CN103399296A

CN103399296A - 基于无线通信的定位定向系统及定位定向方法

Info

Publication number: CN103399296A
Application number: CN2013103537767A
Authority: CN
Inventors: 祝辰
Original assignee: SUZHOU DIGICAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU DIGICAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明涉及一种基于无线通信的定位定向系统，包括一定位目标，以及第一标签、第二标签、第一接收器、第二接收器、数据处理单元等。本发明还涉及一种基于无线通信的定位定向方法，包括在定位目标上安装第一标签、第二标签；所述第一标签、所述第二标签发射无线信号；第一接收器、第二接收器接收所述第一标签或所述第二标签发射出的无线信号；数据处理单元根据所述第一接收器、所述第二接收器接收到的源自同一标签的无线信号的时间差和/或相位差判定所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置等步骤。本发明利用无线通信技术，对定位目标实现有效的转向判定，可以有效降低定位设备的成本，提高定位精度，可应用于货物仓储等领域。

Description

基于无线通信的定位定向系统及定位定向方法

技术领域

本发明涉及一种定位定向系统及定位定向方法，特别是一种可进行方向判定的基于无线通信的定位定向系统及无线定位定向方法。

背景技术

现有技术中，已经有一些基于无线通信的定位技术，包括一维定位、二维定位以及三维定位，其中，多维定位技术相对于一维定位技术来说，其部件及设备更多，定位精度更高，但是其技术难度也更大，定位成本更高。有些无线通信技术，如UWB定位技术，有效距离较短，因此需要大量的读写器设备互相配合应用，这样，在空间较大的环境中，多维定位技术的应用成本比一维定位技术要高几十倍。在一些空间较大的场合或者对定位精度要求不是太高的特定场合，如物品入仓定位定向系统中，只需要应用一维定位技术即可。

然而，现有技术中的一维定位方案中，往往只能对物品的在某一维度下的直线行进位置进行监控，一旦物品在运行轨道上发生转向，无线接收器不能有效定位物品，也无法判断物品转向的方向，如此就会出现监控死角，影响监控效果。

发明内容

本发明提供一种基于无线通信的定位定向系统及无线定位定向方法，有效解决现有技术中的一维定位方案只能对物品在某一维度下的直线行进位置进行监控，而不能很精准地定位物品在转向行进中的具体位置、判断物品在转向行进中的转动方向的技术问题。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于无线通信的定位定向系统，包括至少一定位目标，每一定位目标上设置有：

第一标签，用于发射无线信号；

第二标签，用于发射无线信号；

所述定位定向系统还包括：

第一接收器，用于接收所述第一标签、所述第二标签发射出的无线信号；

第二接收器，用于接收所述第一标签、所述第二标签发射出的无线信号；

数据处理单元，用于根据所述第一接收器、所述第二接收器接收无线信号的时间差和/或相位差判定所述定位目标在所述第一接收器、所述第二接收器之间的位置；

其中，所述第一接收器和所述第二接收器的连接直线为所述定位目标的预定运动线路；所述第一接收器、所述第二接收器分别连接至所述数据处理单元。

所述第一标签和所述第二标签的连接直线与所述定位目标的预定运动线路垂直。

所述第一标签、所述第二标签为无线信号发射器，所述第一接收器、所述第二接收器为与所述第一标签及所述第二标签相对应的无线信号接收器。

所述无线信号为UWB信号。

一种基于无线通信的定位定向方法，包括如下步骤：

在定位目标上安装第一标签、第二标签；

设置与所述第一标签、所述第二标签对应的第一接收器、第二接收器；

设置连接所述第一接收器、第二接收器的数据处理单元；

设置所述第一接收器、所述第二接收器之间的连接直线为所述定位目标的预定运动线路；

所述定位目标在所述预定运动线路上运行；

所述第一标签、所述第二标签发射无线信号；

所述第一接收器、所述第二接收器接收所述第一标签及所述第二标签发射出的无线信号；

数据处理单元根据所述第一接收器、所述第二接收器接收到的源自同一标签的无线信号的时间差和/或相位差判定所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置；

数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置判定所述定位目标在所述预定运动线路上的位置。

所述基于无线通信的定位定向方法，还包括如下步骤：

所述定位目标在预定运动线路上自旋转，改变朝向；

所述第一标签、所述第二标签发射无线信号；

数据处理单元根据所述第一接收器、所述第二接收器接收到的源自同一标签的无线信号的时间差和/或相位差来判定所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置，或者，判定所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置；

