單基站無線定位裝置的製作方法

2023-06-16 09:17:56

專利名稱：單基站無線定位裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線通信中的無線定位領域，特別是提供了一種單基站無線定位裝置。
背景技術：
無線定位技術在軍事和民用技術上已經得到了廣泛的應用。當前隨著數據業務和多媒體 業務的快速增加，人們對基於無線定位技術的新業務的需求日益增大，尤其在複雜的通信環 境，如機場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環境中，常常需要確定 移動終端或其持有者、設施與物品在室內的位置信息，這些都推動了對無線定位技術的深入 研究。同時，向用戶提供精確的定位信息已經成為新一代無線通信系統的標準業務之一，無 線定位技術也已經應用於緊急救援、汽車導航、智能交通、團隊管理等方面，參照眾多行業 的實際需求，無線定位技術和定位業務的發展前景將十分廣闊。
但是受定位時間、定位精度以及複雜室內環境等條件的限制，比較完善的定位技術目前 還無法很好地利用。許多定位技術解決方案，如超聲波定位技術、、射頻識別技術、超寬帶技 術、無線區域網路、光跟蹤定位技術、A-GPS (輔助全球定位系統)定位技術、藍牙技術及 紅外線技術等無線定位技術要在移動終端上增加新的硬體，這將對移動站的尺寸和成本帶來 不利的影響。利用現代移動通信系統的蜂窩網絡提供導航、位置信息是一種新的定位方式。 它由多個基站同時接收檢測移動如發出的信號，根據測量到的參數由網絡對移動臺進行定位 估計。它通過測量到達的一系列固定或移動基站攜帶的與移動臺位置信息有關的信號來確定 移動臺位置，可以提供物美價廉的定位業務。
然而，利用蜂窩通信網絡對移動臺進行無線定位時，現有的方法容易受到各種幹擾的影 響，還需要三個以上的基站才能實現定位，並在多數環境下定位誤差較大，定位精度不高而 且成本很高。
發明內容
本實用新型針對現有技術的不足，提出一種定位精度高，成本低廉的單基站無線定位裝 置。本實用新型利用接收信號的功率，電波到達時間和電波到達角等測量信息來實現移動臺 的精確定位，適用於各種定位環境，是一種高精度實用化定位技術。
本實用新型的技術方案是
一種單基站無線定位裝置，包括射頻天線模塊，寬帶低噪聲放大器，乘法器，自動增益 控制電路，信號解調器，自動頻率控制器，載波信號發生器，互相關器，測距單元，信號強度指示器，測角系統，定位信息處理器及定位結果信息顯示模塊。其特徵在於上述各部分共 同連成一個處理系統所述射頻天線模塊接收連接在所述寬帶低噪聲放大器LNA的輸入端， 所述射頻天線模塊接收也同時連接至測角系統的輸入端。LNA的輸出連接至乘法器的第一輸 入端，載波信號發生器連接在所述乘法器的第二輸入端。所述乘法器的輸出端連接至自動增 益控制電路AGC的輸入端。所述AGC的第一輸出端連接在信號強度指示器RSSI的輸入端， 所述AGC的第二輸出端連接至信號解調器的輸入端。所述信號解調器的第一輸出端連接在自 動頻率控制電路AFC的輸入端，信號解調器的第二輸出端連接至互相關器。所述AFC的輸 出端連接至載波信號發生器的輸入端。互相關器的輸出端連接測距單元的輸入端。所述定位 信息處理器有三個輸入端，依次連接RSSI的輸出端，TOA測距單元的輸出端及測角系統的 輸出端。所述定位信息處理器的輸出端連接至定位結果信息顯示模塊的輸入端。
所述射頻天線接收由移動臺發射過來的電波信號後將電波信號送'至寬帶LNA進行低噪 聲濾波。所述裝置中的用於濾波的LNA為以有源電感為負載的級聯型低噪聲放大器，為兩級 級聯電路，其包括電阻R1,R2,R3，R4，R5，R6,R7 、 電感L1,L2，L3，L4,L5,L6 、 電容 C1,C2，C3,C4,C5，C6,C7，C8,C9,C10及三個NPN型三極體NPN1，NPN2，NPN3 。其中電容C1 C7 的 一 端，R5，R7的 一 端及NPN1，NPN3的射端接地。所述LNA電路 NPN1,R1 R3,C1 C8，L1 L4組成所述LNA的第一級電路，用於對噪聲和高階諧波分量的抑 制，NPN2,NPN3， R4 R7， C9 C10， L5 L6構成第二級電路，用於對信號的電平放大。
