一種基于場強定位技術的自適應標定方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于場強定位技術的自適應標定方法，包括：控制器設置標定參數，所述標定參數包括目標定位卡ID、標定內容值以及指定的定位參數的閾值；控制器向目標定位卡發送攜帶有標定內容值信息的標定指令；目標定位卡接收到標定指令后，進行標定內容值設置，基于該設置，周期性地向定位基站發送數據包；控制器獲取目標定位卡在當前標定內容值下指定的定位參數的取值，將該取值與設定的閾值進行比較，并根據比較結果，指示目標定位卡保持當前的標定內容值設置，或者，向上/向下調整標定內容值后，繼續向目標定位卡發送標定指令。本發明可滿足各種場強定位系統的設備動態標定需求，能夠有效的提高定位精度，節省時間和成本。
【專利說明】一種基于場強定位技術的自適應標定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信【技術領域】，尤其涉及一種在礦山一維空間環境下的基于場強定位技術的自適應標定方法。
【背景技術】
[0002]為保障礦井下工作人員的人身安全，通過安裝井下人員定位系統確定井下人員的安全狀態和具體位置。人員定位系統為井下人員配備定位裝置，人員需隨身攜帶該定位裝置，以向定位系統提供即時的狀態和位置。常用的井下人員定位原理有基于信號場強定位、基于信號到達時間定位、基于信號到達時間差定位、基于信號角度定位等，其中基于信號場強定位的定位精度低于基于到達時間和到達時間差兩種方式，但其功耗小、成本低等特點仍可以滿足一些場所的特殊需要。基于無線信號場強的定位系統是在已知位置安裝基準裝置，該基準裝置持續接收定位裝置的輸出信號，通過判定該信號的場強大小確定定位裝置相對于基準裝置的位置，進而確定其具體位置。基于無線信號場強的定位系統因環境阻擋、反射、移動快慢等因素會對無線信號衰減產生很大影響，這種無規律的突變進而影響位置的判定。為提高定位數據的準確性，當前，常用的有建立數據模型和一次性的定位裝置參數標定這兩種方式彌補測量誤差，但是，因環境和移動速度的不確定性和突變性，這些靜態補償方式仍有很大的不足。
【發明內容】
[0003]鑒于上述問題，提出了本發明以便提供一種克服上述問題的基于場強定位技術的自適應標定方法。
[0004]具體地，本發明提供的一種基于場強定位技術的自適應標定方法，應用在包括控制器、若干定位基站和若干定位卡的系統中，所述方法包括:
[0005]步驟1，自適應標定流程啟動后，控制器設置標定參數，所述標定參數包括目標定位卡ID、標定內容值以及指定的定位參數的閾值；其中，指定的定位參數的閾值為標定內容值是否進行調整的參考量；
[0006]步驟2，控制器基于設置的標定參數，向指定目標定位卡發送攜帶有標定內容值信息的標定指令；
[0007]步驟3，目標定位卡接收到所述標定指令后，進行標定內容值設置，并基于該設置，周期性地向定位基站發送數據包；
[0008]步驟4，控制器獲取目標定位卡在當前標定內容值下所述指定的定位參數的取值，將該取值與設定的所述閾值進行比較，并根據預設的比較結果與標定要求間的對應關系，指示目標定位卡保持當前的標定內容值設置，或者，向上/向下調整標定內容值后，繼續向目標定位卡發送標定指令。
[0009]可選地，本發明所述方法中，在自適應標定流程啟動前，還包括:
[0010]各所述定位卡按照設定的時間間隔檢測自身與定位基站的通訊鏈接情況，當檢測到與某一個或多個定位基站有通訊鏈接時，向控制器發送可以進行自適應標定的指示消息，所述控制器在收到該指示消息后，根據具體業務需求啟動自適應標定流程。
[0011]可選地，當定位卡檢測到未與定位基站有通訊鏈接時，所述方法還包括:
[0012]提升自身的信號輸出功率，并繼續檢測自身與定位基站的通訊鏈接情況，若檢測到與某一個或多個定位基站有通訊鏈接，則向控制器發送可以進行自適應標定的指示消息；否則，繼續提升自身的信號輸出功率，直到達到信號輸出功率的最大值。
[0013]可選地，本發明所述方法中，在向指定目標定位卡發送標定指令前，還包括:控制器檢測目標定位卡是否與某一個或多個定位基站有通訊鏈接，若是，向目標定位卡發送標定指令；否則，結束標定流程。
[0014]可選地，本發明所述方法分為環境自適應標定和移動速度自適應標定，其中，當進行環境自適應標定時，標定參數中，標定內容值為:目標定位卡信號輸出功率值；指定的定位參數的閾值為:定位基站檢測數量閾值。當進行移動速度自適應標定時，標定參數中，標定內容值為:目標定位卡發送數據包的時間間隔值；指定的定位參數的閾值為:無線信號場強變化閾值。
[0015]其中，環境自適應標定過程中，由控制器根據判斷結果設置改變定位卡的信號輸出功率值，而該判斷是基于定位卡鄰居表中定位基站的數量與標定設置的閾值數量之間的比較。
[0016]移動速度自適應標定過程中，由控制器根據定位卡移動速度判斷結果，改變數據包發送時間間隔，如移動速度超出設置閾值，減小數據包發送時間間隔。
[0017]本發明有益效果如下:
[0018]本發明基于場強定位技術，通過采用環境自適應標定和移動速度自適應標定兩種方式，動態、自動改變定位卡的信號輸出功率和數據包發送時間間隔，可簡化定位精度補償工作量，降低定位卡功率消耗，減小環境、移動速度對定位的影響，有效提高定位精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發明實施例提供的一種基于場強定位技術的自適應標定方法的流程圖；
[0021]圖2為本發明實施例所述方法適用的系統框圖；
[0022]圖3為本發明實施例中環境自適應標定工作流程圖；
[0023]圖4為本發明實施例中移動速度自適應標定工作流程圖。
【具體實施方式】
[0024]為了優化基于場強技術的定位精度補償方式，本發明實施例提供一種基于場強定位技術的自適應標定方法，確切地說，所述方法是在礦山一維空間環境下的自適應標定方法。所述自適應標定包括環境自適應標定和移動速度自適應標定，其中，環境自適應標定，即在不同環境場所自動標定定位卡的輸出功率值；移動速度自適應標定，即根據定位卡不同的移動速度自動標定定位卡的數據包發送時間間隔。本發明所述的自適應標定方案進一步提高了基于場強技術的定位精度。下面就通過幾個具體實施例對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025]如圖1所示，本發明實施例提供一種基于場強定位技術的自適應標定方法，應用在至少包括控制器、若干定位基站和若干定位卡的系統中，所述方法具體包括如下步驟:
[0026]步驟S101，自適應標定流程啟動后，控制器設置標定參數，所述標定參數包括目標定位卡ID、標定內容值以及指定的定位參數的閾值；其中，指定的定位參數的閾值為標定內容值是否進行調整的參考量；
[0027]優選地，在執行自適應標定流程前，所述方法還包括:
[0028]各定位卡按照設定的時間間隔檢測自身與各定位基站的通訊鏈接情況，當檢測到與某一個或多個定位基站有通訊鏈接時，向控制器發送可以進行自適應標定的指示消息，所述控制器在收到該指示消息后，根據具體業務需求啟動自適應標定流程。
[0029]可選地，當定位卡檢測到未與定位基站有通訊鏈接時，提升自身的信號輸出功率，并繼續檢測自身與定位基站的通訊鏈接情況，若檢測到與某一個或多個定位基站有通訊鏈接，則向控制器發送可以進行自適應標定的指示消息；否則，繼續提升自身的信號輸出功率，直到達到信號輸出功率的最大值。