数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置或者所述第一标签、所述第二标签的投影的位置来判定所述定位目标的自旋转方向。

所述基于无线通信的定位定向方法，还包括如下步骤：

所述定位目标在行进中转向，偏离预定运动线路；

所述第一标签、所述第二标签发射无线信号；

数据处理单元根据所述第一接收器、所述第二接收器接收到的源自同一标签的无线信号的时间差和/或相位差来判定所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置；

数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置来判定所述定位目标相对于所述预定运动线路的转向方向

所述无线信号为UWB信号。

所述数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置来判定所述定位目标相对于所述预定运动线路的转向方向，包括如下步骤：

设定在所述定位目标在直线前行过程中，所述第一标签位于定位目标左侧，所述第二标签位于定位目标右侧；

设定所述第一接收器位于预定运动线路的起点、所述第二接收器位于预定运动线路的终点；

所述数据处理单元对比所述第一标签、所述第二标签在预定运动线路上的投影的位置关系，若所述第一标签在所述预定运动线路上的投影与所述第二标签在所述预定运动线路上投影的位置相同，则判定所述定位目标在所述预定运动线路上直线行进；若所述第一标签在预定运动线路上的投影在所述第二标签在预定运动线路上投影的前方，则判定所述定位目标向右转向；若所述第一标签在预定运动线路上的投影在所述第二标签在预定运动线路上投影的后方，则判定所述定位目标向左转向。

本发明涉及一种基于无线通信的定位定向系统及无线定位定向方法，可以利用无线信号确定定位目标上的两个标签在两个接收器之间的一维直线上的相对位置，对定位目标实现有效的转向判定，可以有效降低定位设备的成本，提高定位精度，可应用于货物仓储等领域。本发明所述的方法也可以应用于二维无线定位定向系统中，使得被定位物的转向可以被方便快速地确认，实现精准地转向定位。

附图说明

图1所示为本发明所述的基于无线通信的定位定向系统的结构示意图；

图2所示为本发明所述的基于无线通信的定位定向系统的使用状态示意图；

图3所示为本发明所述的基于无线通信的定位定向方法的流程框图；

图4所示为本发明所述的基于无线通信的定位定向方法的一实施例的流程框图；

图5所示为本发明所述的基于无线通信的定位定向方法的另一实施例的流程框图；

图6所示为本发明所述数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签的投影位置判断定位目标的转向方向的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，本发明涉及一种基于无线通信的定位定向系统，包括至少一定位目标1，每一定位目标1上设置有：

第一标签11，用于发射无线信号；

第二标签12，用于发射无线信号；

本发明所述定位定向系统还包括：

第一接收器21，用于接收所述第一标签、所述第二标签发射出的无线信号；

第二接收器22，用于接收所述第一标签、所述第二标签发射出的无线信号；

数据处理单元3，用于根据所述第一接收器、所述第二接收器接收无线信号的时间差和/或相位差判定所述定位目标在所述第一接收器、所述第二接收器之间的位置；

其中，第一接收器21和第二接收器22的连接直线为定位目标1的预定运动线路2；第一接收器21、第二接收器22分别连接至数据处理单元3。

第一标签11和第二标签12的连接直线与所述定位目标的预定运动线路垂直。

第一标签11、第二标签12为无线信号发射器，第一接收器21、第二接收器22为与第一标签11及第二标签12相对应的无线信号接收器。

定位目标1在预定运动线路2上移动时，第一接收器21、第二接收器22接收到所述第一标签发射的无线信号，将信息传送给数据处理单元3，数据处理单元3利用两个信号的相位差或者接收到信号的时间差就可以判断第一标签11所在的位置，也就知道了定位目标的具体位置。同理，第一接收器21、第二接收器22接收到第二标签12发射的无线信号，将信息传送给数据处理单元3，数据处理单元3为计算机。数据处理单元3利用两个信号的相位差或者接收到信号的时间差就可以判断第二标签12所在的位置，也就知道了定位目标的具体位置。

若定位目标1在预定运动线路2上偏离预定运动线路2转向行进（向左或向右转向），第一接收器21、第二接收器22都是无线信号接收器，可以监测到无线信号源，即第一标签11、第二标签12，在预定运动线路上的投影的位置相对于第一接收器21、第二接收器22的直线距离。

