基于UWB技术的室内定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于UWB技术的室内定位方法，属于高精度室内定位领域，所述方法包括：所述第一UWB基站向第二UWB基站、第三UWB基站和待定位标签发送时间同步信息，实现各个设备的时间同步；所述待定位标签根据时隙型ALOHA算法，向第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站发送自身设备信息；所述第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站接收所述待定位标签发送的自身设备信息，并将该信息上传至所述上位机；所述上位机对获得的信息进行计算，实现对所述待定位标签的位置定位。与现有技术相比，本发明专利技术具有成本低、信号碰撞几率小、不影响数据接收、定位精度高，以及能够实现标签容量扩充的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高精度室内定位领域，特别是指一种基于UWB技术的室内定位方法。
技术介绍
在无线通信技术中，通信碰撞的问题是长久以来一直存在的问题，而对于UWB室内定位技术，要做到对大量标签可靠定位的效果，必须实现标签的防碰撞，目前无线通信中的防碰撞处理，主要有以下几种方法：现有技术一频分多路法：即把若干使用不同载波频率的传输通路同时供通信用户使用的技术。一个标签阅读器包含多个频段的接收通路，每个通路间不会受到其他接收通路的影响，响应的标签也人为的分配一个固定的通路，多个不同通路的标签，与阅读器通信互相不受影响。现有技术一的缺点：技术成本高，每个信号接收通路必须使用单独的接收器件，相比单个信号接收通路的设备，成本大大提高；另外标签的信号通路多样，使用差异性大，对管理成本也非常高；对于UWB应用来讲，由于UWB带宽大(500MHz带宽，即通信通路的宽度)，可使用的通信通路非常少，在阅读器识别区域内若有大量标签则防碰撞效果大大降低。现有技术二时分多路法：即基于纯ALOHA算法进行无线通信防碰撞处理的方法。纯ALOHA算法是一种数据信号随机接入的方法，每个标签周期性的循环将数据发送给阅读器，多个标签在不同的时间段上发送数据，对每个标签来说发送数据的所占用的时间远比循环的周期要小很多，故可以在周期内随机取一个时间点发送数据。现有技术二的缺点：纯ALOHA算法的效率较低，其通用计算公式为：假设随机发送的数据分布符合泊松分布，设吞吐量S为在帧的发送时间T0内成功发送的平均帧数；网络负载G为在T0内总共发送的平均帧数。则：吞吐量S＝G*e-2G极大值为G＝0.5时，S＝0.184从上式可见，当所有标签发射的信号在空中传输所占用的总时间小于0.184即18.4％(以1秒为列，通信总时间仅占0.184秒)时标签数据在空中成功传输数据的概率将大大提高，据统计约为97％，但是18.4％的通信效率非常低，当阅读器识别范围内标签较少时，可很好的工作，当阅读器识别范围内标签较多,空中传输所占用的总时间超过18.4％时，信号的碰撞几率将大大提高，通信效率大大降低。传统的有源RFID标签，基于功耗以及使用寿命的考虑，常使用简单的纯ALOHA法，即标签隔随机时间向阅读器发送数据信息，但是对于UWB技术的应用，在标签发送数据的过程中，若有其他标签也在发送数据，则阅读器端接收到的信号有可能发生部分碰撞、完全碰撞，如图3所示。由于UWB技术需要对标签进行精度较高的定位，故如果标签较多碰撞几率较大，不仅会影响数据接收，还会影响定位精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种成本低、信号碰撞几率小、不影响数据接收、定位精度高，以及能够实现标签容量扩充的基于UWB技术的室内定位方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一种基于UWB技术的室内定位方法，用于无线定位系统，所述无线定位系统包括上位机和能够与所述上位机进行无线通信的第一UWB基站、第二UWB基站、第三UWB基站，以及能够采用时隙型S-ALOHA算法与所述第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站进行无线通信的若干待定位标签，所述方法包括：步骤1：所述第一UWB基站向第二UWB基站、第三UWB基站和待定位标签发送时间同步信息，实现所述第二UWB基站、第三UWB基站和待定位标签与所述第一UWB基站的时间同步；步骤2：所述待定位标签根据时隙型ALOHA算法，向第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站发送自身设备信息；步骤3：所述第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站接收所述待定位标签发送的自身设备信息，并将该信息上传至所述上位机；步骤4：所述上位机对获得的信息进行计算，并结合第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站的实际位置，实现对所述待定位标签的位置定位。进一步的，所述步骤1之后，包括：步骤11：所述第一UWB基站初始化数据，并设定发送时间同步信息的一个周期的时间。进一步的，所述步骤2进一步为：经过时间同步后的所述待定位标签在所述第一UWB基站发送时间同步信息的一个周期内，选取随机的时间片，在时间到达选取的时间片时，所述待定位标签向第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站发送自身设备信息。进一步的，所述步骤1之前，包括：步骤0：所述待定位标签开启低功耗接收状态；所述步骤2之后，包括：步骤21：所述待定位标签进行休眠补时，休眠补时结束后，所述待定位标签重新开启低功耗接收状态。进一步的，所述休眠补时的时间等于所述第一UWB基站发送时间同步信息的一个周期的时间减去所述待定位标签选取的随机时间片的时间。