基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測方法及裝置的製作方法

2023-05-15 02:33:46

專利名稱：基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測方法及裝置的製作方法
基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測方法及裝置技術領域
本發明屬於移動通信領域，尤其涉及於無線網絡環境下的移動終端運動方向檢測的方法和運動方向檢測裝置。
背景技術：
當前，移動終端的運動方向檢測技術在定位、導航等多個領域有著廣泛的應用。在車載系統中，人們一般使用GPS來對當前目標車輛進行定位和運動方向檢測。在室內定位系統中，人們一般採用地磁傳感器來檢測移動終端的運動方向。
由於使用環境不同，採用的運動方向檢測技術也不同。採用GPS進行運動方向檢測只適用於室外環境，室內由於信號受到遮擋，將無法接收使用GPS信號；採用視頻技術來進行終端運動方向檢測，所需算法複雜，成本比較高，而且在有遮擋的多個目標場景下， 視頻技術很難檢測出移動終端的運動方向；採用地磁傳感器只能感知傳感器本身的運動方向，不能檢測移動終端的運動方向。
2010年6月16日公開的公開號為101739551A的中國專利申請《運動目標識別方法及系統》，公開了一種運動目標識別方法及系統，實現了運動目標的檢測、跟蹤和分類， 解決了圖像抖動、亮度變化、陰影、樹葉擺動等問題，該技術包括檢測目標，從視頻圖像中提取感興趣的區域；跟蹤目標，建立幀與幀之間所提取區域之間的關聯性和一致性，形成目標；分類目標，通過分類法對區域和目標進行分類。但是該方法使用算法複雜度較高，當運動目標脫離攝像頭區域時，無法檢測到運動目標，而且檢測準確度較低。發明內容
本發明針對在室內環境下對運動方向檢測存在算法複雜、成本比較高、不能很好檢測移動終端運動的問題，提供了一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向檢測的方法及其裝置。
一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測方法，具體是
步驟1 首先，在室內應用場景中布置射頻發射裝置，建立平面直角坐標系，並確定各射頻發射裝置的位置坐標，將各射頻發射裝置的位置坐標和MAC地址存入待檢測移動終端；然後，待檢測移動終端在T1時刻，接收各射頻發射裝置廣播的無線信號，並記錄接收到的各射頻發射裝置的無線信號強度RSSI和MAC地址；
步驟2 待檢測移動終端在T2時刻，T2 > T1，接收各射頻發射裝置廣播的無線信號， 並記錄接收到的各射頻發射裝置的無線信號強度和MAC地址；
步驟3 待檢測移動終端根據所記錄的MAC地址獲得射頻發射裝置的位置坐標 (Xi, Yi)，i表示第i個射頻發射裝置；
步驟4 待檢測移動終端根據T1時刻與T3時刻接收到的無線信號強度以及對應的各射頻發射裝置的位置坐標來判斷移動終端的運動方向，具體本步驟包括
步驟4. 1，根據自由空間無線電傳播路徑損耗模型和得到的無線信號強度，得到T1時刻和T2時刻待檢測移動終端到各射頻發射裝置的距離；
步驟4. 2，根據待檢測移動終端到各射頻發射裝置的距離和各射頻發射裝置的位置坐標，採用加權質心算法確定移動終端在T1時刻的位置坐標(Xl，Y1)和T2時刻的位置坐標(x2, y2)/ -RSSIil \VN m χη ΣΓ=1X Xi
X1 = UDil X Xi) = f^H_νaIVN Π-RSSIi1/ -RSSIi1 \_ y Σ-,(DilX^1) Σ-,(10^ X Yi)」 yi _ VN Τ _-RSSIil/ -RSSIi2 \ νι(0. χΧλ Σ ι io^^XXi
y - Λι=1^12 AJ - ^_L」 χ2 _ VN η_-RSSIi2Li=1Di2^10--JZ/ -RSSIi2 \ γΝ Π-RSSIi2A=Il^Hio 20
其中，Dn、Di2分別表示在T1時刻、T2時刻待檢測移動終端到第i個射頻發射裝置的距離，RSSIil, RSSIi2分別表示在T1時刻、T2時刻待檢測移動終端獲得的第i個無線射頻發射裝置的無線信號強度，N表示待檢測移動終端接收到無線信號的射頻發射裝置的總個數；
