一种UWB高精度定位系统及其方法技术方案

公开了一种UWB高精度定位系统及其方法。通过在定位系统中设置已知位置的UWB定位信号接收器，获取到UWB定位信号发送器发射定位信号的时间差值。在本发明专利技术中，已知位置的UWB定位信号接收器接收UWB定位信号发送器发射的定位信号，并记录其到达自身的计时值，并将所述计时值不进行计算，直接广播至各定位终端。定位终端根据自身需要选择出部分与适用于对自身进行定位UWB定位信号发送器相对应的计时值计算出的与之对应的时间修正值。相比于利用已知位置的UWB定位信号接收器完成全部时间修正值的计算后再向各待定位装置广播所述时间修正值，大大增强了获取时间修正值的时效性，并减少了已知位置的UWB定位信号接收器的计算量。

【技术实现步骤摘要】
一种UWB高精度定位系统及其方法
本专利技术涉及UWB高精度定位领域，具体涉及一种UWB高精度定位系统及其方法。
技术介绍
短距离、高精度室内定位技术在城市密集区域和室内封闭空间应用非常广泛。UWB(UltraWideBand，超宽带)信号以其较高的时间分辨率被广泛应用于定位技术中，UWB定位系统的一种信号收发方式为，定位基站发射定位信号，待定位装置接收定位信号，并利用到达时间TOA(TimeofArrivial)定位算法或到达时间差TDOA(TimeDifferenceofArrivial)定位算法实现对待定位装置的定位。TOA定位需要各定位基站与待定位装置精确的时钟同步才能实现较高精度的定位；TDOA定位需要已知各定位基站发射定位信号精确的时序关系。现有技术中确定各个定位基站之间发射定位信号时序关系的方法主要是使各个定位基站间实现精确的时钟同步，常用的同步方法主要有两种，一是各个定位基站中各自包含精确的同步时钟，如原子钟等，这种方法成本较高，且需定期对其进行时钟校准；二是各定位基站间传输同步信号，此方法需要各定位基站包含同步信号接收机，所述接收机需对同步信号进行滤波、放大、整形等处理，其结构较为复杂，成本及功耗都较高，且同步系统独立于定位系统存在，造成了资源浪费。由此，本领域出现了在定位系统中增设已知位置的定位信号接收装置，与待定位装置共同接收定位基站发射的定位信号，并记录定位信号到达自身的时间值，已知位置的定位信号接收装置利用定位信号到达自身的时间值、自身的位置信息以及定位基站的位置信息结算出定位基站发射定位信号的时间差值，由于所述时间差值是绝对的时间段信息，无论待定位装置与所述已知位置的定位信号接收装置是否进行时钟同步，其同样适用于待定位装置。在利用TDOA定位算法解算待定位装置的位置时，需要用到至少三个定位基站，在定位基站较多的定位系统中，待定位装置选择其中最适用于自身定位的定位基站进行定位，因此，已知位置的定位信号接收装置需要计算出每两个定位基站发射定位信号的时间差值，以适应不同的待定位装置的选择。然而，在定位基站较多的定位系统中，已知位置的定位信号接收装置需要较长的时间计算每两个定位基站发射定位信号的时间差值，当完成全部计算后再向各待定位装置广播所述时间差值时严重影响了对待定位装置定位的时效性。因此，研究如何高时效性的获取定位基站发射定位信号的时间差值成为了本领域研究人员亟需解决的问题。
技术实现思路
依据本专利技术的一个方面，公开了一种UWB高精度定位系统，包括至少1个UWB定位信号发送器组以及用于对UWB定位信号发送器组进行同步控制的至少1个中心控制器，1个UWB定位信号发送器组包括N个UWB定位信号发送器，其中，N为等于或大于3的整数，任意一个UWB定位信号发送器与中心控制器之间实现无线通信；还包括至少1个定位终端，定位终端用于接收各个UWB定位信号发送器发出的UWB定位信号，定位终端与中心控制器之间实现无线通信；还包括至少1个已知位置的UWB定位信号接收器，已知位置的UWB定位信号接收器用于接收各个UWB定位信号发送器发出的UWB定位信号，同时，已知位置的UWB定位信号接收器分别与定位终端、中心控制器之间实现无线通信。