进一步的，所述步骤4包括：所述上位机根据所述第一UWB基站和第二UWB基站接收到所述待定位标签发送的自身设备信息的时间计算第一双曲线，所述上位机根据所述第二UWB基站和第三UWB基站接收到所述待定位标签发送的自身设备信息的时间计算第二双曲线，所述第一双曲线和第二双曲线交于一点，再根据第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站的实际位置，计算得出待定位标签的位置信息。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的UWB技术不适用现有技术中的频分多路法，因此不会造成设备成本和管理成本高的问题。本专利技术中，首先通过第一UWB基站对室内的待定位标签进行时间同步，根据UWB定位技术对接收信号的处理特性，则不会出现接收信号时间出现错误的情况。而且，本专利技术中，待定位标签采用时隙型S-ALOHA算法向第一、第二和第三UWB基站发送自身设备信息，即待定位标签在不同的时间片段内向UWB基站发送自身设备信息，这样，避免了现有技术中采用纯ALOHA算法，在连续的时间上发送信号导致的部分碰撞的情况，从而降低了信号的碰撞几率，避免了影响数据接收的情况，提高了待定位标签的定位精度，不仅如此，本专利技术中采用的时隙型S-ALOHA算法能够在纯ALOHA算法的基础上将数据的吞吐量提升一倍，进而使待定位标签容量的扩充。综上，与现有技术相比，本专利技术具有成本低、信号碰撞几率小、不影响数据接收、定位精度高，以及能够实现标签容量扩充的特点。因此，本专利技术能够实现对大量待定位标签的精确定位。附图说明图1为本专利技术的基于UWB技术的室内定位方法的流程示意图；图2为本专利技术的基于UWB技术的室内定位方法的对待定位标签进行坐标定位的坐标示意图；图3为现有技术中采用纯ALOHA算法的信号碰撞的原理示意图；图4为本专利技术的基于UWB技术的室内定位方法的采用S-ALOHA算法的信号碰撞的原理示意图；图5为本专利技术的基于UWB技术的室内定位方法的UWB基站接收信号的帧结构；图6为本专利技术的基于UWB技术的室内定位方法的一种实施例的待定位标签工作流程示意图；图7为本专利技术的基于UWB技术的室内定位方法的一种实施例的第一UWB基站工作流程示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。一方面，本专利技术提供一种基于UWB技术的室内定位方法，用于无线定位系统，无线定位系统包括上位机和能够与上位机进行无线通信的第一UWB基站、第二UWB基站、第三UWB基站，以及能够采用时隙型S-ALOHA算法与第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站进行无线通信的若干待定位标签，如图1所示，方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于UWB技术的室内定位方法，用于无线定位系统，其特征在于，所述无线定位系统包括上位机和能够与所述上位机进行无线通信的第一UWB基站、第二UWB基站、第三UWB基站，以及能够采用时隙型S‑ALOHA算法与所述第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站进行无线通信的若干待定位标签，所述方法包括：步骤1：所述第一UWB基站向第二UWB基站、第三UWB基站和待定位标签发送时间同步信息，实现所述第二UWB基站、第三UWB基站和待定位标签与所述第一UWB基站的时间同步；步骤2：所述待定位标签根据时隙型ALOHA算法，向第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站发送自身设备信息；步骤3：所述第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站接收所述待定位标签发送的自身设备信息，并将该信息上传至所述上位机；步骤4：所述上位机对获得的信息进行计算，并结合第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站的实际位置，实现对所述待定位标签的位置定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB技术的室内定位方法，用于无线定位系统，其特征在于，所述无线定位系统包括上位机和能够与所述上位机进行无线通信的第一UWB基站、第二UWB基站、第三UWB基站，以及能够采用时隙型S-ALOHA算法与所述第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站进行无线通信的若干待定位标签，所述方法包括：步骤1：所述第一UWB基站向第二UWB基站、第三UWB基站和待定位标签发送时间同步信息，实现所述第二UWB基站、第三UWB基站和待定位标签与所述第一UWB基站的时间同步；步骤2：所述待定位标签根据时隙型ALOHA算法，向第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站发送自身设备信息；步骤3：所述第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站接收所述待定位标签发送的自身设备信息，并将该信息上传至所述上位机；步骤4：所述上位机对获得的信息进行计算，并结合第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站的实际位置，实现对所述待定位标签的位置定位。2.根据权利要求1所述的基于UWB技术的室内定位方法，其特征在于，所述步骤1之后，包括：步骤11：所述第一UWB基站初始化数据，并设定发送时间同步信息的一个周期的时间。3.根据权利要求2所述的基于UWB技术的室内定位方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳，
申请(专利权)人：北京永安信通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11