一種TOF一維定位基站及定位方法與流程

2023-07-14 01:14:56 5

本發明涉及tof應用領域，尤其涉及一種tof一維定位基站，還涉及一種基於所述tof一維定位基站的定位方法。

背景技術：

由於地下礦井，隧道等場合，基本是一種一維的環境。現有技術中，針對這種一維環境下的定位，通常是在特定基準點布設定位基站，人員或者物資攜帶定位卡，通過檢測定位基站和定位卡的距離，即可知道定位卡可能的兩個位置：距離定位基站特定距離，方向可能靠近井口或者遠離井口，然後利用運動趨勢軟體識別定位卡的方向。

利用運動趨勢軟體，至少需要定位基站與定位卡進行定位通信兩次以上，整體定位工作時間長，定位卡功耗較大，不利於節能，並且，因為速度不是特定的，有可能誤判。

技術實現要素：

為解決現有技術中的問題，本發明提供一種tof一維定位基站，還提供一種基於所述tof一維定位基站的定位方法。

本發明定位基站用於對定位卡定位，所述定位基站包括設置在定位基站上的射頻模塊，所述射頻模塊包括主射頻、輔射頻，所述主射頻、輔射頻分開設置，所述主射頻和輔射頻上分別通過一條等長的饋線接一天線，所述射頻模塊通過天線與定位卡通信。

本發明作進一步改進，所述定位卡與主射頻和輔射頻分別定位，通過兩者定位的距離差值判斷定位卡的相對定位基站的方向。

本發明作進一步改進，兩根天線相同，並分別設置在所述定位基站的兩端。

本發明作還提供一種基於所述tof一維定位基站的定位方法，包括如下步驟：

a：主射頻發起定位請求，發送tof信號給定位卡；

b：定位卡根據主射頻發送的信號提取相關時間戳，計算與主射頻的定位距離；

c：定位卡發送包含步驟b計算的定位距離信息的tof信號給輔射頻；

d：輔射頻根據定位卡發送的信號提取時間戳，計算與定位卡的定位距離。

本發明作進一步改進，還包括步驟e：輔射頻將步驟b計算的定位距離和步驟d計算的定位距離上傳至上層伺服器，上層伺服器判斷定位卡的位置。

本發明作進一步改進，步驟a中，所述定位卡收到tof信號後，發送反饋信號給主射頻；主射頻收到反饋信號後，發送最終信號給定位卡，其中，所述最終信號包括主射頻發送tof信號及最終信號的時間戳及收到反饋信號的時間戳。

本發明作進一步改進，在步驟b中，所述定位卡根據定位卡及主射頻之間信號傳輸時間計算tof平均飛行時間，然後根據平均飛行時間計算定位卡與主射頻之間的定位距離。

本發明作進一步改進，在步驟c中，輔射頻收到tof信號後，發送反饋信號給定位卡；定位卡收到反饋信號後，將最終信號發送給輔射頻，其中，最終信號包括定位卡發送tof信號及最終信號的時間戳及收到反饋信號的時間戳。

本發明作進一步改進，在步驟d中，所述輔射頻根據輔射頻與定位卡之間信號傳輸時間計算tof平均飛行時間，然後根據平均飛行時間計算定位卡與輔射頻之間的定位距離。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：能夠有效縮短tof的工作時間，減小系統負荷，延長定位卡的電池工作時間。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為主射頻雙邊測距tof定位的空中協議；

圖3為主輔射頻雙邊測距tof定位的空中協議。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明tof一維定位基站包括設置在定位基站上的射頻模塊，所述射頻模塊包括主射頻、輔射頻，所述主射頻、輔射頻分開設置，所述主射頻和輔射頻上分別引出一條等長的饋線，在饋線終端接一天線，所述射頻模塊通過天線與定位卡通信。

其中，本發明利用tof技術實現定位，tof(timeofflight)為一種利用無線信號飛行時間進行測距的技術。

本例定位卡與主射頻和輔射頻分別定位，通過兩者定位的距離差值判斷定位卡的相對定位基站的方向。具體的，圖1中，定位卡與主射頻定位距離為d1+s，其中s為饋線的等效長度；與輔射頻定位距離為d2+s。兩個s相同約去，通過比較d1和d2的大小即可確定定位卡的方向。本發明相對於根據運動軌跡的軟體定位，定位更加精確。