若定位目标1在预定运动线路2上发生原地自旋转，第一标签11、第二标签12与预定运动线路的距离远远小于第一标签11、第二标签12与第一接收器21、第二接收器22的直线距离，因此第一标签11、第二标签12在预定运动线路上的投影位置可以认为是第一标签11、第二标签12的实际位置。

设定在定位目标1直线前行过程中，第一标签11位于定位目标1左侧，第二标签12位于定位目标右侧；

设定第一接收器21位于预定运动线路2的起点、第二接收器22位于预定运动线路2的终点；

数据处理单元3对比第一标签11、第二标签12在预定运动线路2上的投影的位置关系，若第一标签11在预定运动线路2上的投影与第二标签12在预定运动线路2上投影的位置相同，则判定定位目标1在预定运动线路2上直线前行；若第一标签11在预定运动线路2上的投影在第二标签12在预定运动线路上投影的前方，则判定定位目标1向右转向；若第一标签11在预定运动线路上的投影在第二标签12在预定运动线路2上投影的后方，则判定定位目标1向左转向。

本发明所述的基于无线通信的定位定向系统，一般可以应用于仓储管理领域，实施例如下：定位目标1即为货仓中的叉车、夹包车及拖车等，一般情况下，仓库中的仓位呈行和列布置，运输货物的叉车或夹包车行进在仓位的行过道或列过道上，行过道和列过道一般都是直线过道，即为叉车、夹包车及拖车的预定运动线路，第一标签、第二标签直接安装在叉车、夹包车和拖车上，第一接收器、第二接收器安装在行或列过道两端的仓库侧壁上，正对叉车、夹包车及拖车的行进路线。

货仓中的叉车、夹包车或拖车在第一接收器21、第二接收器22之间的预定运动线路2上移动时，第一接收器21、第二接收器22接收到第一标签11发射的无线信号，将信息传送给数据处理单元3，数据处理单元3利用两个信号的相位差或者接收到信号的时间差就可以判断第一标签11所在的位置，也就知道了叉车、夹包车或拖车的具体位置。同理，也可以根据第二标签12发射的无线信号，判定叉车、夹包车或拖车的具体位置。

若叉车、夹包车或拖车在预定运动线路2上偏离预定运动线路2转向行进（向左或向右转向），第一接收器21、第二接收器22，第一接收器21、第二接收器22可以监测到第一标签11、第二标签12在预定运动线路2上的投影的位置与第一接收器21、第二接收器22的直线距离。叉车、夹包车或拖车转向后进入货仓的仓位4，放下货物或装载货物后再退出，由于在本发明中，无线信号的发射器（标签）与接收器都位于或近似位于同一直线上，因此，可以认为本发明中的定位只限于叉车、夹包车或拖车的一维位置，具体地说，是指叉车、夹包车或拖车在预定运动线路2上的位置或者是指叉车、夹包车或拖车在预定运动线路2上投影的位置。

若叉车、夹包车或拖车在预定运动线路2上发生原地自旋转（车头朝向偏转），第一标签11、第二标签12与预定运动线路2的距离远远小于第一标签11、第二标签12与第一接收器21、第二接收器22的直线距离，因此可以认为第一标签11、第二标签12在预定运动线路上的投影位置即为其实际位置。

设定在叉车、夹包车或拖车直线前行过程中，第一标签11位于车体左侧，第二标签12位于车体右侧。设定第一接收器21位于预定运动线路2的起点、第二接收器22位于预定运动线路2的终点；叉车、夹包车或拖车在预定运动线路2上运动，从起点到终点。数据处理单元3对比第一标签11、第二标签12在预定运动线路2上的投影的位置关系，若第一标签11在预定运动线路2上的投影与第二标签12在预定运动线路2上投影的位置相同，则判定叉车、夹包车或拖车在预定运动线路2上直线前行；若第一标签11在预定运动线路2上的投影在第二标签12在预定运动线路上投影的前方，则判定叉车、夹包车或拖车向右转向；若第一标签11在预定运动线路上的投影在第二标签12在预定运动线路2上投影的后方，则判定叉车、夹包车或拖车向左转向。

所述无线信号为UWB信号。超宽带技术UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，也可称为脉冲无线电，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。UWB技术通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。UWB技术具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、发送功率小、消耗电能小、电磁波辐射小等诸多优势，主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。UWB定位技术包括一维定位、二维定位以及三维定位，其中，多维定位技术相对于一维定位技术来说，其部件及设备更多，定位精度更高，但是其技术难度也更大，定位成本更高。由于UWB定位技术有效距离较短，因此需要大量的读写器设备互相配合应用，这样，在空间较大的环境中，多维定位技术的应用成本比一维定位技术要高几十倍。在一些空间较大的场合或者对定位精度要求不是太高的特定场合，如仓储管理领域中，只需要应用一维UWB定位技术即可。

