无线电定位装置及系统的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无线电定位装置及系统。


背景技术：

2.随着无线电技术的发展，无线电新技术、新业务的广泛应用，无线电干扰带来的影响越来越大。常见的干扰源有违规搭建的无线电信号发生器、未经授权的无人机、脱管的物联网终端等，这些干扰设备影响运营商公网和专网通信。因此，亟需一种无线电定位装置，来现场定位寻找这些干扰源，排除信号干扰。
3.目前现有的一些无线电定位装置采用的天线一般为天线阵，体积较大，一般放置在车上。该方案使用有一些限制条件，比如部分城中村、小区，地上车辆无法进入，无法工作。也存在体积较小的便携式定位设备，但都是单纯靠检测干扰信号能量，人为判断方向及寻找目标，定位效率低下。


技术实现要素：

4.本发明提供一种无线电定位装置及系统，用以解决现有技术中便携式定位设备定位效率低的缺陷，实现提高便携式定位设备的定位效率。
5.本发明提供一种无线电定位装置，包括定向天线、无线电接收处理装置和控制终端；
6.所述定向天线与所述无线电接收处理装置信号连接，所述控制终端与所述无线电接收处理装置信号连接；
7.所述无线电接收处理装置包括dsp处理单元、gps模块和陀螺仪；
8.所述gps模块与所述dsp处理单元信号连接，所述陀螺仪与所述dsp处理单元信号连接；
9.所述控制终端用于根据定位目标的频点和带宽对所述无线电接收处理装置进行配置，使得所述定向天线接收所述定位目标发射的信号；
10.所述定向天线用于在每个位置从多个方位角接收所述定位目标发射的信号，并将所述信号发送给所述无线电接收处理装置；
11.所述gps模块用于确定所述定向天线的每个位置，并将所述位置发送给所述dsp处理单元；
12.所述陀螺仪用于测量所述定向天线的方位角，并将所述方位角发送给所述dsp处理单元；
13.所述dsp处理单元用于根据每个位置处所述定向天线从各方位角接收到的所述定位目标发射的信号的能量值，确定所述定位目标在每个位置对应的方位角；根据所述定位目标在任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点，确定所述定位目标的位置。
14.根据本发明提供的一种无线电定位装置，所述控制终端还用于根据所述定位目标的信号制式对所述dsp处理单元的解调制式进行配置；
15.所述dsp处理单元用于根据所述解调制式对每个位置处所述定向天线从各方位角接收到的所述定位目标发射的信号进行解调，获取解调后的各信号的能量值和每个位置的各方位角对应的解调正确率；
16.将每个位置的解调正确率最大的方位角作为所述定位目标对应的方位角。
17.根据本发明提供的一种无线电定位装置，所述dsp处理单元用于将每个位置上信号的能量值最大的方位角作为所述定位目标对应的方位角。
18.根据本发明提供的一种无线电定位装置，所述无线电接收处理装置还包括摄像头和物体识别模块；
19.所述摄像头用于拍摄每个位置上信号的能量值最大的方位角正前方的图像，并将所述图像发送给所述物体识别模块；
20.所述物体识别模块用于识别所述图像中的障碍物类型，使用所述障碍物类型对应的无线信号衰落模型估算所述定位目标与所述定向天线之间的距离；
21.所述dsp处理单元用于根据所述定位目标在任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点，确定所述定位目标所在的区域；根据所述距离从所述区域中确定所述定位目标的位置。
22.根据本发明提供的一种无线电定位装置，所述dsp处理单元用于将所述定位目标在任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点按照出现次数从低到高的顺序进行排序，将排序结果中前面预设个数的交点滤除；根据排序结果中滤除后的交点，确定所述定位目标所在的区域。
23.根据本发明提供的一种无线电定位装置，所述无线电接收处理装置还包括滤波器组，所述滤波器组用于对所述定位目标发射的信号进行滤波；