如圖2所示，本例為主射頻跟定位卡實現一次雙邊測距tof定位的空中協議。該tof測距是由主射頻發起，主射頻一次信號往返所花費時間是trr–tsp；定位卡一次信號往返所花費時間是trf–tsr。其中tsr–trp是定位卡收到主射頻信號到發射回去給主射頻的反應時間；tsf–trr是主射頻收到定位卡信號到發射回去給定位卡的反應時間。這2個時間段是不屬於信號的飛行時間，所以主射頻到定位卡的平均飛行時間的公式為：

((trr-tsp)-(tsr–trp)+(trf–tsr)-(tsf–trr))/4

然後根據時間和tof信號傳輸速度，即可計算出主射頻到定位卡的距離。

圖2中，主射頻在最終信號中將tsp，trr，tsf時間戳發給定位卡，由定位卡算出定位卡到主射頻之間的平均距離。但在定位系統中，需要將該定位距離通過主射頻或者輔射頻上報到上層伺服器。所以還需要由定位卡將計算出的定位信息上報與主射頻，也就圖2中的rangereport數據幀。由此，一次完整的雙邊tof測距需要發射4次信號幀，其中主射頻發射2幀；定位卡發射2幀。如果主射頻和輔射頻都與定位卡進行一次完整的雙邊tof測距，那麼總共需要發送8幀信號。

如圖3所示，本發明在以上基礎上進行改進，具體包括如下步驟：

s1：主射頻發起定位請求，發送tof信號給定位卡；

s2：定位卡收到tof信號後，發送反饋信號給主射頻；

s3：主射頻收到反饋信號後，發送最終信號給定位卡；

s4：定位卡根據主射頻發送的信號提取主射頻兩側發送及收到信號的時間戳，計算與主射頻的定位距離；

s5：定位卡發送包含步驟s4計算的定位距離信息的tof信號給輔射頻；

s6：輔射頻收到信號後，發送反饋信號給定位卡；

s7：定位卡收到反饋信號後，將最終信號發送給輔射頻；

s8：輔射頻根據定位卡兩次發送機收到信號時間戳，計算與定位卡的定位距離。

此外，還包括步驟s9：輔射頻將步驟s4計算的定位距離和步驟s8計算的定位距離上傳至上層伺服器，上層伺服器判斷定位卡的位置。

在上述步驟中，為了使飛行時間計算更加準確，均通過四幀數據幀傳輸來計算平均飛行時間，也可以直接通過定位卡與主射頻或輔射頻之間通過一個數據幀來計算飛行時間，如此，本例只需要2幀即可完成定位。

本發明主要將圖2中的rangereport數據幀省略掉，將該信息放在定位卡與輔射頻的tof的數據幀(subanchorpoll)中。同時，從圖3中可以知道，定位卡與輔射頻最終定位距離由輔射頻計算得出，所以定位卡跟主輔射頻雙邊tof測距最多需要發射數據幀一共6幀。通過本發明的改進，最終達成主/輔射頻的分別定位，只需要發送6幀數據幀，相比圖2中一次完整的雙邊tof測距需要發送8幀，改進後的tof空中協議可以最少節省掉2個數據幀。也就相當於減少了定位卡25％的功耗，節省終端定位卡的能量消耗，延長定位卡的電池工作時間。如果對於1年使用期的定位卡，本發明至少能夠延長3個月定位卡的工作時間。同時，本發明縮短了幀傳輸時間，有效地縮短tof的工作時間，減小系統負荷。與現有技術中至少需要定位兩次，並且通過運動軌跡計算方向的方法相比，大大縮短了定位時間，提高了定位方向的準確度。

以上所述之具體實施方式為本發明的較佳實施方式，並非以此限定本發明的具體實施範圍，本發明的範圍包括並不限於本具體實施方式，凡依照本發明所作的等效變化均在本發明的保護範圍內。