如图3所示，一种基于无线通信的定位定向方法，具体地说，定位目标在运行路线上直线运行的情况下，确定所述定位目标的位置的方法，包括如下步骤：

步骤1）在定位目标上安装第一标签、第二标签；

步骤2）设置与所述第一标签、所述第二标签对应的第一接收器、第二接收器；

步骤3）设置连接所述第一接收器、所述第二接收器的数据处理单元；

步骤4）设置所述第一接收器、所述第二接收器之间的连接直线为所述定位目标的预定运动线路；

步骤5）所述定位目标在所述预定运动线路上运行；

步骤6）所述第一标签、所述第二标签发射无线信号；

步骤7）所述第一接收器、所述第二接收器接收所述第一标签及所述第二标签发射出的无线信号；

步骤8）数据处理单元根据所述第一接收器、所述第二接收器接收到的源自同一标签的无线信号的时间差和/或相位差判定所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置；

步骤9）数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置判定所述定位目标在所述预定运动线路上的位置。

本发明所述的基于无线通信的定位定向方法，一般可以应用于仓储管理领域，用于货仓中的叉车、夹包车及拖车等的监测，应用本发明的一种基于UWB的定位定向方法，实施例如下：一般情况下，仓库中的仓位呈行和列布置，运输货物的叉车或夹包车行进在仓位的行过道或列过道上，行过道和列过道一般都是直线过道，即为叉车、夹包车及拖车的预定运动线路，第一标签、第二标签直接安装在叉车、夹包车和拖车上，第一接收器、第二接收器安装在行或列过道两端的仓库侧壁上，正对叉车、夹包车及拖车的行进路线。

在叉车、夹包车或拖车上安装第一标签、第二标签，第一标签、第二标签可以设置在垂直于行进方向的同一平面上。

将第一接收器、第二接收器面对面安装在货仓的墙体上，正对叉车、夹包车或拖车的运行路径。

安装数据处理单元，连接所述第一接收器、所述第二接收器，将所述第一接收器、所述第二接收器接收到的无线信号转成数据处理。

两个接收器之间的连接直线即为叉车、夹包车或拖车的预定运动线路，确保在叉车、夹包车或拖车的运行过程中，第一接收器、第二接收器都能同时接收到第一标签、第二标签发射的无线信号。

叉车、夹包车或拖车在两个接收器之间运行。

所述第一标签、所述第二标签发射UWB信号。

所述第一接收器、所述第二接收器接收所述第一标签及所述第二标签发射出的UWB信号。

数据处理单元利用两个信号的相位差或者接收到信号的时间差就可以判断第一标签所在的位置。所述第一接收器、所述第二接收器接收到的源自同一标签的无线信号的时间不同，经过数据处理单元的计算即可判断出该标签的位置；标签发出同样频率的无线信号，所述第一接收器、所述第二接收器接收到的源自同一标签的无线信号的相位不同，经过数据处理单元的计算即可判断出该标签的位置。

数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置判定叉车、夹包车或拖车在所述预定运动线路上的位置。

如图4所示，所述基于无线通信的定位定向方法，具体地说，若定位目标在预定运行路线上直线运行的情况下自旋转，进而改变朝向，确定所述定位目标的自旋转方向的方法，还包括如下步骤。

步骤101）所述定位目标预定运动线路上自旋转，改变朝向；此处所述自旋转是指所述定位目标在原地向左或向右旋转，若是本发明被应用于多维定位系统中，所述自旋转可能是指所述定位目标在原地向上或向下旋转。

步骤102）所述第一标签、所述第二标签发射无线信号。

步骤103）所述第一接收器、所述第二接收器接收所述第一标签及所述第二标签发射出的无线信号；其中，所述无线信号为UWB信号，前文已详细说明，此处不再赘述。

步骤104）数据处理单元根据所述第一接收器、所述第二接收器接收到的源自同一标签的无线信号的时间差和/或相位差来判定所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置，或者，判定所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置。由于叉车、夹包车或拖车的体积不确定，因此在运行线路上获得的标签位置信息并不一定是标签的具体位置，而是标签在预定运动线路上的投影。若所述第一标签、所述第二标签的投影与所述第一接收器、所述第二接的距离远远大于所述第一标签、所述第二标签与所述预定运动线路的距离，也可以认为是在运行线路上获得的标签投影位置即为标签的实际位置。