依据本专利技术的另一个方面，公开了一种UWB定位方法，包括以下步骤：中心控制器向UWB定位信号发送器发送发射指令，各个UWB定位信号发送器接收所述发射指令并在一定的时间间隔范围内分别发送UWB定位信号，所述UWB定位信号发送器具有已知位置；中心控制器向UWB定位信号接收器和定位终端发送接收指令，UWB定位信号接收器和定位终端接收到接收指令后均开启接收模式，并接收UWB定位信号；UWB定位信号接收器接收并记录下接收到各个UWB定位信号的接收时间，得到第一计时值组，其中，UWB定位信号接收器具有已知位置；定位终端记录下接收到各个UWB定位信号的接收时间，得到与自身相对应的第二计时值组，且所述各个定位终端还从UWB定位信号接收器接收第一计时值组；各个定位终端通过UWB定位信号接收器的位置、UWB定位信号发送器的位置以及第一计时值组得到定位系统的时间修正值，且所述各个定位终端通过所述时间修正值，得到仅与本定位终端和定位信号发送器之间距离相对应的计时量，且所述各个定位终端通过与自身对应的第二计时值组以及UWB定位信号发送器的位置，通过TDOA算法计算出本定位终端的位置。本专利技术通过在定位系统中设置已知位置的UWB定位信号接收器，获取到UWB定位信号发送器发射定位信号的时间差值。在本专利技术中，已知位置的UWB定位信号接收器接收UWB定位信号发送器发射的定位信号，并记录其到达自身的计时值，并将所述计时值不进行计算，直接广播至各定位终端。定位终端根据自身需要选择出部分与适用于对自身进行定位UWB定位信号发送器相对应的计时值计算出的与之对应的时间修正值。相比于利用已知位置的UWB定位信号接收器完成全部时间修正值的计算后再向各待定位装置广播所述时间修正值，大大增强了获取时间修正值的时效性，并减少了已知位置的UWB定位信号接收器的计算量。附图说明图1给出依据本专利技术一种UWB高精度定位系统100的示意图；图2给出依据本专利技术一种UWB高精度定位方法200的流程图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。图1给出依据本专利技术一种实施例的UWB高精度定位系统100的示意图。本实施例所述的一种UWB高精度定位系统100示例性地包括1个UWB定位信号发送器组以及用于对UWB定位信号发送器组进行同步控制的1个中心控制器CC，其中，UWB定位信号发送器组包括N个已知位置的UWB定位信号发送器，N为等于或大于3的整数，在本实施例中N取5，UWB定位信号发送器分别为BS1-BS5。任意一个UWB定位信号发送器与中心控制器CC之间实现无线通信。定位系统100还示例性地包括2个定位终端MS1和MS2，定位终端用于接收各个UWB定位信号发送器发出的UWB定位信号，定位终端与中心控制器CC之间实现无线通信。定位系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种UWB定位系统，其特征在于，所述UWB定位系统包括：中心控制器，发送发射指令和接收指令；UWB定位信号发送器，其特征在于，所述UWB定位信号发送器具有已知位置，且所述各个UWB定位信号发送器接收所述发射指令并在一定的时间间隔范围内分别发送UWB定位信号；UWB定位信号接收器，其特征在于，所述UWB定位信号接收器具有已知位置，所述UWB定位信号接收器接收所述接收指令以开启接收模式，所述UWB定位信号接收器接收并记录下接收到各个UWB定位信号的接收时间，得到第一计时值组；以及定位终端，其特征在于，所述定位终端接收所述接收指令以与所述UWB定位信号接收器同步开启接收模式，所述各个定位终端接收并记录下接收到各个UWB定位信号的接收时间，得到与自身相对应的第二计时值组，且所述各个定位终端还从UWB定位信号接收器接收第一计时值组；其特征在于，所述各个定位终端通过UWB定位信号接收器的位置、UWB定位信号发送器的位置以及第一计时值组得到定位系统的时间修正值，且所述各个定位终端通过所述时间修正值，得到仅与本定位终端和定位信号发送器之间距离相对应的计时量，且所述各个定位终端通过与自身对应的第二计时值组以及UWB定位信号发送器的位置，通过TDOA算法计算出本定位终端的位置。...

