《一种室内毫米波定位系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种室内毫米波定位系统.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102914762 A (43)申请公布日 2013.02.06 C N 1 0 2 9 1 4 7 6 2 A *CN102914762A* (21)申请号 201210416209.7 (22)申请日 2012.10.26 G01S 1/02(2010.01) H01Q 1/22(2006.01) (71)申请人浙江大学 地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路 38号 (72)发明人徐魁文 孟庆阳 皇甫江涛 冉立新 (74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人林怀禹 (54) 发明名称 一种室内毫米波定位系统 (57) 摘要 本发明公。
2、开了一种室内毫米波定位系统。在 被定位的物体上安装作为发射端的标签天线，在 四个与地面垂直的墙壁上分别在安装相控阵天 线，另外两个相控阵天线分别分布在对角棱线上； 六个相控阵天线作为接收天线，分布在平行的墙 面和对角线上的相控阵天线分别为一组，共分为 三组；通过三组相控阵天线电子扫描，实时监测 接收天线接收到的电平，记录下每组扫描得到的 最大电平和最大电平时所对应的坐标，最后，根据 得到的最大电平所在的三个坐标确定被定位物体 位置。本发明整体结构简单，设计的自由度大，具 有穿透力强，抗干扰能力强，系统精确定位精度高 等特点，同时可覆盖很大的范围，能广泛应用到大 型室内定位系统中。 (51)In。
3、t.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种室内毫米波定位系统，其特征在于：在被定位的物体（2）上安装作为发射端的 标签天线（3），在四个与地面垂直的墙壁（4）上分别在安装第一、第二、第三和第四个相控 阵天线，在两组相互平行的墙面上的相控阵天线分别交错分布在墙面水平中心线的四分之 一处和四分之三处，此时四个相控阵天线均与地面平行；在其中一组室内对角的位置（5） 分别安装第五、第六个相控阵天线，第五、第六个相控阵天线分别分布在对角棱线的四分之 一处和四分之三处。
4、，此时第五、第六个相控阵天线与地面垂直；六个的相控阵天线作为接收 天线，分布在平行的墙面和对角线上的相控阵天线分别为一组，共分为三组；通过三组相控 阵天线（6）电子扫描，实时监测接收天线接收到的电平，记录下每组扫描得到的最大电平和 最大电平时所对应的坐标，最后，根据得到的最大电平所在的三个坐标确定被定位物体位 置。 2.根据权利要求1所述的一种室内毫米波定位系统，其特征在于：所述毫米波定位系 统的频率范围在30-60 GHz。 3.根据权利要求1所述的一种室内毫米波定位系统，其特征在于：所述相控阵天线的 单元是圆极化天线单元（7）。 4.根据权利要求2所述的新型室内毫米波定位方法和系统，其特征。
5、在于：所述标签天 线（3）是线极化天线。 5.根据权利要求1所述的一种室内毫米波定位系统，其特征在于：所述相控阵天线是 直线排列的等距分布的圆极化天线单元（7）组成，相控阵天线采用微带馈电；圆极化天线 单元（7）采用切角贴片天线，圆极化天线单元（7）的馈电方式采用同轴线底部馈电。 权 利 要 求 书CN 102914762 A 1/3页 3 一种室内毫米波定位系统 技术领域 0001 本发明涉及一种室内定位系统，尤其是涉及一种新型室内毫米波定位方法与系 统。 背景技术 0002 随着数据业务和多媒体业务的快速发展，人们对定位与导航的需求日益增大，而 在室内我们是完全不可能体验GPS带来的定位服。
6、务，尤其在复杂的室内环境，常常需要确 定移动终端或者持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复 杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。 0003 毫米波系统具有增益高、效率高、旁瓣低、尺寸小以及能够准全天候工作等一系列 的优点，具有精确制导、跟踪、定位等功能。室内毫米波定位系统是基于毫米波的一种无线 收发系统，跟传统的无线定位技术，如蓝牙技术、Wi-Fi技术等相比具有穿透力强，抗干扰能 力强，系统精确定位精度高，可以覆盖很大的范围等。本系统利用直线阵列形式的相控阵天 线作为接收天线，利用相控的方式控制扫描，电子扫描速度快且精准，能广泛应用到各种。
7、商 场、工厂等大型室内定位系统中。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种室内毫米波定位系统。 0005 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下： 本发明在被定位的物体上安装作为发射端的标签天线，在四个与地面垂直的墙壁上分 别在安装第一、第二、第三和第四个相控阵天线，在两组相互平行的墙面上的相控阵天线分 别交错分布在墙面水平中心线的四分之一处和四分之三处，此时四个相控阵天线均与地面 平行；在其中一组室内对角的位置分别安装第五、第六个相控阵天线，第五、第六个相控阵 天线分别分布在对角棱线的四分之一处和四分之三处，此时第五、第六个相控阵天线与地 面垂直；六个的相控阵天线作为接收天线，分布在平。