步驟4. 3，確定待檢測移動終端的運動方向，用(x2，y2)、(Xl，yi)兩點連線的傾角3 表不Zy1 - y2\
d = arctg -Vxi -X2/
/ / RSSIi2W/ RSSIliX/ I RSSIilW( RSSIi2X(ΣΓ=1 (lO^oirjj X CIfl1 (lO^oirj X Yi) - (Y1I1 (lO^oirjj χ (ΣΓ=1 (lO^j X Yi)=arctg(- -Rssii2W7~~RssiliX7 7~~RssiilW7~~Rssii2 \(ΣΓ=1 (lOTjj X (X1tI1 (Krar) X Xi) - (ΣΓ=1 (icrar)) x (ΣΓ=1 (lOTj X Yi)
所得到的3就是要求取的運動方向。
一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向檢測裝置，包括布置在每個射頻發射裝置上的用於發送射頻無線信號的射頻信號發射模塊；布置在待檢測移動終端上的用於接收射頻信號發射模塊發出的射頻無線信號，並記錄射頻無線信號的信號強度和對應的 MAC地址的射頻信號接收模塊；存儲每個射頻信號發射模塊的坐標位置和對應的MAC地址的存儲模塊；根據射頻信號接收模塊接收的信號和存儲模塊中存儲的坐標位置對待檢測移動終端的運動方向進行檢測的運動方向檢測模塊。
所述的射頻信號接收模塊分別在T1時刻和T2時刻接收射頻信號發射模塊發送的射頻無線信號，T2 ^ T1，所述的運動方向檢測模塊，首先根據存儲模塊存儲的每個射頻信號發射模塊的坐標位置和射頻信號接收模塊在T1時刻、T2時刻接收到的信號強度，依據自由空間無線電傳播路徑損耗模型，得到T1時刻和T2時刻待檢測移動終端到各射頻發射裝置的CN 102547791 A距離，然後根據待檢測移動終端到各射頻發射裝置的距離和各射頻發射裝置的位置坐標， 採用加權質心算法確定移動終端在T1時刻的位置坐標(Xl，Y1)和T2時刻的位置坐標(X2， y2)，最後根據兩位置點的連線確定當前終端運動方向。
本發明的優點與積極效果在於(1)本發明裝置布置簡單，只需要布置射頻發射模塊，應用簡單，且可靠性高；( 本發明提供的方法，通過移動終端接收到的無線信號強度和發射射頻裝置的位置來判斷移動終端運動方向，方法簡單，易於布置實現，可靠性高， 能夠有效地實現在室內場景下對移動終端的運動方向的檢測。


圖1是本發明的移動終端運動方向檢測方法的流程圖2是本發明的移動終端運動方向檢測裝置的示意圖3是本發明的移動終端運動方向檢測裝置應用的場景示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
圖1是本發明的移動終端運動方向檢測方法的流程圖。如圖1所示，移動終端運動方向檢測方法由以下步驟實現
步驟一在T1時刻，所述待檢測移動終端接收每個射頻發射裝置廣播的無線信號，並記錄接收到的每個射頻發射裝置的信號強度RSSI((ReCeived Signal Strength Indication)0
在室內應用場景下，布置有多個射頻發射裝置，每個射頻發射裝置都發射無線信號。首先在室內應用場景下建立平面直角坐標系，並確定每個射頻發射裝置的位置坐標。本發明實施例中所布置的射頻發射裝置的位置是固定的，在檢測之前，將各射頻發射裝置的位置信息以MAC (Media Access Control)地址和射頻發射裝置的位置坐標的形式存入待檢測移動終端，MAC地址相當於射頻發射裝置的編號，每個射頻發射裝置有一個MAC地址。在檢測開始後，待檢測移動終端接收到各射頻發送裝置的無線信號，MAC地址和信號強度存放在一個幀裡，從無線信號中可以獲取射頻發射裝置的MAC地址，記錄接收到的無線信號的強度和該無線信號中的MAC地址。
如果收集不到信號，RSSI通常是一個負數，通常在-30 -90之間，值越大表示信號強度越強。當為-80 -90之間時，表示待檢測移動終端離射頻發射裝置比較遠，因此在收不到某個射頻發射裝置的無線信號時，設置接收到的該射頻發射裝置的無線信號強度為-90。