同時，接收到的信號被送入所述測角系統由測角系統測量電波的到達角以指明移動臺的 位置方向。對於一個基站來講，測角系統的AOA測量可以得出特定移動臺所在方向。經過 LNA的電波信號與載波信號發生器產生的本地載波由乘法器進行相乘處理。然後，AGC測 量輸入信號解調器的信號電平，並且通過反饋控制電路把信號電平控制在要求的範同內。信 號解調器實現對AGC輸出信號的解調，解調後的信號一部分輸出至AFC對載波信號發生器 進行頻率控制，以自動調節載波信號發生器的工作狀態，使其輸出信號滿足相乘的要求。互 相關器對解調後的另一部分信號進行相關運算，以得到移動臺與本裝置的同步。信號經過互 相關器同步後，測距單元測得電波的到達時延，並進一步轉換為TOA距離信息。信號強度指 示器RSSI預先測量每個基站周圍的信號功率損耗等高線，以實現用測量信號功率為基礎的定 位技術。移動臺以足夠高的精度告知基站其發射信號的功率，信號強度指示器RSSI再由接收 到的信號功率計算出信號傳輸過程中的損耗，進而推算出移動臺到基站的距離估計值。定位 信息處理器對信號強度指示器RSSI輸出的測距信息、測角系統輸出的AOA測量信息及測距 單元的TOA距離信息進行綜合計算。定位信息處理器的處理流程是:取RSSI測距信息和TOA 測距信息的平均作為移動臺至基站的路徑距離值，然後結合移動臺AOA信息得出的位置方 向進行簡單的運算就得出了移動臺的具體位置信息。最終，移動臺的具體位置信息通過定位 結果信息顯示模塊直觀的顯示出來。
所述的單基站無線定位裝置從接收到的達到基站的無線電波信號中定位出移動終端的精確位置，結合測量的電波到達角、接收信號的功率及電波到達時間，實現移動臺的精確定位。
一種單基站無線定位裝置，所述裝置安裝於一個基站的通信接收系統中，用來對移動臺 進行無線定位，其特徵在於射頻天線模塊採用英國Antenova公司的GPSRADIONOVA射 頻天線模塊，乘法器採用ADI公司的AD834型號的乘法器或Motorola公司的MC1495型號 的乘法器，自動增益控制電路AGC採用美國ADI公司的AD603器件，信號解調器和自動頻 率控制電路AFC採用一塊摩託羅拉公司的MC145162型號集成晶片實現，載波信號發生器採 用安捷倫公司的N9310A信號發生器，互相關器採用TMC2032型號相關器，測距單元採用意 大利INFRA微波雷達測速/測距傳感器，測角系統採用約克儀器公司的Schaevitz系列角傳感 器/測角系統，信號強度指示器採用ADI公司的AD8309器件，定位信息處理器採用CS6079 計算晶片，定位結果信息顯示模塊採用洪泰顯示科技有限公司的HTG9626A型號LCD。
本實用新型與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出性特點和顯著優點所述裝置 使用單個基站就可以對移動臺進行定位，而且本實用新型解決了現有方案中使用多個基站進 行無線定位的缺陷，而且具有成本低廉、使用方便及定位精度高的優點。
本實用新型的有益效果是，結構簡單，能以較低的成本和較簡便的設備取得更好的定位 效果，可以使定位業務得到更為廣泛的應用。


圖1為本賣用新型的裝置結構圖2為本實用新型裝置中的LNA電路具體實施方式
以下結合附圖和優選實施例對本實用新型進一步說明
參見圖l， 一種單基站無線定位裝置，包括射頻天線模塊l，寬帶低噪聲放大器2，乘法 器3，自動增益控制電路4，信號解調器5，自動頻率控制器6，載波信號發生器7，互相關 器8，測距單元9，信號強度指示器IO，測角系統ll，定位信息處理器12及定位結果信息顯 示模塊13。其特徵在於上述各部分共同連成一個處理系統所述射頻天線模塊1接收連接在 所述寬帶低噪聲放大器LNA 2的輸入端，所述射頻天線1接收也同時連接至測角系統11的 輸入端。LNA2的輸出連接至乘法器3的第一輸入端，載波信號發生器7連接在所述乘法器 3的第二輸入端。所述乘法器3的輸出端連接至自動增益控制電路AGC4的輸入端。所述AGC 4的第一輸出端連接在信號強度指示器RSSI10的輸入端，所述AGC4的第二輸出端連接至 信號解調器5的輸入端。所述信號解調器5的第一輸出端連接在自動頻率控制電路AFC6的 輸入端，信號解調器5的第二輸出端連接至互相關器8。所述AFC 6的輸出端連接至載波信 號發生器7的輸入端。互相關器8的輸出端連接測距單元9的輸入端。所述定位信息處理器RSSI10的輸出端，測距單元9的輸出端及測角系統11的輸出端。 所述定位信息處理器12的輸出端連接至定位結果信息顯示模塊13的輸入端。