24.所述dsp处理单元用于根据每个位置处所述定向天线从各方位角接收到的所述定位目标发射的信号滤波后的能量值，确定所述定位目标在每个位置对应的方位角。
25.根据本发明提供的一种无线电定位装置，所述定向天线与所述无线电接收处理装置通过射频电缆连接，所述控制终端与所述无线电接收处理装置通过wifi或蓝牙连接。
26.本发明还提供一种无线电定位系统，包括服务器和上述所述的无线电定位装置；
27.所述无线电定位装置的数量为多个，每个无线电定位装置中的dsp处理单元还包括数传模块；
28.所述数传模块用于将所述定位目标在任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点发送给所述服务器；
29.所述服务器用于根据所有无线电定位装置中的数传模块发送的交点，确定所述定位目标在每个位置对应的方位角。
30.本发明提供的无线电定位装置及系统，通过使用gps和陀螺仪辅助确定定向天线在每个位置从各方位角接收到的定位目标发射的信号的能量值，根据能量值确定定位目标的方向，根据在多个位置确定的定位目标的方向之间的交点，实现对定位目标自动定位，提高了定位效率和定位精度。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术
描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明提供的无线电定位装置的结构示意图；
33.图2是本发明提供的无线电定位装置中无线电接收处理装置的结构示意图；
34.图3是本发明提供的无线电定位装置中滤波器组架构图。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.下面结合图1描述本发明的一种无线电定位装置，包括定向天线、无线电接收处理装置和控制终端；
37.可选地，控制终端为手机、平板或电脑。定向天线和无线电接收处理装置放置在背包或挎包内，由操作人员背负，控制终端由操作人员手持操作。无线电定位装置由操作人员背负进行定位，可进入车辆无法进入的环境，执行目标定位工作。
38.所述定向天线与所述无线电接收处理装置信号连接，所述控制终端与所述无线电接收处理装置信号连接；
39.所述无线电接收处理装置包括dsp(digital signal processing，数字信号处理)处理单元、gps(global positioning system，全球定位系统)模块和陀螺仪；
40.所述gps模块与所述dsp处理单元信号连接，所述陀螺仪与所述dsp处理单元信号连接；
41.可选地，无线电接收处理装置还包括adc(analog to digital converter，模数转换器)、fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)和数传模块，具体的结构示意图如图2所示。
42.其中，adc完成模拟射频信号到零中频数字信号的转换；fpga完成adc与dsp之间的数据接口，以及射频前端信号处理，并根据gps完成频率和时钟同步；dsp处理单元用于完成信号解调，流程控制，外围传感器控制与检测，方位角计算，直线距离估算的功能；陀螺仪完成方位角检测功能，通过陀螺仪可以获取定向天线当前的指向角度，配合gps，可以得到该位置下各角度对应的信号能量值。数传模块包括但不限于lora、nbiot和zigbee，用于完成与主机或者服务器之间的通信功能，实现远距离通信，完成无线电定位装置与服务器或车载定位设备之间的信息交互。
43.所述控制终端用于根据定位目标的频点和带宽对所述无线电接收处理装置进行配置，使得所述定向天线接收所述定位目标发射的信号；
44.控制终端用于实现参数配置和定位结果显示。此外，还可以由无线电定位装置通过数传模块接收服务器或车载定位设备下发的配置信息后，再根据配置信息进行重配置。
45.所述定向天线用于在每个位置从多个方位角接收所述定位目标发射的信号，并将所述信号发送给所述无线电接收处理装置；
46.定向天线的主波束方向朝向背包或挎包外侧正前方。
47.所述gps模块用于确定所述定向天线的每个位置，并将所述位置发送给所述dsp处理单元；
