一种三维室内定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三维室内定位系统，包括：定位终端，第一基站、第二基站、第三基站，至少一个固定在待定位目标上的定位标签，第一基站和定位标签分别包括了气压计模块用于测量第一气压值和第二气压值，根据第一气压值和第二气压值计算高度差；第一基站、第二基站、第三基站和定位标签分别包括了UWB模块，分别测量第一基站、第二基站、第三基站和定位标签之间的第一距离、第二距离、第三距离；定位终端根据第一距离、第二距离、第三距离和高度差计算获得定位标签的位置坐标。本发明专利技术还公开了一种用于该定位系统的三维室内定位方法，本发明专利技术的技术方案能够在较低计算复杂度开销下实现精确的三维室内定位。

A Three-Dimensional Indoor Positioning System and Method

The invention discloses a three-dimensional indoor positioning system, which comprises a positioning terminal, a first base station, a second base station and a third base station, at least one positioning label fixed on the target to be positioned. The first base station and a positioning label respectively include a barometer module for measuring the first and second barometric values, and calculating the height difference according to the first and second barometric values. The UWB module is used to measure the first distance, the second distance and the third distance between the first base station, the second base station, the third base station and the location tag, and the location coordinates of the location tag are calculated according to the first distance, the second distance, the third distance and the height difference. The invention also discloses a three-dimensional indoor positioning method for the positioning system, and the technical scheme of the invention can realize accurate three-dimensional indoor positioning at low computational complexity.

【技术实现步骤摘要】
一种三维室内定位系统及方法
本专利技术涉及到室内定位
，特别涉及一种三维室内定位系统及方法。
技术介绍
随着信息通信技术日新月异，人们拥有了可靠、稳定的定位技术。全球定位系统(简称，GPS)技术的出现，使得定位技术跳跃式发展，巨大改变了人们的生活习惯，使用者只需拥有GPS接收机即可使用该服务，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。但是卫星信号在室内会被严重的影响，从而导致GPS或是北斗无法发定位。为了将室外定位技术运用到室内，目前有多种解决室内定位的技术，如：超声波、红外、蓝牙、WIFI、ZigBee和UWB等室内定位方式。其中，UWB定位技术由于其自身的特点在室内定位技术方式中拥有较高的应用前景。首先，UWB频谱范围极宽，平均发射功率低；其次，UWB信号有着极高的时间分辨率，具有良好的抗多径能力；UWB信号穿透力强，适用于障碍物较多的室内环境；UWB的脉冲宽度很窄，能够达到纳秒或者亚纳秒级，UWB定位的理论精度可以达到厘米级甚至是毫米级。现有的三维室内定位技术中，公开号为CN207946517U的专利文献，提出了一种基于视频辅助定位的UWB三维定位系统。在该文献公开的技术方案中，定位子系统包括至少四个基站，摄像头用于记录相应区域的监控视频信息并传输至中心服务器，其中，至少三个基站处在同一水平面且至少一个基站设置在该平面以外并靠近天花板区域。该方案采用视频信息辅助定位提高了定位精度，但是使用视频信息辅助定位大大增加了算法复杂度，增加了通信的开销，同时，普通住房楼层高度在3m(米)左右，处在同一水平面的三个基站与第四个基站之间的高度差不够大，因此待定位标签的位置坐标的高度误差大。公开号为CN104902563A的专利文献，提出了一种用于室内定位的多基组网UWB三维定位系统及其定位方法。在该文献公开的技术方案中，定位系统包括标签系统、基站、监控终端，实时定位模块对标签获取四个基站的方位信息进行交叉定位处理,获得精确地位置信息并在位置坐标系中呈现出来。该专利提出的方法理论上可以解算出待定位标签的位置坐标信息，但是在实践情况下方位消息相互交叉可能相交于多个点或者没有相交点。综上所述，现有的三维室内定位技术均存在计算复杂度高且高度误差大的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出了一种三维室内定位系统及方法，以提供一种在较低计算复杂度开销下实现精确的三维室内定位的技术方案。