本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線組網(wǎng)領(lǐng)域，特別是一種物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)三維無(wú)線信號(hào)覆蓋的性能測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，在很多領(lǐng)域需要無(wú)線密集組網(wǎng)，良好的組網(wǎng)信號(hào)覆蓋(特別是室內(nèi)組網(wǎng)覆蓋)是系統(tǒng)性能的基本保證。物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線信號(hào)覆蓋是一個(gè)公共基礎(chǔ)問(wèn)題，在覆蓋不良的情況下，會(huì)出現(xiàn)通信斷續(xù)或中斷，影響物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在無(wú)線系統(tǒng)部網(wǎng)實(shí)施過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線系統(tǒng)往往具有組網(wǎng)密度高、單節(jié)點(diǎn)成本低等苛刻要求，而室內(nèi)無(wú)線傳播因素眾多、傳播規(guī)律復(fù)雜，在室內(nèi)幾乎不可能使用解析方法來(lái)計(jì)算，也不能照搬使用2/3/4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等高成本手段，比如信號(hào)覆蓋軟件建模與預(yù)測(cè)，高成本儀器路測(cè)等。在行業(yè)應(yīng)用中，迫切需要一種便攜的高性價(jià)比的無(wú)線信號(hào)覆蓋測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)對(duì)無(wú)線組網(wǎng)的信號(hào)覆蓋性能進(jìn)行快速和有效的測(cè)量。

注：NEO-8M為北斗系統(tǒng)中的模塊；TCXO為溫補(bǔ)晶體振蕩器；UTC時(shí)間為世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；RSSI為接收信號(hào)強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于手持設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)三維無(wú)線信號(hào)測(cè)量方法。

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)三維無(wú)線信號(hào)測(cè)量方法，其特征在于：

A.利用GPS讀取初始時(shí)間和坐標(biāo)，CPU的溫補(bǔ)TCXO實(shí)時(shí)校準(zhǔn)GPS的時(shí)間；

B.將GPS產(chǎn)生初始坐標(biāo)與物聯(lián)網(wǎng)的慣性導(dǎo)航單元產(chǎn)生的相對(duì)坐標(biāo)校準(zhǔn)，生成室內(nèi)的三維絕對(duì)坐標(biāo)；

C.無(wú)線接收單元讀取當(dāng)前信號(hào)RSSI，文件存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)信號(hào)RSSI與B中的三維絕對(duì)坐標(biāo)；

D.存儲(chǔ)上述文件與服務(wù)器同步，服務(wù)器將多個(gè)文件合并與融合后，并生成三維網(wǎng)格，將所得信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性三維插值，生成本區(qū)域完整的信號(hào)強(qiáng)度覆蓋數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，GPS使用NEO-8M高精度模塊；物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)在開(kāi)闊地或窗邊捕獲到GPS信號(hào)，得到三維坐標(biāo)、UTC時(shí)間和秒脈沖。

進(jìn)一步地，利用GPS產(chǎn)生初始秒脈沖和UTC時(shí)間，再設(shè)置高精度TCXO時(shí)鐘進(jìn)行溫度進(jìn)一步補(bǔ)償，在無(wú)GPS時(shí)鐘情況下進(jìn)行時(shí)鐘接力，使得系統(tǒng)在測(cè)試時(shí)間內(nèi)維持高精度統(tǒng)一時(shí)鐘。

進(jìn)一步地，在TCXO上設(shè)有一個(gè)高精度溫度傳感器，測(cè)量其溫度變化對(duì)應(yīng)的偏移誤差，進(jìn)行平均后曲線擬合，將擬合后的數(shù)據(jù)記錄在CPU的flash中，在補(bǔ)償中調(diào)用數(shù)據(jù)，經(jīng)測(cè)量能在4小時(shí)內(nèi)維持ms量級(jí)精度。

優(yōu)選地，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量條件下，需要對(duì)室內(nèi)坐標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，B中的三維絕對(duì)坐標(biāo)與激光測(cè)距坐標(biāo)校準(zhǔn)單元校準(zhǔn)測(cè)量后，生成更精確三維絕對(duì)坐標(biāo)。

優(yōu)選地，使用激光測(cè)距對(duì)A和B中已知標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行偏移坐標(biāo)測(cè)距，測(cè)距后系統(tǒng)生產(chǎn)校準(zhǔn)后的絕對(duì)坐標(biāo)，同時(shí)存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中備用。

進(jìn)一步地，C中的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度接收單元，使用鎖頻的對(duì)應(yīng)頻段物聯(lián)網(wǎng)接收芯片，按照10Hz或更高的頻率讀取當(dāng)前RSSI，結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻時(shí)空坐標(biāo)(x,y,z,t)，合并為一個(gè)五元組，寫入手持設(shè)備文件系統(tǒng)中存儲(chǔ)備用。