步驟二 在T2時刻，T2 > T1，所述待檢測移動終端接收每個射頻發射裝置廣播的無線信號，並記錄接收到的每個射頻發射裝置的信號強度RSSI以及MAC地址。該過程與步驟一相同，待檢測移動終端記錄射頻發送裝置的無線信號強度和MAC地址。優選T1和T2的差值小於等於5秒，在這個時間間隔獲取無線信號，能有效的得到移動終端運動方向，得到的數值可靠。
步驟三所述待檢測移動終端根據所記錄的MAC地址獲得發射對應無線信號的射頻發射裝置的位置坐標。
第i個射頻發射裝置的位置坐標用(Xi, Yi)表示。通過步驟一獲得的第i個無線射頻發射裝置的無線信號強度用RSSIil表示。通過步驟二獲得的第i個射頻發射裝置的無線信號強度值用RSSIi2表示。
步驟四所述待檢測移動終端根據T1時刻接收到的信號強度和T2時刻接收到的信號強度以及對應的各射頻發射裝置的位置來判斷待檢測移動終端的運動方向。具體如何得到待檢測移動終端的運動方向通過下面方法首先，根據自由空間無線電傳播路徑損耗模型和步驟一、步驟二得到的無線信號強度，得到T1時刻和T2時刻待檢測移動終端到各射頻發射裝置的距離。
本發明採用自由空間無線電傳播路徑損耗模型對無線信號的傳播進行模擬，所述自由空間無線電傳播路徑損耗模型如下
Lbf = 32. 44+10XnX lgF+10XnX IgD (1)
其中，Lbf為自由空間損耗(單位為dB)，D為傳輸距離(單位為km)，F為發射頻率(單位為MHz)，η為路徑衰減因子，取值為[2，4]。待檢測移動終端接收到的無線信號強度RSSI採用下面公式(2)確定
RSSI = Pt+Gt+Gr-Lc-Lbf (2)
RSSI為接收信號強度，Pt為射頻發射裝置的發射功率，Gt為發射天線增益，Gr為接收天線增益，Lc為線路損耗。
根據公式(1)和公式0)，並且？仏6丨、61·、!^已知，可得待檢測移動終端到第i個射頻發射裝置的距離Di為Pi-RSSIj
D. = 10^^x10°⑶1FiV 『
其中，PpFpRSSIi已知，C 為已知常量，由 Gt, Gr, Lc 決定，C = Gt+Gr-Lc-32. 44， RSSIi為接收到第i個射頻發射裝置的信號強度，Fi為第i個射頻發射裝置的發射頻率，Pi 為第i個射頻發射裝置的發射功率。
然後根據移動終端到N個射頻發射裝置的距離與各射頻發射裝置的位置坐標，採用加權質心算法計算移動終端在T1時刻和T2時刻的位置坐標，N表示待檢測移動終端接收到信號的射頻發射裝置的總個數。本發明實施例中設置路徑衰減因子η取值為2。T1時刻待檢測移動終端的位置用(Xl，yi)表示，T2時刻待檢測移動終端的位置用U2，y2)表示。並且設每個射頻發射裝置的發射頻率Fi,發射功率Pi等參數相同。得到T1時刻和T2時刻待檢測移動終端的位置坐標。計算公式如下
權利要求
1. 一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟1 首先，在室內應用場景中布置射頻發射裝置，建立平面直角坐標系，並確定各射頻發射裝置的位置坐標，將各射頻發射裝置的位置坐標和MAC地址存入待檢測移動終端；然後，待檢測移動終端在T1時刻，接收各射頻發射裝置廣播的無線信號，並記錄接收到的各射頻發射裝置的無線信號強度RSSI和MAC地址；所述的各射頻發射裝置的發射功率的值相同，發射頻率的值相同；步驟2 待檢測移動終端在T2時刻，T2 > T1,接收各射頻發射裝置廣播的無線信號，並記錄接收到的各射頻發射裝置的無線信號強度和MAC地址；步驟3 待檢測移動終端根據所記錄的MAC地址獲得發射對應無線信號的射頻發射裝置的位置坐標(Xi, Yi)，i表示第i個射頻發射裝置；步驟4 待檢測移動終端根據T1時刻與T2時刻接收到的無線信號強度以及對應的各射頻發射裝置的位置坐標來判斷移動終端的運動方向，具體本步驟包括步驟4. 1，根據自由空間無線電傳播路徑損耗模型和得到的無線信號強度，得到T1時刻和T2時刻待檢測移動終端到各射頻發射裝置的距離；步驟4. 2，根據待檢測移動終端到各射頻發射裝置的距離和各射頻發射裝置的位置坐標，採用加權質心算法確定移動終端在T1時刻的位置坐標(Xl，Y1)和T2時刻的位置坐標 (χ2' y2)
2.根據權利要求1所述的一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測方法，其特徵在於，步驟1中所述的布置射頻發射裝置的個數大於等於3個。