步骤105）数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的位置或者所述第一标签、所述第二标签的投影的位置来判定所述定位目标的自旋转方向。

如图5所示，所述的基于无线通信的定位定向方法，具体地说，若定位目标在预定运行路线上直线行进中转向（向左或向右转向），偏离预定运动线路，确定所述定位目标的转向的方法，还包括如下步骤：

步骤201）所述定位目标在行进中转向，偏离预定运动线路；

步骤202）所述第一标签、所述第二标签发射无线信号；

步骤203）所述第一接收器、所述第二接收器接收所述第一标签及所述第二标签发射出的无线信号；

步骤204）数据处理单元根据所述第一接收器、所述第二接收器接收到的源自同一标签的无线信号的时间差和/或相位差来判定所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置；

步骤205）数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置来判定所述定位目标相对于所述预定运动线路的转向方向。

其中，所述无线信号为UWB信号，前文已详细说明，此处不再赘述。

如图6所示，步骤205）中所述数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置来判定所述定位目标相对于所述预定运动线路的转向方向，包括如下步骤：

步骤2051）设定在所述定位目标在直线前行过程中，所述第一标签位于定位目标左侧，所述第二标签位于定位目标右侧；

步骤2052）设定所述第一接收器位于预定运动线路的起点、所述第二接收器位于预定运动线路的终点；

步骤2053）所述数据处理单元对比所述第一标签、所述第二标签在预定运动线路上的投影的位置关系；

步骤2054）若所述第一标签在预定运动线路上的投影在所述第二标签在预定运动线路上投影的前方，则判定所述定位目标向右转向；

步骤2055）若所述第一标签在预定运动线路上的投影在所述第二标签在预定运动线路上投影的后方，则判定所述定位目标向左转向。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于无线通信的定位定向系统，包括至少一定位目标，其特征在于，每一定位目标上设置有：

第一标签，用于发射无线信号；

第二标签，用于发射无线信号；

所述定位定向系统还包括：

2.如权利要求1所述的基于无线通信的定位定向系统，其特征在于，所述第一标签和所述第二标签的连接直线与所述定位目标的预定运动线路垂直。

3.如权利要求1所述的基于无线通信的定位定向系统，其特征在于，所述第一标签、所述第二标签为无线信号发射器，所述第一接收器、所述第二接收器为与所述第一标签及所述第二标签相对应的无线信号接收器。

4.如权利要求1或3所述的基于无线通信的定位定向系统，其特征在于，所述无线信号为UWB信号。

5.一种基于无线通信的定位定向方法，其特征在于，包括如下步骤：

在定位目标上安装第一标签、第二标签；

设置连接所述第一接收器、第二接收器的数据处理单元；

所述定位目标在所述预定运动线路上运行；

所述第一标签、所述第二标签发射无线信号；

6.如权利要求5所述的基于无线通信的定位定向方法，其特征在于，还包括如下步骤：

所述定位目标在预定运动线路上自旋转，改变朝向；

所述第一标签、所述第二标签发射无线信号；

7.如权利要求5所述的基于无线通信的定位定向方法，其特征在于，还包括如下步骤：

所述定位目标在行进中转向，偏离预定运动线路；

所述第一标签、所述第二标签发射无线信号；

数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置来判定所述定位目标相对于所述预定运动线路的转向方向。

8.如权利要求5或6所述的基于无线通信的定位定向方法，其特征在于，所述无线信号为UWB信号。

9.如权利要求6所述的基于无线通信的定位定向方法，其特征在于，所述数据处理单元根据所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置来判定所述定位目标相对于所述预定运动线路的转向方向，包括如下步骤：

所述数据处理单元对比所述第一标签、所述第二标签在所述预定运动线路上的投影的位置关系，若所述第一标签在所述预定运动线路上的投影与所述第二标签在所述预定运动线路上投影的位置相同，则判定所述定位目标在所述预定运动线路上直线前行；若所述第一标签在所述预定运动线路上的投影在所述第二标签在所述预定运动线路上投影的前方，则判定所述定位目标向右转向；若所述第一标签在所述预定运动线路上的投影在所述第二标签在所述预定运动线路上投影的后方，则判定所述定位目标向左转向。