提高枪支离位报警系统中UWB测距精度的方法技术方案

公开了一种提高枪支离位报警系统中UWB测距精度的方法，包括：由安装于枪支内的信标的UWB模块在第一时刻向岗亭基站发出测距请求脉冲信号，岗亭基站UWB模块在第二时刻接收到请求脉冲信号，并在第三时刻向信标发出响应信号，信标的UWB模块在第四时刻接收到所述响应信号，并在第五时刻发出结束信号，岗亭基站UWB模块在第六时刻接收到结束信号；基于第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第五时刻和第六时刻计算出脉冲信号在信标和岗亭基站两者之间的双向飞行时间，从而确定UWB测距信息，其中，UWB测距信息是信标到岗亭基站的距离；以及基于多组不同的参数配置，自适应选择相应的参数配置对UWB测距信息数据进行滤波处理。

Method of Improving UWB Ranging Accuracy in Gun Off-position Alarm System

A method for improving the accuracy of UWB ranging in the gun off-position alarm system is disclosed. The UWB module of the beacon installed in the gun sends the ranging request pulse signal to the Gangting base station at the first time, the UWB module of the Gangting base station receives the request pulse signal at the second time, and sends the response signal to the beacon at the third time, and the UWB module of the beacon receives the ranging request pulse signal at the fourth time. The response signal is described and the end signal is sent at the fifth moment. The UWB module of the Gangting base station receives the end signal at the sixth moment. Based on the first moment, the second moment, the third moment, the fourth moment, the fifth moment and the sixth moment, the bidirectional flight time of the pulse signal between the beacon and the Gangting base station is calculated to determine the UWB ranging information, in which the UWB ranging information is The distance between beacon and Gangting base station, and the filtering of UWB ranging information data based on different parameter configurations are adaptively selected.