3.根據權利要求1所述的一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測方法，其特徵在於，步驟2中所述的T2與T1的差值小於等於5秒。
4.根據權利要求1所述的一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測方法，其特徵在於，具體步驟4.1為(1)所述的自由空間無線電傳播路徑損耗模型為 Lbf = 32. 44+10XnXlgF+10XnXlgD其中，Lbf為自由空間損耗，單位為dB ；D為傳輸距離，單位為km ；F為發射頻率，單位為 MHz ;11為路徑衰減因子，取值範圍為[2，4]；(2)待檢測移動終端接收到的無線信號強度RSSI為 RSSI = Pt+Gt+Gr-Lc-Lbf其中，RSSI為接收信號強度，Pt為射頻發射裝置的發射功率，Gt為發射天線增益，Gr 為接收天線增益，Lc為線路損耗；(3)待檢測移動終端到第i個射頻發射裝置的距離Di為Pi-RSSIi10 IOxn X IOc Di=^^^其中，RSSIi為接收到第i個射頻發射裝置的信號強度，Fi為第i個射頻發射裝置的發射頻率，Pi為第i個射頻發射裝置的發射功率。
5.應用權利要求1所述的移動終端運動方向的檢測方法的檢測裝置，其特徵在於，該檢測裝置包括如下模塊布置在每個射頻發射裝置上的用於發送射頻無線信號的射頻信號發射模塊； 布置在待檢測移動終端上的用於接收射頻信號發射模塊發出的射頻無線信號，並記錄射頻無線信號的信號強度和對應的MAC地址的射頻信號接收模塊； 存儲每個射頻信號發射模塊的坐標位置和MAC地址的存儲模塊； 根據射頻信號接收模塊接收的信號和存儲模塊中存儲的坐標位置對待檢測移動終端的運動方向進行檢測的運動方向檢測模塊；所述的射頻信號接收模塊分別在T1時刻和T2時刻接收射頻信號發射模塊發送的射頻無線信號，T2 > T1，所述的運動方向檢測模塊，首先根據存儲模塊存儲的每個射頻信號發射模塊的坐標位置和射頻信號接收模塊在T1時刻、T2時刻接收到的信號強度，依據自由空間無線電傳播路徑損耗模型，得到T1時刻和T2時刻待檢測移動終端到各射頻發射裝置的距離，然後根據待檢測移動終端到各射頻發射裝置的距離和各射頻發射裝置的位置坐標，採用加權質心算法確定移動終端在T1時刻的位置坐標(Xl，yi)和T2時刻的位置坐標(x2，y2)， 最後根據兩位置點的連線確定當前終端運動方向。
6.根據權利要求5所述的一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測裝置，其特徵在於，所述的每個射頻信號接收模塊具有相同的發射功率和相同的發射頻率。
7.根據權利要求5或6所述的一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測裝置，其特徵在於，所述的射頻信號接收模塊的個數大於等於3個。
8.根據權利要求5所述的一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測裝置，其特徵在於，所述的射頻信號接收模塊接收射頻無線信號的時間間隔(T2-T1) <5秒。
全文摘要
本發明提成一種基於射頻無線信號的移動終端運動方向的檢測方法及裝置，該方法分別在兩個不同時刻通過移動終端獲取各射頻發射裝置發出的無線信號，根據收集的無線信號的強度和各射頻發射裝置的位置信息，對移動終端的運動方向進行檢測。該裝置包括射頻信號發射模塊、射頻信號接收模塊、存儲模塊和運動方向檢測模塊，射頻信號接收模塊接收射頻信號發射模塊發射的無線信號，運動方向檢測模塊根據接收的無線信號強度和存儲模塊存儲的射頻信號發射模塊的位置信息，對移動終端的運動方向進行檢測。本發明簡單，易於布置實現，可靠性高，能夠有效地實現在室內場景下對移動終端的運動方向的檢測。
文檔編號H04W24/00GK102547791SQ20111041649
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者宋崢, 李 浩, 熊永平, 馬建 申請人:北京郵電大學, 無錫智感星際科技有限公司