【技术特征摘要】
1.一种UWB定位系统，其特征在于，所述UWB定位系统包括：中心控制器，发送发射指令和接收指令；UWB定位信号发送器，其特征在于，所述UWB定位信号发送器具有已知位置，且所述各个UWB定位信号发送器接收所述发射指令并在一定的时间间隔范围内分别发送UWB定位信号；UWB定位信号接收器，其特征在于，所述UWB定位信号接收器具有已知位置，所述UWB定位信号接收器接收所述接收指令以开启接收模式，所述UWB定位信号接收器接收并记录下接收到各个UWB定位信号的接收时间，得到第一计时值组；以及定位终端，其特征在于，所述定位终端接收所述接收指令以与所述UWB定位信号接收器同步开启接收模式，所述各个定位终端接收并记录下接收到各个UWB定位信号的接收时间，得到与自身相对应的第二计时值组，且所述各个定位终端还从UWB定位信号接收器接收第一计时值组；其特征在于，所述各个定位终端通过UWB定位信号接收器的位置、UWB定位信号发送器的位置以及第一计时值组得到定位系统的时间修正值，且所述各个定位终端通过所述时间修正值，得到仅与本定位终端和定位信号发送器之间距离相对应的计时量，且所述各个定位终端通过与自身对应的第二计时值组以及UWB定位信号发送器的位置，通过TDOA算法计算出本定位终端的位置。2.如权利要求1所述的UWB定位系统，其特征在于，所述各个定位终端通过UWB定位信号接收器的位置和部分UWB定位信号发送器的位置以及第一计时值组中与所述部分UWB定位信号发送器相对应的计时值得到定位系统中与所述部分UWB定位信号发送器对应的时间修正值，再利用与自身对应的第二计时值组中与所述部分UWB定位信号发送器对应的计时值和所述部分UWB定位信号发送器的位置，通过TDOA算法计算出本定位终端的位置。3.如权利要求1所述的UWB定位系统，其特征在于，中心控制器，发送发射指令和接收指令；UWB定位信号发送器，其特征在于，所述UWB定位信号发送器具有已知位置，且所述各个UWB定位信号发送器接收所述发射指令并在一定的时间间隔范围内分别发送UWB定位信号；UWB定位信号接收器，其特征在于，所述UWB定位信号接收器具有已知位置，所述UWB定位信号接收器接收所述接收指令以开启接收模式，所述UWB定位信号接收器接收并记录下接收到各个UWB定位信号的接收时间，得到第一计时值组；以及定位终端，其特征在于，所述定位终端接收所述接收指令以与所述UWB定位信号接收器同步开启接收模式，所述各个定位终端接收并记录下接收到各个UWB定位信号的接收时间，得到与自身相对应的第二计时值组；其特征在于，所述中心控制器从UWB定位信号接收器接收第一计时值组且从所述定位终端接收所述第二计时值组，且所述中心控制器通过UWB定位信号接收器的位置、UWB定位信号发送器的位置以及第一计时值组得到定位系统的时间修正值，且所述中心控制器通过所述时间修正值，得到仅与定位终端和定位信号发送器之间距离相对应的计时量，且所述中心控制器通过与自身对应的第二计时值组以及UWB定位信号发送器的位置，通过TDOA算法计算出定位终端的位置。4.如权利要求1-3任一项所述的UWB定位系统，其特征在于，所述各个定位终端与UWB定位信号接收器均包含多路时钟，当各个定位终端与UWB定位信号接收器同步开启接收模式的同时，所述各个定位终端与UWB定位信号接收器复位各自的多路时钟以使多路时钟开始计时。5.根据权利要求4所述的UWB定位系统，其特征在于，所述UWB定位信号接收器接收到第一个达到的UWB定位信号后，停止该UWB定位信号对应的一路时钟，得到第一个计时值；UWB定位信号接收器接收到第二个达到的UWB定位信号后，停止该UWB定位信号对应的一路时钟，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓章，赵鹏，安鹏，
申请(专利权)人：四川中电昆辰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51