[0030]也就是說，在啟動自適應標定流程前，各定位卡先對其與定位基站間的通信鏈路進行自檢，以保證自適應標定過程中的信息能夠傳達至相應的定位卡，使得自適應標定過程順利進行。
[0031]步驟S102，控制器基于設置的標定參數，向指定目標定位卡發送攜帶有標定內容值信息的標定指令；
[0032]優選地，在向指定目標定位卡發送標定指令前，控制器還檢測目標定位卡是否與某一個或多個定位基站有通訊鏈接，若是，向目標定位卡發送標定指令；否則，結束標定流程。
[0033]也就是說，由于控制器向定位卡發送標定指令的時間具有不確定性，為了保證標定流程順利進行，優選的對目標定位卡的通訊鏈路進行再次確認。
[0034]步驟S103，目標定位卡接收到所述標定指令后，進行標定內容值設置，并基于該設置，周期性地向定位基站發送數據包；
[0035]步驟S104，控制器獲取目標定位卡在當前標定內容值下所述指定的定位參數的取值，將該取值與設定的所述閾值進行比較，并根據預設的比較結果與標定要求間的對應關系，指示目標定位卡保持當前的標定內容值設置，或者，向上/向下調整標定內容值后，繼續向目標定位卡發送標定指令。
[0036]確切地說，本發明實施例所述的自適應標定方法分為環境自適應標定和移動速度自適應標定，其中:
[0037]環境自適應標定，即在不同環境場所自動標定定位卡的信號輸出功率。此時，所述標定參數中，標定內容值為:目標定位卡信號輸出功率值；指定的定位參數的閾值為:定位基站檢測數量閾值。[0038]基于上述標定參數的定義，標定流程中步驟S103、S104的具體實施過程為:
[0039]目標定位卡接收到所述標定指令后，設置信號輸出功率值，并在該信號輸出功率值下，周期性地向定位基站發送數據包；其中，當目標定位卡重新設置信號輸出功率后，會重新與各定位基站建立無線連接。
[0040]目標定位卡檢測鄰居表，獲取與目標定位卡建立通訊鏈接的定位基站數，并將該定位基站數發送至控制器；
[0041]控制器獲取到所述定位基站數后，將該定位基站數與設置的定位基站檢測數量閾值進行比較，并根據預設的比較結果與標定要求間的對應關系，指示目標定位卡保持當前的信號輸出功率值設置，或者，向上/向下調整信號輸出功率值后，繼續向目標定位卡發送標定指令。
[0042]確切地講，控制器在檢測到所述定位基站數低于所述定位基站檢測數量閾值時，提升目標定位卡信號輸出功率值，并基于提升后的信號輸出功率值，繼續向目標定位卡發送標定指令；
[0043]控制器在檢測到所述定位基站數高于所述定位基站檢測數量閾值時，判斷高出的數值是否達到設定的上限，若是，降低目標定位卡信號輸出功率值，并基于降低后的信號輸出功率值，繼續向目標定位卡發送標定指令；否則，告知目標定位卡保持當前的信號輸出功率值設置。
[0044]移動速度自適應標定，即根據定位卡不同的移動速度自動標定定位卡的數據包發送時間間隔。此時，標定參數中，標定內容值為:目標定位卡發送數據包的時間間隔值；指定的定位參數的閾值為:無線信號場強變化閾值。
[0045]基于上述標定參數的定義，標定流程中步驟S103、S104的具體實施過程為:
[0046]目標定位卡接收到所述標定指令后，設置數據包發送時間間隔，并在該設置下，向定位基站發送數據包；
[0047]定位基站將檢測到的目標定位卡信號場強值發送至控制器；
[0048]控制器接收到各定位基站發送的目標定位卡信號場強值后，判斷目標定位卡與各定位基站的信號場強值的變化量，并將該變化量與設置的無線信號場強變化閾值進行比較，并根據預設的比較結果與標定要求間的對應關系，指示目標定位卡保持當前的數據包發送時間間隔值設置，或者，向上/向下調整數據包發送時間間隔后，繼續向目標定位卡發送標定指令。