所述射頻天線1接收由移動臺發射過來的電波信號後將電波信號送至寬帶LNA2進行低 噪聲濾波。所述裝置中的用於濾波的LNA2為以有源電感為負載的級聯型低噪聲放大器，為 兩級級聯電路。同時，接收到的信號被送入所述測角系統ll測量電波的到達角以指明移動臺 的位置方向。經過LNA2的電波信號與載波信號發生器7產生的本地載波由乘法器3進行相 乘處理。然後，AGC4測量輸入信號解調器5的信號電平，並且通過反饋控制電路把信號電 平控制在要求的範同內。信號解調器5實現對AGC輸出信號的解調，解調後的信號一部分輸 出至AFC6對載波信號發生器進行頻率控制，以自動調節載波信號發生器7的工作狀態，使 其輸出信號滿足相乘的要求。互相關器8對解調後的另一部分信號進行相關運算，以得到移 動臺與本裝置的同步。信號經過互相關器8同步後，測距單元9測得電波的到達時延，並進 一步轉換為TOA距離信息。信號強度指示器RSSI10預先測量每個基站周圍的信號功率損耗 等高線，以實現用測量信號功率為基礎的定位技術。移動臺以足夠高的精度告知基站其發射 信號的功率，信號強度指示器RSSI 10再由接收到的信號功率計算出信號傳輸過程中的損耗， 進而推算出移動臺到基站的距離估計值。定位信息處理器12對信號強度指示器RSSI10輸出 的測距信息、測角系統11輸出的AOA測量信息及測距單元9的TOA距離信息進行綜合計 算。定位信息處理器12的處理流程是取RSSI測距信息和TOA測距信息的平均作為移動臺 至基站的路徑距離值，然後結合移動臺AOA信息得出的位置方向進行簡單的運算就得出了 移動臺的具體位置信息。最終，移動臺的具體位置信息通過定位結果信息顯示模塊13直觀的 顯示出來。
一種單基站無線定位裝置，用於對移動臺進行無線定位，其選用各模塊型號可為射頻 天線模塊1採用英國Antenova公司的GPS RADIONOVA射頻天線模塊，乘法器3採用ADI 公司的AD834型號或Motorola公司的MC1495型號的乘法器，自動增益控制電路AGC4採 用美國ADI公司的AD603器件，信號解調器5和自動頻率控制電路AFC 6採用一塊摩託羅 拉公司的MC145162型號集成晶片實現，載波信號發生器7採用安捷倫公司的N9310A信號 發生器，互相關器8採用TMC2032型號相關器，測距單元9採用義大利INFRA微波雷達測 速/測距傳感器，測角系統ll採用約克儀器公司的Schaevitz系列角傳感器/測角系統，信號強 度指示器10採用ADI公司的AD8309器件，定位信息處理器12採用CS6079計算晶片，定 位結果信息顯示模塊13採用洪泰顯示科技有限公司的HTG9626A型號LCD。
如圖2所示本實用新型裝置中的LNA2電路，包括電阻R1,R2，R3，R4,R5,R6， R7 、電感 L1，L2，L3,L4，L5，L6 、 電容C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9，C10及三個NPN型三極體 NPN1，NPN2，NPN3 。所述電路中的電容C1 C7的一端，R5，R7的一端及NPN1,NPN3的射端 接地。所述LNA 2為以有源電感為負載的級聯型低噪聲放大器，為兩級級聯電路。 NPN1，R1 R3,C1 C8,L1 L4組成所述LNA2的第一級電路，用於對噪聲和高階諧波分量的
7抑制，NPN2，NPN3， R4 R7， C9 C10， L5 L6構成第二級電路，用於對信號的電平放大。
綜上所述，本實用新型使用單個基站從接收到的無線電波信號中定位出移動臺的精確位 置，是一種高精度實用化定位技術。所述裝置結構簡單，適用於各種定位環境，具有成本低、 能耗低及定位精度相當高的優點，可以使定位業務得到更為廣泛的應用。