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种三维室内定位系统，包括：第一基站，第二基站，第三基站，定位终端和至少一个定位标签；所述第一基站包括，第一UWB模块，用于和所述定位标签、所述第二基站、所述第三基站进行UWB无线通信；第一气压计模块，用于获取第一基站的当前气压值；第一通信模块，用于和所述定位终端进行通信；第一主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第一基站的第一无线信号飞行时间，计算所述第一基站与所述定位标签的第一距离；根据所述第一基站的当前气压值获得第一气压值，根据所述第一气压值与第二气压值获得所述第一基站与所述定位标签的高度差；所述第二基站包括，第二UWB模块，用于和所述定位标签、所述第一基站进行UWB无线通信；第二主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第二基站的第二无线信号飞行时间，计算所述第二基站与所述定位标签的第二距离，通过所述第二UWB模块发送第二距离到所述第一基站；所述第三基站包括，第三UWB模块，用于和所述定位标签、所述第一基站进行UWB无线通信；第三主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第三基站的第三无线信号飞行时间，计算所述第三基站与所述定位标签的第三距离，通过所述第三UWB模块发送第三距离到所述第一基站；所述定位标签固定在待定位目标上，包括：第四UWB模块，用于和所述第一基站、第二基站、第三基站进行UWB无线通信；第二气压计模块，用于获取定位标签的当前气压值；第四主控芯片，用于根据所述定位标签的当前气压值获取第二气压值，通过所述第四UWB模块发送第二气压值到所述第一基站；所述定位终端包括：第二通信模块，用于和所述第一基站进行通信；主机，用于计算所述定位标签的位置坐标。进一步的，所述根据所述第一基站的当前气压值获得第一气压值包括：所述第一主控芯片对所述第一基站的当前气压值进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第一气压值。进一步的，所述根据所述定位标签的当前气压值获取第二气压值包括：所述第四主控芯片对所述定位标签的当前气压值进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第二气压值。进一步的，所述测量所述定位标签到所述第一基站的第一无线信号飞行时间包括，所述第一基站与所述定位标签通过双边双向测距方法，获得所述定位标签到所述第一基站的第一无线信号飞行时间；所述测量所述定位标签到所述第二基站的第二无线信号飞行时间包括，所述第二基站与所述定位标签通过双边双向测距方法，获得所述定位标签到所述第二基站的第二无线信号飞行时间；所述测量所述定位标签到所述第三基站的第三无线信号飞行时间包括，所述第三基站与所述定位标签通过双边双向测距方法，获得所述定位标签到所述第三基站的第三无线信号飞行时间。进一步的，所述计算所述第一基站与所述定位标签的第一距离包括，所述第一主控芯片根据所述第一无线信号飞行时间和电磁波传输速率，计算所述第一基站与所述定位标签的当前距离，所述第一主控芯片对该距离进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第一距离。所述计算所述第二基站与所述定位标签的第二距离包括，所述第二主控芯片根据所述第二无线信号飞行时间和电磁波传输速率，计算所述第二基站与所述定位标签的当前距离，所述第二主控芯片对该距离进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第二距离；所述计算所述第三基站与所述定位标签的第三距离包括，所述第三主控芯片根据所述第三无线信号飞行时间和电磁波传输速率，计算所述第三基站与所述定位标签的当前距离，所述第三主控芯片对该距离进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第三距离。一种三维室内定位方法，包括：第一基站测量第一基站的当前气压值，根据该气压值获取第一气压值；定位标签测量定位标签的当前气压值，根据该气压值获取第二气压值，发送所述第二气压值到所述第一基站；第一基站根据所述第一气压值和所述第二气压值的气压差获得所述第一基站和所述定位标签的高度差；第一基站测量所述定位标签到所述第一基站的第一无线信号飞行时间；第一基站计算所述定位标签到所述第一基站的第一距离；第二基站测量所述定位标签到所述第二基站的第二无线信号飞行时间；第二基站计算所述定位标签到所述第二基站的第二距离；发送所述第二距离到所述第一基站；第三基站测量所述定位标签到所述第三基站的第三无线信号飞行时间；第三基站计算所述定位标签到所述第三基站的第三距离；发送所述第三距离到所述第一基站；第一基站发送所述定位标签的标签号、所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离和所述高度差到定位终端；所述定位终端根据所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离和所述高度差计算所述定位标签的位置坐标，获得待定位目标的三维位置信息；其中，所述定位标签固定在该定位标签对应的待定位目标上。