48.所述陀螺仪用于测量所述定向天线的方位角，并将所述方位角发送给所述dsp处理单元；
49.利用gps模块和陀螺仪，确定定位天线在每个位置从多个方位角接收到定位目标发射的信号的能量值。
50.所述dsp处理单元用于根据每个位置处所述定向天线从各方位角接收到的所述定位目标发射的信号的能量值，确定所述定位目标在每个位置对应的方位角；根据所述定位目标在任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点，确定所述定位目标的位置。
51.dsp处理单元在获得足够多的位置对应的方位角后，利用多个位置对应的方位角的延迟线的交点来确定定位目标的位置。本实施例不限于定位目标的位置确定的具体方法。控制终端显示定位目标的位置。
52.本实施例通过使用gps和陀螺仪辅助确定定向天线在每个位置从各方位角接收到的定位目标发射的信号的能量值，根据能量值确定定位目标的方向，根据在多个位置确定的定位目标的方向之间的交点，实现对定位目标自动定位，提高了定位效率和定位精度。
53.在上述实施例的基础上，本实施例中所述控制终端还用于根据所述定位目标的信号制式对所述dsp处理单元的解调制式进行配置；
54.利用控制终端根据定位目标的频点、带宽和制式信息配置dsp处理单元的解调制式，部分制式可能需要提供更多的配置信息才能正确解调。
55.所述dsp处理单元用于根据所述解调制式对每个位置处所述定向天线从各方位角接收到的所述定位目标发射的信号进行解调，获取解调后的各信号的能量值和每个位置的各方位角对应的解调正确率；
56.无线电接收处理装置根据配置信息选择不同的射频链路，配置ad频点，根据制式信息加载不同的解调模版。
57.无线电接收处理装置支持对定位目标发射的信号进行多制式解调，包括但不限于fm、gsm、nb
‑
iot、cdma、wcdma、lte和nr。通过对定位目标发射的信号进行解调，可以有效滤除非目标的干扰。
58.将每个位置的解调正确率最大的方位角作为所述定位目标对应的方位角。
59.当定位目标发射的信号为确定制式时，可以对定位目标发射的信号进行精确解调。所有配置流程完成后，开始信号测量。dsp处理单元计算每个信号的能量值，同时记录该能量值对应的gps定位位置和方位角信息，并存储这些信息。
60.当无线电定位装置离定位目标较远时，各方向能量均相差不多，此时可以通过解调正确率进行位置区分。例如，在某些情况下，知道了目标信号的所有参数，某些特定制式的解调snr(signal noise ratio)可以为负。也就是说，当定向天线正对定位目标时，虽然能量值与其他方向基本相同，但该方向能够正确解调，其它方向不能正确解调，依照此辅助方法也可确定目标方向。
61.在上述实施例的基础上，本实施例中所述dsp处理单元用于将每个位置上信号的能量值最大的方位角作为所述定位目标对应的方位角。
62.当无线电定位装置离定位目标较近时，从各方位角接收到的信号能量差较大，选择每个位置上最大能量值对应的方位角作为定位目标对应的方位角。
63.在上述各实施例的基础上，本实施例中所述无线电接收处理装置还包括摄像头和物体识别模块；所述摄像头用于拍摄每个位置上信号的能量值最大的方位角正前方的图像，并将所述图像发送给所述物体识别模块；
64.将摄像头的朝向调整为每个位置上能量值最大的方位角的正前方，摄像头完成正前方图像的拍摄。物体识别模块识别能量最大方向的正前方障碍物类型。使用无线信号衰落模型，对能量值进行补偿修正，并估算定位目标与定向天线之间的距离。
65.所述物体识别模块用于识别所述图像中的障碍物类型，使用所述障碍物类型对应的无线信号衰落模型估算所述定位目标与所述定向天线之间的距离；
66.不同类型的障碍物对应无线信号衰落模型的不同衰落系数，两者之间的对应关系预先通过实验得到。将接收到的信号的能量值和信号发送时的能量值作为无线信号衰落模型的输入，通过无线信号衰落模型对能量值进行补偿修正，估算出定位目标与定向天线之间的距离。
67.所述dsp处理单元用于根据所述定位目标在任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点，确定所述定位目标所在的区域；根据所述距离从所述区域中确定所述定位目标的位置。