進(jìn)一步地，當(dāng)一組測(cè)量完成之后，將所有數(shù)據(jù)通過(guò)WiFi單元同步到服務(wù)器。

進(jìn)一步地，N個(gè)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，并同步到服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、校準(zhǔn)、融合，服務(wù)器生成一個(gè)三維網(wǎng)格，對(duì)測(cè)量三維數(shù)據(jù)進(jìn)行三維線性插值，得到一個(gè)全信號(hào)覆蓋數(shù)據(jù)庫(kù)。

優(yōu)選地，一種物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)三維信號(hào)測(cè)量裝置，包括手持設(shè)備與數(shù)據(jù)融合服務(wù)器，其特征為：手持設(shè)備包括中央處理器CPU，分別與中央處理器CPU連接的物聯(lián)網(wǎng)接收機(jī)、GPS接收機(jī)構(gòu)、激光測(cè)距儀、WiFi同步機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)存器、TCXO與溫度測(cè)量、慣導(dǎo)單元；其中物聯(lián)網(wǎng)接收機(jī)、GPS接收機(jī)構(gòu)和WiFi同步機(jī)構(gòu)都設(shè)有天線；通過(guò)WiFi同步天線與數(shù)據(jù)融合服務(wù)器連接。

本發(fā)明提供的物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)三維無(wú)線信號(hào)測(cè)量方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單科學(xué)，通過(guò)手持設(shè)備經(jīng)過(guò)的每個(gè)空間坐標(biāo)與時(shí)標(biāo)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量，并可由多個(gè)設(shè)備并行測(cè)量，在服務(wù)器端完成數(shù)據(jù)同步與融合，進(jìn)行線性插值生成整個(gè)覆蓋區(qū)域的三維信號(hào)覆蓋數(shù)據(jù)。成本低，測(cè)量簡(jiǎn)單，且能生產(chǎn)室內(nèi)三維信號(hào)覆蓋，便于評(píng)估組網(wǎng)與干擾性能。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖：

圖1是本發(fā)明一種物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)三維無(wú)線信號(hào)測(cè)量方法實(shí)施例示意圖；

圖2為時(shí)標(biāo)產(chǎn)生與維持的流程圖；

圖3為慣性導(dǎo)航坐標(biāo)產(chǎn)生的示意圖；

圖4為激光測(cè)距校準(zhǔn)流程示意圖；

圖5為RSSI接收與記錄流程示意圖；

圖6為多個(gè)設(shè)備測(cè)量時(shí)的工作示意圖；

圖7為一種物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)三維無(wú)線信號(hào)測(cè)量裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此以本發(fā)明的示意性實(shí)施例及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

如圖1至圖7所示，一種物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)三維無(wú)線信號(hào)測(cè)量方法，GPS單元使用NEO-8M高精度模塊；通過(guò)在開(kāi)闊地或窗邊捕獲到GPS信號(hào)，得到三維坐標(biāo)、UTC時(shí)間和秒脈沖。CPU根據(jù)秒脈沖，結(jié)合TCXO和測(cè)溫電路，對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)后，CPU維持一個(gè)誤差為10us量級(jí)的精確時(shí)鐘，給出鎖定指示?？梢赃M(jìn)入室內(nèi)測(cè)量，由于坐標(biāo)的更新速率可到10Hz或更高，可以用小跑的速度測(cè)量，一來(lái)降低測(cè)量時(shí)間，二來(lái)降低慣性導(dǎo)航單元的積累誤差。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)接收機(jī)實(shí)時(shí)更新RSSI，該物聯(lián)網(wǎng)接收機(jī)可采用頻段通用低成本的接收機(jī)來(lái)接收RSSI；同時(shí)通過(guò)慣性導(dǎo)航單元生成每個(gè)時(shí)刻的室內(nèi)坐標(biāo)(x,y,z),結(jié)合時(shí)標(biāo)，生成每一個(gè)時(shí)刻的三維信號(hào)強(qiáng)度采樣值，形成五元組(x,y,z,t,RSSI)。

CPU對(duì)每個(gè)三維信號(hào)強(qiáng)度采樣值進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，記錄到SD卡文件中。

激光測(cè)距單元為三個(gè)相互垂直的測(cè)距單元(一個(gè)單元垂直向下測(cè)距，測(cè)出離開(kāi)地面的高度，另外兩個(gè)單元測(cè)出與墻壁的距離)，測(cè)量與一個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)偏差；手動(dòng)設(shè)置生成帶時(shí)標(biāo)的一個(gè)校準(zhǔn)絕對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)(x_c,y_c,z_c,t)，同步記錄到SD卡中。