【技术实现步骤摘要】
提高枪支离位报警系统中UWB测距精度的方法
本专利技术涉及一种提高UWB(UltraWideband，超宽带)测距精度的方法，特别涉及一种提高枪支离位报警系统中UWB测距精度的方法。
技术介绍
近年来，各国已发生数起抢夺、盗窃军警执勤枪支弹药，给人民的人身安全和社会安定带来危害。枪支的在位管理、离位报警、已经成为各国政府需要解决的问题。准确显示执勤枪支距离岗亭的当前位置，当枪支发生离位时迅速精准的报警，实时获悉枪支动态信息与异常情况并迅速响应成为测距技术的一项重要应用领域。目前，常用的测距技术RFID，有相关的专利应用于枪支离位检测，但是RFID基于射频信号场强计算距离，对于不同的应用环境测距结果不一致，容易造成枪支离位的误报警。UWB超带宽技术具有精度高(唯一能满足亚米级的无线测距定位方案)、容量大、功耗低等特点，在精确定位的应用需求上具有强大优势。然而，在人体、物体遮挡等非视距环境下，无线信号通过多种途径被接收，而多径效应会带来时延不同步、信号衰减、极化改变、链路不稳定等一系列问题，从而在一定程度上降低精度、产生测距误差，因此需要成熟稳定的算法和系统级方案来保证测距精度。而且，实际应用中所需的测距频率较低，且测距数据无规律，每次测距的数据变动及干扰具有随机性，因而常用的FIR滤波器、IIR滤波器、卡尔曼滤波器等单一数字滤波器难以设计参数、无法适应不同测距环境，过于复杂的数据计算也会增大单片机的运算负荷，延缓数据处理速率，降低系统实时性，所以需要采用计算复杂度低、适应性强的滤波算法及实时性高的数据处理流程来保障系统性能与提高测距精度。
技术实现思路
为解决以上难题，本专利技术提供了一种提高UWB测距精度的方法，应用于枪支离位报警系统。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种提高枪支离位报警系统中UWB测距精度的方法，包括：由安装于枪支内的信标的UWB模块在第一时刻向岗亭基站发出测距请求脉冲信号，所述岗亭基站UWB模块在第二时刻接收到所述请求脉冲信号，并在第三时刻向所述信标发出响应信号，所述信标的UWB模块在第四时刻接收到所述响应信号，并在第五时刻发出结束信号，所述岗亭基站UWB模块在第六时刻接收到所述结束信号；基于所述第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第五时刻和第六时刻计算出脉冲信号在所述信标和所述岗亭基站两者之间的双向飞行时间，从而确定UWB测距信息，其中，所述UWB测距信息是所述信标到所述岗亭基站的距离；以及基于多组不同的参数配置，自适应选择相应的参数配置对所述UWB测距信息数据进行滤波处理。优选地，所述确定UWB测距信息进一步包括：根据脉冲信号在所述信标和所述岗亭基站两者之间的单向飞行时间与电磁波传播速度的乘积，计算得出所述UWB测距信息，其中，所述单向飞行时间是基于以下公式计算得到的：TTOF＝(2TRR-TSP-2TSR+TRP+TRF-TSF)/4其中，TTOF是所述单向飞行时间，TSP是所述第一时刻，TRP是所述第二时刻，TSR是所述第三时刻，TRR是所述第四时刻，TSF是所述第五时刻，并且TRF是所述第六时刻。优选地，所述多组不同的参数配置包括：慢速权值、快速权值和跳变权值。优选地，所述自适应选择相应的参数配置对所述UWB测距信息数据进行滤波处理进一步包括：建立一个队列；针对静止或慢速移动的情形、快速移动的情形和有遮挡环境的情形，分别建立所述慢速权值、所述快速权值和所述跳变权值；接收一个新的测量数据，压入所述队列；计算所述新的测量数据与上一次显示值的差值；以及根据所述差值来选择对应的权值以进行滤波运算。优选地，所述根据所述差值来选择对应的权值以进行滤波运算进一步包括：如果所述差值大于误差，则抛弃所述新的测量数据，保持上一次显示值；如果所述差值大于最大值，则判断所述新的测量数据为跳变的可能性大，使用所述跳变权值作为权重分配；如果所述差值大于快速移动阈值，则判断所述新的测量数据为跑步状态的可能性大，使用所述快速权值作为权重分配；如果所述差值大于慢速移动阈值，则判断所述新的测量数据为走动状态的可能性大，使用所述慢速权值作为权重分配；以及如果所述差值小于所述慢速移动阈值，则不对所述新的测量数据进行处理，使用原始测量数据。优选地，在所述根据所述差值来选择对应的权值以进行滤波运算的步骤之前，进一步包括：基于所述信标内的加速度传感器所获得的信标运动状态，评估所述新的测量数据为异常数据的可能性，其中信标运动速度被计算，以根据原始数据与上一次测量值的差值判断数据正确或异常的可能性。优选地，所述信标内的加速度传感器根据所感测到的信标的不同运动状态，自适应调整所述信标的UWB模块的测距频率。优选地，所述滤波处理包括限幅滤波、递推平均滤波、加权平均滤波。优选地，所述UWB测距信息数据被存储在一个FIFO队列中，每次接收到的新测距数据被压入所述FIFO队列尾部，队头的数据被移除，对所述FIFO队列内的数据处理得出当前测距信息。所述方法运行在信标及基站的嵌入式硬件平台上，使用UWB技术完成基础测距与数据传输，使用数字滤波技术进行测距数据的优化处理，在有物体遮挡的非视距情况下抑制数据跳变、平滑稳定数据，从而在严重信号衰减及多径效应的场景下提高测距精度。因此，根据本专利技术实施例的方法能够在非视距、物体遮挡、有干扰的情况下，抑制测距数据的跳变，降低测距误差，提高测距稳定性，在实际应用的测距监控系统中，提高系统精度与报警准确度。根据本公开和附图的下面的详细描述，对本领域的普通技术人员来说其它的目的、特征、以及优点将是显而易见的。附图说明附图图示了本专利技术的方法核心逻辑、仿真效果图和实测效果图，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。在附图中：图1示出了根据本专利技术实施例的基于UWB技术的枪支离位报警系统100的系统架构图；图2示出了根据本专利技术实施例的信标内部电路示意图200；图3示出了根据本专利技术实施例的提高枪支离位报警系统中UWB测距精度的方法的流程图300。图4示出了根据本专利技术实施例的基于UWB的测距原理图；图5示出了根据本专利技术实施例的自适应滤波方法的流程图；图6示出了根据本专利技术实施例的数据处理流程图；图7示出了根据本专利技术实施例的MATLAB数据仿真处理效果图；以及图8示出了根据本专利技术实施例的数据实测处理效果图。具体实施方式根据本专利技术的实施例公开了一种提高枪支离位报警系统中UWB测距精度的方法。在以下描述中，为了说明目的，阐述了多个具体细节以提供对本专利技术的实施例的全面理解。然而，对于本领域人员显而易见的是，本专利技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实现。图1示出了根据本专利技术实施例的基于UWB技术的枪支离位报警系统的系统架构图100。如图1所示，根据本专利技术的枪支离位报警系统包括安装在岗亭101的基站103和安装在枪支107内的信标105。尽管图中示意性地示出了一个岗亭基站和一个信标，并且为了简洁性省略了后台业务处理部分，但是本领域技术人员理解，只是为了方便说明列出的特定数目的岗亭基站和信标，它们并不受限于所列出的数量，根据情形可以具有更多或更少的岗亭基站和信标，并且具有统一接入的后台指挥控制平台。所述岗亭基站103可以安置在例如执勤哨位岗亭处，能通过UWB测距技术，确定信标到岗亭基站的距离。图1示出了安装了信标105的枪支1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高枪支离位报警系统中UWB测距精度的方法，包括：由安装于枪支内的信标的UWB模块在第一时刻向岗亭基站发出测距请求脉冲信号，所述岗亭基站UWB模块在第二时刻接收到所述请求脉冲信号，并在第三时刻向所述信标发出响应信号，所述信标的UWB模块在第四时刻接收到所述响应信号，并在第五时刻发出结束信号，所述岗亭基站UWB模块在第六时刻接收到所述结束信号；基于所述第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第五时刻和第六时刻计算出脉冲信号在所述信标和所述岗亭基站两者之间的双向飞行时间，从而确定UWB测距信息，其中，所述UWB测距信息是所述信标到所述岗亭基站的距离；以及基于多组不同的参数配置，自适应选择相应的参数配置对所述UWB测距信息数据进行滤波处理。