进一步的，所述第一基站测量第一基站的当前气压值，根据该气压值获取第一气压值包括，所述第一基站测量所述第一基站的当前气压值，对该气压值进行限幅滑动窗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维室内定位系统，其特征在于，所述系统包括：第一基站，第二基站，第三基站，定位终端和至少一个定位标签；所述第一基站包括，第一UWB模块，用于和所述定位标签、所述第二基站、所述第三基站进行UWB无线通信；第一气压计模块，用于获取第一基站的当前气压值；第一通信模块，用于和所述定位终端进行通信；第一主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第一基站的第一无线信号飞行时间，计算所述第一基站与所述定位标签的第一距离；根据所述第一基站的当前气压值获得第一气压值，根据所述第一气压值与第二气压值获得所述第一基站与所述定位标签的高度差；所述第二基站包括，第二UWB模块，用于和所述定位标签、所述第一基站进行UWB无线通信；第二主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第二基站的第二无线信号飞行时间，计算所述第二基站与所述定位标签的第二距离，通过所述第二UWB模块发送第二距离到所述第一基站；所述第三基站包括，第三UWB模块，用于和所述定位标签、所述第一基站进行UWB无线通信；第三主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第三基站的第三无线信号飞行时间，计算所述第三基站与所述定位标签的第三距离，通过所述第三UWB模块发送第三距离到所述第一基站；所述定位标签固定在待定位目标上，包括：第四UWB模块，用于和所述第一基站、第二基站、第三基站进行UWB无线通信；第二气压计模块，用于获取定位标签的当前气压值；第四主控芯片，用于根据所述定位标签的当前气压值获取第二气压值，通过所述第四UWB模块发送第二气压值到所述第一基站；所述定位终端包括：第二通信模块，用于和所述第一基站进行通信；主机，用于计算所述定位标签的位置坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种三维室内定位系统，其特征在于，所述系统包括：第一基站，第二基站，第三基站，定位终端和至少一个定位标签；所述第一基站包括，第一UWB模块，用于和所述定位标签、所述第二基站、所述第三基站进行UWB无线通信；第一气压计模块，用于获取第一基站的当前气压值；第一通信模块，用于和所述定位终端进行通信；第一主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第一基站的第一无线信号飞行时间，计算所述第一基站与所述定位标签的第一距离；根据所述第一基站的当前气压值获得第一气压值，根据所述第一气压值与第二气压值获得所述第一基站与所述定位标签的高度差；所述第二基站包括，第二UWB模块，用于和所述定位标签、所述第一基站进行UWB无线通信；第二主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第二基站的第二无线信号飞行时间，计算所述第二基站与所述定位标签的第二距离，通过所述第二UWB模块发送第二距离到所述第一基站；所述第三基站包括，第三UWB模块，用于和所述定位标签、所述第一基站进行UWB无线通信；第三主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第三基站的第三无线信号飞行时间，计算所述第三基站与所述定位标签的第三距离，通过所述第三UWB模块发送第三距离到所述第一基站；所述定位标签固定在待定位目标上，包括：第四UWB模块，用于和所述第一基站、第二基站、第三基站进行UWB无线通信；第二气压计模块，用于获取定位标签的当前气压值；第四主控芯片，用于根据所述定位标签的当前气压值获取第二气压值，通过所述第四UWB模块发送第二气压值到所述第一基站；所述定位终端包括：第二通信模块，用于和所述第一基站进行通信；主机，用于计算所述定位标签的位置坐标。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据所述第一基站的当前气压值获得第一气压值包括：所述第一主控芯片对所述第一基站的当前气压值进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第一气压值。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据所述定位标签的当前气压值获取第二气压值包括：所述第四主控芯片对所述定位标签的当前气压值进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第二气压值。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述测量所述定位标签到所述第一基站的第一无线信号飞行时间包括，所述第一基站与所述定位标签通过双边双向测距方法，获得所述定位标签到所述第一基站的第一无线信号飞行时间；所述测量所述定位标签到所述第二基站的第二无线信号飞行时间包括，所述第二基站与所述定位标签通过双边双向测距方法，获得所述定位标签到所述第二基站的第二无线信号飞行时间；所述测量所述定位标签到所述第三基站的第三无线信号飞行时间包括，所述第三基站与所述定位标签通过双边双向测距方法，获得所述定位标签到所述第三基站的第三无线信号飞行时间。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述计算所述第一基站与所述定位标签的第一距离包括，所述第一主控芯片根据所述第一无线信号飞行时间和电磁波传输速率，计算所述第一基站与所述定位标签的当前距离，所述第一主控芯片对该距离进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第一距离；所述计算所述第二基站与所述定位标签的第二距离包括，所述第二主控芯片根据所述第二无线信号飞行时间和电磁波传输速率，计算所述第二基站与所述定位标签的当前距离，所述第二主控芯片对该距离进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第二距离；所述计算所述第三基站与所述定位标签的第三距离包括，所述第三主控芯片根据所述第三无线信号飞行时间和电磁波传输速率，计算所述第三基站与所述定位标签的当前距离，所述第三主控芯片对该距离进行限幅滑动窗口滤波，获得所述第三距离。6.一种三维室内定位方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英，张强伟，刘期烈，李铮，丁升，刘竟成，黄东，周平，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50