[0049]確切地講，控制器當檢測到目標定位卡相對于某一個或多個定位基站的信號場強值的變化量大于設置的無線信號場強變化閾值時，縮短目標定位卡數據包發送時間間隔，并基于縮短后的數據包發送時間間隔，繼續向目標定位卡發送標定指令；否則，告知目標定位卡保持當前的數據包發送時間間隔設置。
[0050]也就是說，定位卡移動速度自適應標定過程中，由控制器根據定位卡移動速度判斷結果，改變數據包發送時間間隔，如移動速度超出設置閾值，減小數據包發送時間間隔。
[0051]基于上述實施過程，下面根據圖2?圖4給出本發明一個較佳的實施例，并結合對實施例的描述，進一步給出本發明的技術細節，使其能夠更好地說明本發明的提供的方法的具體實現過程。
[0052]如圖2所示，本實施例所述方法適用于一種井下人員定位系統，該系統組成包括控制計算機(即控制器)、分站網關、定位基站和定位卡。其中，控制計算機安裝有控制軟件，用于對整套系統的控制、數據處理和界面顯示；分站網關通過電纜連接控制計算機、通過無線連接定位基站，用以數據中轉和無線網絡的建立；定位基站布置于場所的各個位置，用于無線數據中繼通訊和測量定位卡的通訊鏈路信號場強；定位卡由被定位的人員或設備攜帶安裝，并不斷向定位基站發送無線信號以及接收定位基站發送的無線信號。
[0053]基于上述系統框架，本實施例實現環境自適應標定和移動速度自適應標定的過程具體如下:
[0054]如圖3所示，為本發明實施例環境自適應標定工作流程圖，包括如下步驟:
[0055]步驟1，定位卡間隔時段檢測自身是否至少與一個定位基站有通訊鏈接，若否，則檢測定位卡當前信號輸出功率是否達到最大值，若達到最大值，則說明無法與定位基站建立連接，執行故障提示；若未達到最大值，則自動提升信號輸出功率后繼續檢測；若定位卡與定位基站有通訊鏈接，則表示可以啟動環境自適應標定。
[0056]步驟2，啟動環境自適應標定后:控制計算機首先設置標定參數，包括定位基站檢測數量閾值、待標定的定位卡ID和定位卡初始輸出功率值。
[0057]步驟3，控制計算機檢測待標定的定位卡與定位基站的通訊鏈接是否正常，如異常，進行錯誤提示；否則，控制計算機啟動環境自適應標定指令下發，該指令包含目標定位卡ID、命令動作要求以及定位卡輸出功率值。
[0058]步驟4，目標定位卡通過無線信號接收標定指令，如正常接收，返回應答數據，并關閉間隔時段通訊鏈接自檢(目的是節能)；如接收異常，進行錯誤提示。
[0059]步驟5，目標定位卡更改信號輸出功率值為標定設置值，重新建立與定位基站的無線網絡鏈接，并向定位基站周期性的發送數據包；
[0060]步驟6,目標定位卡讀取自身的鄰居表內容,將鄰居表中與目標定位卡可建立通訊的定位基站數量回饋至控制計算機。
[0061]步驟7，控制計算機判斷目標定位卡檢測到的定位基站數量是否大于設置的閾值，若否，則提升目標定位卡信號輸出功率值(具體提升量可以預先設置)，將修改后的信號輸出功率值攜帶在標定指令中再次下發至目標定位卡，重新執行標定動作；若是，則判斷超出閾值的數值是否達到設定的限值，若達到，則降低目標定位卡信號輸出功率值，并將修改后的信號輸出功率值攜帶在標定指令中再次下發至目標定位卡，重新執行標定動作；若未達至IJ，則告知目標定位卡設定為當前信號輸出功率值，完成此次環境自適應標定。
[0062]如圖4所示，為本發明實施例移動速度自適應標定工作流程圖，具體包括:
[0063]步驟1，定位卡間隔時段檢測自身是否至少與一個定位基站有通訊鏈接，若否，則檢測定位卡當前信號輸出功率是否達到最大值，若達到最大值，則說明無法與定位基站建立連接，執行故障提示；若未達到最大值，則自動提升信號輸出功率后繼續檢測；若定位卡與定位基站有通訊鏈接，則表示可以啟動移動速度自適應標定。
[0064]步驟2，啟動移動速度自適應標定后:控制計算機首先設置標定參數，包括無線信號場強變化閾值、待標定的定位卡ID和定位卡初始數據包發送時間間隔。
