[发明专利]无基站室内定位系统

摘要

本发明的特点主要体现在：①借助电力线在建筑体内广泛布设的优势，无需无线基站，降低工程投资；②利用电力线信道特点，引入信号指纹识别技术；③采用准实时反馈机制可有效克服电力线的时变性痼疾；④技术简单，产品设计和制造成本都相应降低。本发明有助于破解传统定位技术在室内应用之困局。

主权项

1.一种基于电力线信号指纹信息的无基站室内定位系统，其特征在于：移动终端(130)可利用接收到的辐射自电力线(120)的定位辅助信号的特征参量，称为信号指纹信息，与信号指纹数据库(170)存储的先前获取并存储的信号指纹信息，称为存档数据，进行相似性比对来实现空间定位；系统可通过沿电力线布设的固定感应装置(140)按一定频度反馈的信息来准实时调整信号指纹数据库(170)中的存档数据，以应对电力线(120)信道特性的时变性；本系统包括如下组成单元：1)电力线(120)，特指位于同一380V低压变压器用户线侧的所有电力线，其室内部分一般布设在室内区域的周边墙体中或墙体表面；2)辅助信号发生器(110)，该单元生成定位辅助信号和其它辅助信息，通过电磁耦合电路将这些信息耦合至电力线上；前述定位辅助信号含有用于定位的信号指纹信息；该信号指纹信息包含以下部分信号特征参量或它们的统计特性信息：场强信息、功率信息、频率信息、相位信息、波形信息、时长信息；3)移动终端(130)，该单元在电力线(120)附近接收从周边电力线(120)辐射出来的无线信号，提取无线信号中源自辅助信号发生器(110)的定位辅助信号的信号指纹信息；该单元(130)将提取的信号指纹信息连同自身的身份识别信息通过上报链路传送到处理与控制单元(160)，用于本系统对该单元(130)进行空间定位操作；4)处理与控制单元(160)，该单元执行其内部存储的软件程序，管理和协调移动终端(130)和固定感应装置(140)向处理与控制单元(160)的信息上报过程和所需资源，检测移动终端(130)和固定感应装置(140)的上报信息；该单元(160)将移动终端(130)上报的信号指纹信息与信号指纹数据库(170)中的存档数据进行相似性比对，用相似性最优的比对结果索查实时位置信息，实现对本系统所管理的移动终端(130)的定位操作；该单元(160)接收并提取固定感应装置(140)上报的信号指纹信息的特征参量变化量，依此变化量按预先设定的规则调整信号指纹数据库(170)中存储的存档数据；5)信号指纹数据库(170)，该单元与处理与控制单元(160)集成在一起或近距离连接，由处理与控制单元(160)对其进行管理；在该单元(170)中存储本系统管理范围内对应每一参考场点和每一固定感应装置(140)配置点的信号指纹信息的存档数据以及与其绑定存储的位置坐标；所述参考场点是在系统管理区域内的一组依据系统定位精度按几何规则选定的场点，该场点周边一定范围内的各场点的信号指纹信息都用该参考场点的信号指纹信息表征，参考场点所表征的全部场点完全覆盖且只覆盖本系统所管理的区域；6)固定感应装置(140)，该单元布设在本系统所管理的区域内电力线(120)沿线每一个子区域中一个固定场点，在处理与控制单元(160)或在信号指纹数据库(170)中预先存储该单元(140)所在位置信息与其身份识别信息的对应关系信息；该单元(140)从电力线(120)按一定频度提取信号指纹信息，将其传送给处理与控制单元(160)供其准实时调整信号指纹数据库(170)中部分参考场点的存档数据的数值，这部分参考场点与本固定感应装置(140)处在同一子区域内；子区域的划分规则为：该子区域内通过辐射影响子区域所属各参考场点电磁场的电力线分布情况和无线信号多径传播环境相近；划分子区域的数量多少要适宜，既要足够多以满足全部子区域可不重叠地完全覆盖本系统所管理的室内区域，又不要因过多而增加系统配置成本和影响定位效率；7)链路A(15A)，由链路媒介A(151)与链路终端A1(1511)、链路终端A2(1512)组成，用做移动终端(130)与处理与控制单元(160)之间信息传输；链路媒介A(151)包括无线电传输媒介或导线；链路A(15A)也代表其链接一个或多个与其组成相似的链路所形成的一条与其作用相同的传输链路，所述链接的媒介包括如下媒介之一：无线电传输媒介、电力线、电缆、光缆；8)链路B(15B)，由链路媒介B(152)与链路终端B1(1521)、链路终端B2(1522)组成，用做固定感应装置(140)与处理与控制单元(160)之间的信息传输链路；链路媒介B(152)包括电力线或无线电传输媒介；链路B(15B)也代表其链接一个或多个与其组成相似的链路所形成的一条与其作用相同的传输链路，所述链接的媒介包括如下媒介之一：无线电传输媒介、电力线、电缆、光缆；辅助信号发生器(110)通过电磁耦合电路与电力线(120)相连接；移动终端(130)通过空气媒介，即无线信道从电力线(120)接收定位辅助信号；移动终端(130)经链路A(15A)与处理与控制单元(160)相连接；固定感应装置(140)或经电磁耦合电路从电力线(120)接收定位辅助信号，或与移动终端(130)一样经空气媒介，即无线信道从电力线(120)接收定位辅助信号；固定感应装置(140)经链路B(15B)与处理与控制单元(160)相连接；处理与控制单元(160)则与信号指纹数据库(170)近距离连接或集成在一起；本系统各组成部分在系统实施定位操作的过程中的相互作用与配合关系是：辅助信号发生器(110)周期性地将定位辅助信号耦合到电力线(120)上，该信号通过电力线(120)传导并辐射到电力线(120)沿线附近区域；在本系统管理区域内电力线(120)沿线附近区域内活动的移动终端(130)接收自其周边电力线(120)辐射出的无线信号，从中提取源自辅助信号发生器(110)的定位辅助信号的信号指纹信息，将该信号指纹信息与本移动终端(130)的身份识别信息一同经由链路A(15A)传给处理与控制单元(160)；处理与控制单元(160)将接收并提取的移动终端(130)即时信号指纹信息与信号指纹数据库(170)中存储的信号指纹存档数据进行比对，依据相似性最优的信号指纹存档数据查找与该存档数据绑定存储的位置坐标，将之作为当前位置坐标赋予与信号指纹信息一同获取的身份识别信息所对应的移动终端(130)；固定感应装置(140)按一定频度从电力线接收并提取辅助信号发生器(110)发出的定位辅助信号的信号指纹信息，连同本固定感应装置(140)位置坐标信息经由链路B(15B)传给处理与控制单元(160)，供其依据该位置坐标信息索查到该固定感应装置(140)对应之存档数据，并根据前述实时获取的指纹信息特征参量与存档数据中特征参量的变化量，按预先设定的调整规则去调整信号指纹数据库(170)中对应该固定感应装置(140)所在子区域内各场点的存档数据之特征参量；同时，用新获取的信号指纹数据替代对应固定感应装置(140)的原存档数据。