68.根据所有交点确定定位目标所在的区域，如包含所有交点的最小区域。从该区域中选择一点，使得该点与定向天线之间的距离等于估算的距离，将选择出的点作为定位目标的位置。
69.本实施例通过根据定位目标在任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点，确定定位目标的大概区域，使用摄像头和物体识别模块辅助计算定位目标与定向天线之间的距离，从而提高定位目标的定位精度。
70.在上述各实施例的基础上，所述dsp处理单元用于将所述定位目标在任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点按照出现次数从低到高的顺序进行排序，将排序结果中前面预设个数的交点滤除；根据排序结果中滤除后的交点，确定所述定位目标所在的区域。
71.如果任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点个数足够多，则对交点按照出现次数进行排序和筛选，滤除可信度较低的交点，可以有效降低瞬时干扰和多径对定位结果的影响。交点的数量越多，定位结果越精确。
72.在上述各实施例的基础上，本实施例中所述无线电接收处理装置还包括滤波器组，所述滤波器组用于对所述定位目标发射的信号进行滤波；所述dsp处理单元用于根据每个位置处所述定向天线从各方位角接收到的所述定位目标发射的信号滤波后的能量值，确定所述定位目标在每个位置对应的方位角。
73.滤波器组对输入信号进行频段选择，滤除其它频段干扰，避免其它频段强信号对观测频段造成阻塞，具体结构如图3所示。
74.在上述各实施例的基础上，本实施例中所述定向天线与所述无线电接收处理装置通过射频电缆连接，所述控制终端与所述无线电接收处理装置通过wifi或蓝牙连接。
75.无线电接收处理装置还包括蓝牙或wifi传输单元，无线电接收处理装置通过蓝牙
或wifi传输单元与控制终端进行通信，属于短距离通信。
76.无线电定位装置的具体操作流程包括：
77.1、通过控制终端设置目标频点和带宽信息，或者由主机或服务器通过数传模块下发配置信息；
78.2、设备正常工作后，与控制终端通过蓝牙或wifi进行连接。连接成功后，控制终端会显示接收定位目标发送信号的能量值和操作人员在地图上的位置信息。
79.3、操作人员按照控制终端指示的方向前进。每走过一段距离，操作人员停止并旋转360度。gps模块记录此时的位置信息，陀螺仪计算无线电定位装置在旋转过程中与正北之间的夹角，dsp处理单元统计在该位置下，各方位角下接收信号的能量值，并记录能量最大值对应的方位角。
80.4、物体识别模块根据摄像头拍摄的图像识别能量最大方向的前方障碍物类型，根据障碍物类型对应的无线信号衰落模型修正能量值，并估算定位目标于定向天线之间的直线距离。控制终端在地图上标记该目标疑似点，可以显示操作人员的行进路径，以及接收到的能量值和角度。dsp根据现有的数据，逐步分析目标的大致位置，指引操作人员向目标大致区域前进。
81.5、操作人员持续执行步骤3，逐渐向目标能量最大的方向逼近。当dsp记录的数据样本足够多时，可以依据多个位置最强能量方向延长线的交点确定目标疑似点的重叠区域，来判定目标的精确位置。
82.本实施例提供一种无线电定位系统，包括服务器和上述任一实施例中的无线电定位装置；所述无线电定位装置的数量为多个，每个无线电定位装置中的dsp处理单元还包括数传模块；
83.所述数传模块用于将所述定位目标在任意两个位置对应的方位角的延长线之间的交点发送给所述服务器；
84.所述服务器用于根据所有无线电定位装置中的数传模块发送的交点，确定所述定位目标在每个位置对应的方位角。
85.本实施例通过数传模块与服务器或车载定位设备进行通信，服务器或车载定位设备协调多套无线电定位装置同时工作，实现根据多个无线电定位装置提供的交点进行定位，能够快速获取到大量的交点，提升定位速度和定位精度。
86.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。