[0065]步驟3，控制計算機檢測待標定的定位卡與定位基站的通訊鏈接是否正常，如異常，進行錯誤提示；否則，控制計算機啟動移動速度自適應標定指令下發，該指令包含目標定位卡ID、命令動作要求以及定位卡數據包發送時間間隔。[0066]步驟4，目標定位卡通過無線信號接收標定指令，如正常接收，返回應答數據，并關閉間隔時段通訊鏈接自檢；如接收異常，進行錯誤提示。
[0067]步驟5，目標定位卡以設定的數據包發送時間間隔向定位基站發送數據包，定位基站將檢測到的目標定位卡信號場強值發送至控制計算機。
[0068]步驟6，控制計算機判斷目標定位卡相對于各定位基站信號場強值的變化，如目標定位卡相對于一個或多個定位基站信號場強值的變化量超出閾值，縮短目標定位卡數據包發送時間間隔，并將修改后的時間間隔攜帶在標定指令中再次下發至目標定位卡，重新執行標定動作，以此往復。如變化量均低于閾值要求，告知目標定位卡設定為當前時間間隔，完成此次移動速度自適應標定。
[0069]為便于定位卡標定操作，亦可由控制計算機合并下發環境自適應標定和移動速度自適應標定指令，目標定位卡可以分時執行以上兩個標定動作，并與控制計算機進行數據交互。
[0070]綜上所述，本發明基于場強定位技術，通過采用環境自適應標定和移動速度自適應標定兩種方式，動態、自動改變定位卡的信號輸出功率和數據包發送時間間隔，可簡化定位精度補償工作量，降低定位卡功率消耗，減小環境、移動速度對定位的影響，有效提高定位精度。
[0071]另外，本發明所述方法與傳統的建立數據模型、一次性參數標定等有所區別，通過動態、自適應的交互方式進行參數標定，以彌補因環境、移動速度等因素引起的無線信號場強誤差，能夠有效提高場強定位裝置的精度。該方法可廣泛應用于各種采用場強定位技術的低成本設備并且對定位精度有較高要求的場合。該方法具有通用性好、配置靈活、響應速度快、精度聞等特點，可滿足各種場強定位系統的設備動態標定需求，能夠有效的提聞定位精度，節省時間和成本。
[0072]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種基于場強定位技術的自適應標定方法，應用在包括控制器、若干定位基站和若干定位卡的系統中，其特征在于，包括: 步驟1，自適應標定流程啟動后，控制器設置標定參數，所述標定參數包括目標定位卡ID、標定內容值以及指定的定位參數的閾值；其中，指定的定位參數的閾值為標定內容值是否進行調整的參考量； 步驟2，控制器基于設置的標定參數，向指定目標定位卡發送攜帶有標定內容值信息的標定指令； 步驟3，目標定位卡接收到所述標定指令后，進行標定內容值設置，并基于該設置，周期性地向定位基站發送數據包； 步驟4，控制器獲取目標定位卡在當前標定內容值下所述指定的定位參數的取值，將該取值與設定的所述閾值進行比較，并根據預設的比較結果與標定要求間的對應關系，指示目標定位卡保持當前的標定內容值設置，或者，向上/向下調整標定內容值后，繼續向目標定位卡發送標定指令。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在自適應標定流程啟動前，所述方法還包括: 各所述定位卡按照設定的時間間隔檢測自身與定位基站的通訊鏈接情況，當檢測到與某一個或多個定位基站有通訊鏈接時，向控制器發送可以進行自適應標定的指示消息，所述控制器在收到該指示消息后，根據具體業務需求啟動自適應標定流程。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，當定位卡檢測到未與定位基站有通訊鏈接時，所述方法還包 括: 提升自身的信號輸出功率，并繼續檢測自身與定位基站的通訊鏈接情況，若檢測到與某一個或多個定位基站有通訊鏈接，則向控制器發送可以進行自適應標定的指示消息；否貝U，繼續提升自身的信號輸出功率，直到達到信號輸出功率的最大值。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中，在向指定目標定位卡發送標定指令前，還包括: 控制器檢測目標定位卡是否與某一個或多個定位基站有通訊鏈接，若是，向目標定位卡發送標定指令；否則，結束標定流程。