【技术特征摘要】
1.一种提高枪支离位报警系统中UWB测距精度的方法，包括：由安装于枪支内的信标的UWB模块在第一时刻向岗亭基站发出测距请求脉冲信号，所述岗亭基站UWB模块在第二时刻接收到所述请求脉冲信号，并在第三时刻向所述信标发出响应信号，所述信标的UWB模块在第四时刻接收到所述响应信号，并在第五时刻发出结束信号，所述岗亭基站UWB模块在第六时刻接收到所述结束信号；基于所述第一时刻、第二时刻、第三时刻、第四时刻、第五时刻和第六时刻计算出脉冲信号在所述信标和所述岗亭基站两者之间的双向飞行时间，从而确定UWB测距信息，其中，所述UWB测距信息是所述信标到所述岗亭基站的距离；以及基于多组不同的参数配置，自适应选择相应的参数配置对所述UWB测距信息数据进行滤波处理。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定UWB测距信息进一步包括：根据脉冲信号在所述信标和所述岗亭基站两者之间的单向飞行时间与电磁波传播速度的乘积，计算得出所述UWB测距信息，其中，所述单向飞行时间是基于以下公式计算得到的：TTOF＝(2TRR-TSP-2TSR+TRP+TRF-TSF)/4其中，TTOF是所述单向飞行时间，TSP是所述第一时刻，TRP是所述第二时刻，TSR是所述第三时刻，TRR是所述第四时刻，TSF是所述第五时刻，并且TRF是所述第六时刻。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多组不同的参数配置包括：慢速权值、快速权值和跳变权值。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述自适应选择相应的参数配置对所述UWB测距信息数据进行滤波处理进一步包括：建立一个队列；针对静止或慢速移动的情形、快速移动的情形和有遮...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑剑锋，
申请(专利权)人：北京凯乐比兴科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11