權利要求1、一種單基站無線定位裝置，其包括射頻天線模塊(1)，寬帶低噪聲放大器(2)，乘法器(3)，自動增益控制電路(4)，信號解調器(5)，自動頻率控制器(6)，載波信號發生器(7)，互相關器(8)，測距單元(9)，信號強度指示器(10)，測角系統(11)，定位信息處理器(12)及定位結果信息顯示模塊(13)。其特徵在於上述各部分共同連成一個處理系統所述射頻天線模塊(1)接收連接在所述寬帶低噪聲放大器LNA(Low Noise Amplifier)(2)的輸入端，所述射頻天線(1)接收也同時連接至測角系統(11)的輸入端。LNA(2)的輸出連接至乘法器(3)的第一輸入端，載波信號發生器(7)連接在所述乘法器(3)的第二輸入端。所述乘法器(3)的輸出端連接至自動增益控制電路AGC(Automatic Gain Control)(4)的輸入端。所述AGC(4)的第一輸出端連接在信號強度指示器RSSI(Received Signal StrengthIndication)(10)的輸入端，所述AGC(4)的第二輸出端連接至信號解調器(5)的輸入端。所述信號解調器(5)的第一輸出端連接在自動頻率控制電路AFC(Automatic FrequencyControl)(6)的輸入端，信號解調器(5)的第二輸出端連接至互相關器(8)。所述AFC(6)的輸出端連接至載波信號發生器(7)的輸入端。互相關器(8)的輸出端連接測距單元(9)的輸入端，所述測距單元(9)也稱為TOA(Time Of Arrival)測距單元。所述定位信息處理器(12)有三個輸入端，依次連接RSSI(10)的輸出端，測距單元(9)的輸出端及測角系統(11)的輸出端。所述定位信息處理器(12)的輸出端連接至定位結果信息顯示模塊(13)的輸入端。
2、 如權利要求1所述的單基站無線定位裝置，其特徵在於從接收到的達到基站的無線 電波信號中定位出移動終端的精確位置，結合測量的電波到達角AOA (Angle Of Arrival)、 接收信號的功率及電波到達時間TOA，實現移動臺的精確定位。
3、 如權利要求1所述的單基站無線定位裝置，其特徵在於所述裝置中的LNA (2)為 以有源電感為負載的級聯型低噪聲放大器，為兩級級聯電路。所述LNA (2)電路包括電阻 R1,R2，R3，R4,R5，R6，R7 、電感L1,L2,L3，L4,L5，L6 、電容C1,C2， C3,C4,C5，C6,C7,C8,C9,C10及 三個NPN型三極體NPN1，NPN2，NPN3 。其中電容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組成所述LNA (2)的第一級電路， 用於對噪聲和高階諧波分量的抑制，NPN2，NPN3， R4 R7， C9 C10， L5 L6構成第二級電 路，用於對信號的電平放大。
4、 一種單基站無線定位裝置，所述裝置安裝於一個基站的通信接收系統中，用來對移動 臺進行無線定位,其特徵在於:射頻天線模塊(1 )採用英國Antenova公司的GPS RADIONOVA 射頻天線模塊，乘法器(3)採用ADI公司的AD834型號或Motorola公司的MC1495型號的 乘法器，自動增益控制電路AGC (4)採用美國ADI公司的AD603器件，信號解調器(5) 和自動頻率控制電路AFC (6)採用一塊摩託羅拉公司的MC145162型號集成晶片實現，載 波信號發生器(7)採用安捷倫公司的N9310A信號發生器，互相關器(8)採用TMC2032 型號相關器，測距單元(9)採用義大利INFRA iT波雷達測速/測距傳感器，測角系統(11)採用約克儀器公司的Schaevitz系列角傳感器/測角系統，信號強度指示器(10)採用ADI公 司的AD8309器件，定位信息處理器(12)採用CS6079計算晶片，定位結果信息顯示模塊 (13)採用洪泰顯示科技有限公司的HTG9626A型號LCD。
專利摘要本實用新型公開了一種單基站無線定位裝置，其包括射頻天線模塊，寬帶低噪聲放大器，乘法器，自動增益控制電路，信號解調器，自動頻率控制電路，載波信號發生器，互相關器，測距單元，信號強度指示器，測角系統，定位信息處理器，定位結果信息顯示模塊。所述裝置使用單個基站就可以對移動臺進行定位。裝置中的測角系統測得移動臺的電波到達角信息，移動臺至基站的距離信息由測距單元和信號強度指示器測得的參數聯合轉換而來。本實用新型解決了現有方案中使用多個基站進行無線定位的缺陷，而且具有成本低廉、使用方便及定位精度高的優點。
文檔編號H04W52/52GK201294639SQ20082015514
公開日2009年8月19日 申請日期2008年11月10日 優先權日2008年11月10日
發明者兵 彭, 強 石 申請人:石 強;彭 兵