰源，通过该干扰源的磁场分量(h’x,h’y)得到本装置绝对水平位置(x,y),以及通过β＝arctan(h’y/h’x)计算得到当前最大信号强度干扰源和地磁场的水平夹角β，其中(h’x,h’y)＝(x,y)，

红外遥控单元225，用于实现外部指令通过红外线控制电机驱动三角体旋转模块的旋转模式，

液晶显示单元226，用于通过其所含有的液晶显示器实时显示无线干扰信号获取单元所获取的信息；

所述电机驱动三角体旋转模块210和所述运行模块220通过无线方式连接。

下面，结合一个具体物联网无线电干扰源定位测量系统实施例和基于其的无线电干扰源定位测量方法进一步解释本发明的意图。

一种物联网无线电干扰源定位测量系统1000，包括至少两个装置200:200a和200b，以及一个总控制器300，所述总控制器300汇总装置200a和200b中mcu单元判断得到的最大信号强度干扰源的水平来波方向及各个装置的绝对水平位置来最终确定干扰源的位置；系统中装置通过200a和200b无线的方式连接至总控制器300。

基于物联网无线电干扰源定位测量系统1000的无线电干扰源定位测量方法，其特征在于，包括：

(1)用红外遥控启动系统中无线电干扰源定位测量装置200a和200b的电机使其驱动装置的旋转单元360度15转每分钟水平旋转，以大范围获取干扰信号；

(2)调节系统中无线电干扰源定位测量装置200a和200b的实时时钟单元的时间基准使200a和200b装置的时标统一；

(3)系统中无线电干扰源定位测量装置200a和200b分别通过其3d磁方向采集当前信号在地磁场x、y和z方向的磁场分量hxa、hya、hza、hxb、hyb和hzb；

(4)系统中无线电干扰源定位测量装置200a和200b分别通过其无线干扰信号获取单元确定从旋转单元获取的当前干扰信号的rssi值，并从实时时钟单元获得当前时标，将该rssi值与时标结合,所述rssi值是无线干扰信号获取单元按照大于等于10hz的频率侦查和获取干扰信号的5次原始rssi值后取平均值计算所得；

(5)系统中无线电干扰源定位测量装置200a和200b分别通过其mcu单元读取和处理无线干扰信号获取单元和3d磁方向采集单元所得到信息，先分别判断出装置a和装置b的当前最大信号强度干扰源，通过对应干扰源的磁场分量(h’xa,h’ya)和(h’xb,h’yb)得到装置a的绝对水平位置(xa,ya)和装置b的绝对水平位置(xb,yb),以及通过βi＝arctan(h’yi/h’xi)计算得到装置a和装置b的当前最大信号强度干扰源和地磁场的水平夹角βa和βb，其中(h’yi,h’xi)＝(xi,yi)；

(6)总控制器收集无线电干扰源定位测量装置200a和200b分别得出的最大信号强度干扰源的来波方向以及装置200a和200b的绝对水平位置，并利用下组式计算得到最大信号强度干扰源位置(x,y):

y＝tanβax+(ya-tanβaxa),

y＝tanβbx+(yb-tanβbxb)。