當(dāng)一組測(cè)量完成之后，將所有數(shù)據(jù)通過(guò)WiFi同步到服務(wù)器。

N個(gè)設(shè)備可同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，可將一個(gè)大區(qū)域分割為多個(gè)小區(qū)域同步測(cè)量；并同步到服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、校準(zhǔn)、融合，數(shù)據(jù)服務(wù)器生成一個(gè)三維網(wǎng)格，比如精度0.1m間距，對(duì)測(cè)量三維數(shù)據(jù)進(jìn)行三維線性插值，也可以選高階插值提高精度，得到一個(gè)全信號(hào)覆蓋數(shù)據(jù)庫(kù)。

時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元：一個(gè)動(dòng)態(tài)的三維信號(hào)數(shù)據(jù)需要一個(gè)全局統(tǒng)一的精確時(shí)鐘，GPS時(shí)鐘在室內(nèi)不能使用，使用GPS時(shí)鐘初始化，然后利用CPU接續(xù)校準(zhǔn)的方法，維持精確時(shí)鐘。GPS在開(kāi)闊的地方定位后得到UTC時(shí)間和秒脈沖，利用該初始時(shí)間用CPU進(jìn)行接力計(jì)時(shí)；CPU使用1ppm左右的TCXO，在TCXO上設(shè)計(jì)了一個(gè)高精度溫度傳感器，測(cè)量其溫度變化對(duì)應(yīng)的偏移誤差，進(jìn)行平均后曲線擬合，將擬合后的數(shù)據(jù)記錄在CPU的flash中，在補(bǔ)償中調(diào)用數(shù)據(jù)，經(jīng)測(cè)量能在4小時(shí)內(nèi)維持ms量級(jí)精度。滿足多設(shè)備數(shù)據(jù)同步測(cè)量的要求，每秒測(cè)量10次信號(hào)強(qiáng)度，每次100ms時(shí)間，誤差很小。

慣性導(dǎo)航單元：本單元根據(jù)高精度GPS單元在開(kāi)闊地或窗口邊獲得三維坐標(biāo)：經(jīng)緯度和高度，經(jīng)緯度是度分格式，高度單位是m，然后與慣性導(dǎo)航芯片進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)后，慣性導(dǎo)航芯片9軸：三軸加速度，三軸陀螺儀，三軸磁力計(jì)，慣性導(dǎo)航芯片輸出通過(guò)計(jì)算相對(duì)坐標(biāo)，生成當(dāng)前時(shí)刻的絕對(duì)坐標(biāo)。

激光測(cè)距校準(zhǔn)單元：在室內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間，超過(guò)一小時(shí)或大區(qū)域測(cè)量時(shí)，慣性導(dǎo)航單元會(huì)產(chǎn)生較大的積累誤差，可在室內(nèi)校準(zhǔn)該坐標(biāo)；選定一個(gè)室內(nèi)已知坐標(biāo)點(diǎn)，比如墻壁上某個(gè)標(biāo)簽，通過(guò)激光測(cè)距單元測(cè)量與標(biāo)簽的相對(duì)坐標(biāo)偏差，作為校準(zhǔn)值聯(lián)合時(shí)標(biāo)記錄在SD卡中。

信號(hào)強(qiáng)度接收與記錄單元：如上所述，在系統(tǒng)準(zhǔn)備好時(shí)空坐標(biāo)(x,y,z,t)后，無(wú)線接收機(jī)單元采用具有鎖頻功能的通用物聯(lián)網(wǎng)芯片，一般來(lái)說(shuō)，此類芯片具有-100～-30dBm的RSSI自動(dòng)測(cè)量范圍，實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)前時(shí)刻所關(guān)心頻段的RSSI值，合并時(shí)空坐標(biāo)組成五元組(x,y,z,t,RSSI)，然后將該數(shù)據(jù)存入SD卡文件當(dāng)中，即使以每秒100次的速率測(cè)量，SD卡數(shù)量率也不超過(guò)50kbps的寫入速度。

數(shù)據(jù)同步單元：在多個(gè)手持設(shè)備完成一定區(qū)域的測(cè)量后，將數(shù)據(jù)通過(guò)wifi單元同步到數(shù)據(jù)服務(wù)器，服務(wù)器首先進(jìn)行初步融合，按時(shí)空坐標(biāo)合并冗余數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務(wù)器生成均勻坐標(biāo)三維網(wǎng)格，基于場(chǎng)強(qiáng)的連續(xù)變化原理；進(jìn)行三維線性插值得到全覆蓋的信號(hào)覆蓋數(shù)據(jù)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。