[发明专利]一种无线实时定位系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种无线实时定位系统和方法。

背景技术

实时定位系统(Real Time Location System，RTLS)是指通过无线通信技术，在一个指定的空间(办公楼、场地、城区、全球)内，实时、或者接近于实时的对目标定位的系统。目标的位置信息是通过测量无线电波的物理特性得到。

无线实时定位系统是一种基于测距技术的定位系统，可分为通过接收定位数据(received signal strength indicator，RSSI)定位，通过到达时间(timeof arrival，TOA)或者到达时间差(time difference on arrival，TDOA)定位，通过到达角度(angle of arrival，AOA)定位等几种技术方案。其基本原理是标签按照一定规律向读写器发送无线信号，3个以上读写器收到该信号后，根据其无线信号的强度、到达时间或到达角度，计算该标签的位置信息。

由于RTLS技术具有广阔的应用前景，如港口集装箱定位、医院医疗设备管理、生产过程管理，亦可用于人员的定位，如煤矿井下人员定位、主题公园儿童保护、医院医生/病人定位等重要领域，美国在上世纪九十年代就开始了这方面的研究，并制定了国家标准，该标准已经成为了国际标准。从目前已经实施的RTLS系统的实际应用效果看，RTLS降低了生产成本、管理成本，提高了管理水平和工作效率，在现代物流、生产过程控制、安全防范方面发挥了重要的作用。

一个典型的实时定位系统包括标签、读写器、无线接入点(可选)、定位引擎和应用系统组成。标签通过单向的无线通讯通道，将标签的ID和状态等数据发送不同的读写器；读写器通过不同的组网方式将数据汇总到定位引擎；定位引擎根据不同读写器收到的标签的定位数据，计算标签的定位信息；应用系统通过定位引擎提供的API访问获取标签的ID信息、状态信息和位置信息。

在典型的定位应用系统中，标签定时将其ID和状态信息发送给读写器，在发送标签ID和状态信息时，读写器与标签之间是单向通讯。标签按照一定的规律、或根据读写器的要求，发送其ID信息以及标签状态信息，这些信息被读写器收到后，按照定位算法，计算其位置信息。标签的无线信息有可能被窃听和假冒，存在用一个仿冒的标签代替真正标签的安全隐患。

而且在进行定位时，可以使用的定位数据只有标签通过无线信道发送给读写器的数据。读写器接收到的定位数据除了与标签之间的距离有关外，还受设备差异和安装位置的不同(包括安装高度，是否有遮挡等)的影响在这种典型架构中，这些影响因素会直接影响定位精度。

最后，无论是在室内还是室外定位中，多径效应都会在很大程度上影响定位的精度，在之前的定位系统中，无法有效的解决多径效应对定位精度的影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无线实时定位系统和方法，能够实现标签与读写器之间的数据通信安全，提高标签容量和定位的精确度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种无线实时定位系统，包括标签、读写器和定位引擎，所述读写器包括三个射频模块和三个天线，所述标签与所述读写器通过所述三个射频模块和三个天线建立三个信道，读写器与定位引擎连接。

一种无线实时定位方法，标签与读写器之间通过三重认证实现数据安全并完成定位计算。

进一步包括以下步骤：

A、标签处于与不少于1个读写器的第一射频模块连通的第一信道，将包括标签ID、标签状态信息和标签身份认证信息的第一标签数据通过第一信道发送给所有读写器的第一射频模块；

B、所有读写器的第一射频模块各自计算接收到的第一标签数据信号的第一定位数据R1，从所有读写器中选择一个读写器，标签切换到与所述读写器的第二射频模块连通的第二信道，进入接收状态；

C、所述读写器的第一射频模块收到第一标签数据，将第一标签数据传递给读写器的第二射频模块，并将标签ID、标签状态信息和第一定位数据R1发送给定位引擎；

D、所述读写器的第二射频模块收到第一标签数据后，产生包括标签ID和标签身份认证信息的第二标签数据，并通过第二信道发送给标签；

E、标签接收到第二标签数据，计算接收到的第二标签数据信号的第二定位数据R2；

F、标签切换到与所述读写器的第三射频模块连通的第三信道，标签产生包括标签ID、标签状态信息、第二定位数据R2和标签身份认证信息的第三标签数据，通过第三信道发送给所述读写器的第三射频模块；