8、行的墙面和对角线上的相控阵天线分 别为一组，共分为三组；通过三组相控阵天线电子扫描，实时监测接收天线接收到的电平， 记录下每组扫描得到的最大电平和最大电平时所对应的坐标，最后，根据得到的最大电平 所在的三个坐标确定被定位物体位置。 0006 所述的毫米波定位系统的频率范围在30-60 GHz。 0007 所述相控阵天线的单元是圆极化天线单元。 0008 所述的标签天线是线极化天线。 0009 所述的相控阵天线是直线排列的等距分布的圆极化天线单元组成，相控阵天线采 用微带馈电；圆极化天线单元采用切角贴片天线，圆极化天线单元的馈电方式采用同轴线 底部馈电。 0010 本发明具有的有益效果是： 本发。
9、明充分利用毫米波系统穿透力强，抗干扰能力强，系统精确定位精度高的特性，通 说 明 书CN 102914762 A 2/3页 4 过相控阵天线来快速扫描定位物体的位置，并且能覆盖的范围广，而且可以根据被定位的 室内大小增大或者减小相控阵天线的个数，保证用最少的相控阵天线覆盖整个室内。整个 系统，发射天线采用线天线和贴片天线，接收天线采用切角的贴片天线，结构简单、紧凑，相 控阵天线的节点得个数可以根据室内大小灵活性选择，能够快速定位被定位物体位置，发 射天线的增益小，电磁辐射小，可用于各种场合的室内定位。 附图说明 0011 图1是本发明的整体结构分布视图。 0012 图2是本发明相控阵天线的直线。
10、排列的天线阵列视图。 0013 图3是本发明圆极化天线单元俯视图。 0014 图4是本发明整个的信号传播和处理过程图。 0015 图中：1、室内，2、被定位物体，3、标签天线，4、与地面垂直的墙壁，5、室内对角的位 置，6、相控阵天线，7、圆极化天线单元。 具体实施方式 0016 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。 0017 如图1所示，本发明在被定位的物体2上安装作为发射端的标签天线3，在四个与 地面垂直的墙壁4上分别在安装第一、第二、第三和第四个相控阵天线6，在两组相互平行 的墙面上的相控阵天线分别交错分布在墙面水平中心线的四分之一处和四分之三处，此时 四个相控阵天线6均与地面。
11、平行；在其中一组室内对角的位置5分别安装第五、第六个相控 阵天线6，第五、第六个相控阵天线分别分布在对角棱线的四分之一处和四分之三处，此时 第五、第六个相控阵天线与地面垂直（图1中虚线的相控阵天线6是表示安装在对面墙面和 对面对角棱线上的相控阵天线6）；六个的相控阵天线作为接收天线，分布在平行的墙面和 对角线上的相控阵天线分别为一组，共分为三组；通过三组相控阵天线6电子扫描，实时监 测接收天线接收到的电平，记录下每组扫描得到的最大电平和最大电平时所对应的坐标， 最后，根据得到的最大电平所在的三个坐标确定被定位物体位置。 0018 所述毫米波定位系统的频率范围在30-60 GHz。 0019 所。
12、述相控阵天线的单元是圆极化天线单元7。 0020 所述标签天线3是线极化天线。 0021 如图2、图3所示，所述相控阵天线是直线排列的等距分布的圆极化天线单元7组 成，相控阵天线采用微带馈电；圆极化天线单元7采用简单的切角贴片天线，圆极化天线单 元7的馈电方式采用同轴线底部馈电。 0022 所述相控阵天线6采用微带馈电，在与相控阵天线6的垂直平面内用相控方式来 控制波束快速扫描。 0023 所述相控阵天线6的远场方向图呈现扁平状，沿着直线排列的天线阵列的方向的 二维截面是波束较宽的扇形波束，远场方向图在与天线阵列方向垂直的方向的二维截面是 典型的笔形波束。 0024 本发明作为室内毫米波应用的。
13、收发系统，信号通过一个功率发生模块产生，通过 安装在被定位的物体2上的标签天线3将信号辐射出去。作为接收天线，三组相控阵天线6 说 明 书CN 102914762 A 3/3页 5 利用在与天线阵列方向垂直的方向的二维截面是典型的笔形波束的特性，定位标签天线3 即（被定位物体2）在空间中的位置，每组相控阵天线6负责确定被定位物体一个维度上的 位置，最后经过后处理模块处理三组相控阵天线接收到的电平和相应的坐标位置，得到被 定位物体2的最终位置，整个过程的信号传播和处理如图4所示。 0025 如图2所示，本发明的相控阵天线6的排列形式如图所示，9个圆极化天线单元7 沿着直线排列，圆极化天线单元7之。
14、间的距离d满足d/2, 是此毫米波系统 应用的频率f 0 对应的波长，相控阵天线6采用简单等幅激励，相位的扫描由移相器完成。如 图3所示，圆极化天线单元7采用切角的方形贴片，其中a= e /2，其中 e 为有效波长长度， e = , 其中c是光速， 是圆极化天线单元7的方形贴片下面介质板的介电常数，dd是同轴馈电点到圆极化天线单 元7中心的距离。最终，需要通过现有的电磁软件，进行模型的建立仿真，通过优化参数a 和dd可以调节圆极化天线单元7的回波损耗和轴比的大小，最终可以得到优化后所需要加 工的圆极化天线单元7的模型尺寸。 0026 在天线设计过程中，还需要在仿真软件中调节天线阵列中圆极化天线单元7之间 的距离d的大小，使得旁瓣减小，使得对主瓣没有太大的干扰。针对不同的大小的室内1，为 了获得一定的增益，合理安排相控阵天线6的天线单元个数，对于相控阵天线6的移相器采 用连续移相器。馈电网络也需要进行相关的设计，通常采用微带线馈电，对于天线的加工， 微带线形式的馈电网络可以通过普通的蚀刻工艺获得。 说 明 书CN 102914762 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102914762 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102914762 A 。