5.如權利要求1至4任一項所述的方法，其特征在于，所述控制器設置的標定參數為環境自適應標定參數，該標定參數中，標定內容值為:目標定位卡信號輸出功率值；指定的定位參數的閾值為:定位基站檢測數量閾值。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟3、4具體包括: 目標定位卡接收到所述標定指令后，設置信號輸出功率值，并在該信號輸出功率值下，周期性地向定位基站發送數據包； 目標定位卡檢測鄰居表，獲取與目標定位卡建立通訊鏈接的定位基站數，并將該定位基站數發送至控制器； 控制器獲取到所述定位基站數后，將該定位基站數與設置的定位基站檢測數量閾值進行比較，并根據預設的比較結果與標定要求間的對應關系，指示目標定位卡保持當前的信號輸出功率值設置，或者，向上/向下調整信號輸出功率值后，繼續向目標定位卡發送標定指令。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法中: 控制器在檢測到所述定位基站數低于所述定位基站檢測數量閾值時，提升目標定位卡信號輸出功率值，并基于提升后的信號輸出功率值，繼續向目標定位卡發送標定指令； 控制器在檢測到所述定位基站數高于所述定位基站檢測數量閾值時，判斷高出的數值是否達到設定的上限，若是，降低目標定位卡信號輸出功率值，并基于降低后的信號輸出功率值，繼續向目標定位卡發送標定指令；否則，告知目標定位卡保持當前的信號輸出功率值設置。
8.如權利要求1至4任一項所述的方法，其特征在于，所述控制器設置的標定參數為移動速度自適應標定參數，該標定參數中，標定內容值為:目標定位卡發送數據包的時間間隔值；指定的定位參數的閾值為:無線信號場強變化閾值。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟3、4具體包括: 目標定位卡接收到所述標定指令后，設置數據包發送時間間隔，并在該設置下，向定位基站發送數據包； 定位基站將檢測到的目標定位卡信號場強值發送至控制器； 控制器接收到各定位基站發送的目標定位卡信號場強值后，判斷目標定位卡與各定位基站的信號場強值的變化量，并將該變化量與設置的無線信號場強變化閾值進行比較，并根據預設的比較結果與標定要求間的對應關系，指示目標定位卡保持當前的數據包發送時間間隔值設置，或者，向上/向下調整數據包發送時間間隔后，繼續向目標定位卡發送標定指令。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在`于，所述方法中: 控制器當檢測到目標定位卡相對于某一個或多個定位基站的信號場強值的變化量大于設置的無線信號場強變化閾值時，縮短目標定位卡數據包發送時間間隔，并基于縮短后的數據包發送時間間隔，繼續向目標定位卡發送標定指令；否則，告知目標定位卡保持當前的數據包發送時間間隔設置。
【文檔編號】G01S5/02GK103687002SQ201310699800
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】張騰, 韓暋, 蘭波, 陳鼎如, 賈凡, 韓全, 龔飛, 郭照峰, 翟宇, 李鈺 申請人:北京航天測控技術有限公司