基于超宽带的分布式异步定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及无线通信领域，公开了一种基于超宽带的分布式异步定位系统及方法。本发明专利技术中，基于超宽带的分布式异步定位系统，包括至少一个信标和至少一个标签；各信标之间相互独立，信标的布设位置固定，且其位置坐标对于所有标签已知；在需要获取自身的位置时，标签发送测距请求，在获得其信号覆盖范围内信标响应后，采用三向测距算法，获取标签与各个信标之间的距离。当标签获取与至少一个信标之间的距离后，标签计算得到自身的位置。本发明专利技术实施方式同时实现了用户侧、网络侧和第三方定位模式，各系统设备之间不需要预先协调，各自完全独立，且布设无限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，特别涉及一种基于超宽带的分布式异步定位技术。
技术介绍
早在15世纪，人类开始探索海洋的时候，定位技术也随之催生。当时主要的定位方法是运用当时的航海图和星象图，确定自己的位置。随着社会和科技的不断发展，对定位的需求已不仅仅局限于传统的航海、航空、航天和测绘领域。定位的方法经历了多年的发展，从前期的少数几种精度差、设备较庞大的系统，演变到现在多种定位手段共存，在技术手段、定位精度、可用性方面均取得质的飞越。脉冲无线电超宽带(ImpulseRadioUltraWideBand)，简称“超宽带”(UWB)技术，是一种短距离通信技术，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、系统复杂度低、抗干扰、抗多径、强穿透、定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的位置服务和高速无线接入应用。一种比较常见的UWB三维定位系统是同步实时定位系统，通常采用TDOA(TimeDifferenceOfArrival，到达时间差)定位技术。TDOA方法利用信号接收时间差进行定位，通过比较同一个标签信号到达各个锚节点(Anchor)的时间差，就能作出以锚节点为焦点、距离差为长轴的双曲线，多条双曲线的交点就是标签的位置。具体的同步实时定位系统如图1所示，其中的锚节点统一称为基站。定位服务器101通过路由器102与各基站103至106进行通信连接，其中，主基站103是整个系统的时钟源，并与其它基站存在直接或者间接的UWB无线通信连接。标签107发送信号，位于标签107周围的基站103至106对标签107发送的信号进行监听，并记录标签107信号到达本基站的时间点，基站103至106将此时间点通过路由器102上报给定位服务器101。定位服务器101汇集各基站103至106发送的时间点信息，利用TDOA定位算法，计算出标签107的位置，并提供给后端的应用服务器，用于位置展示。由于该系统为同步实时定位系统，因此，系统会维持一个系统时钟，由主基站103提供。另外，主基站103与其它基站存在直接或者间接的UWB无线通信连接，以便其它基站接收主基站103时钟，进而调节本地时钟至与系统时钟同步，并长期维持。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有UWB同步实时定位系统实现中，为保证系统内所有基站之间的同步，从基站在布设中必须保证与主基站之间存在直接或者间接的通信连接。这对从基站的布设位置及整个同步系统的拓扑结构形成了明显制约。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种基于超宽带的分布式异步定位系统及方法，使得各设备之间不需要协调，完全独立、且布设无限制，系统结构灵活。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种基于超宽带的分布式异步定位系统，包括至少一个信标(Anchor)和至少一个标签(Tag)；各信标之间相互独立，信标布设位置固定，且其位置坐标对于所有标签已知；在需要获取自身的位置时，标签发送测距请求，在获得其信号覆盖范围内的信标响应后，采取三向测距算法，获取标签与各个信标之间的距离；当标签获得与至少一个信标之间的距离之后，标签计算得到自身的位置。本专利技术的实施方式还提供了一种基于超宽带的分布式异步定位方法，包含：在需要获取自身的位置时，标签发送测距请求；在标签获得其信号覆盖范围内的信标响应后，标签采用三向测距算法，获取标签与各个信标之间的距离；当标签获得与至少一个信标之间的距离之后，标签计算得到自身的位置；其中，基于超宽带的分布式异步定位方法应用于包括至少一个信标和至少一个标签的系统，各信标之间相互独立，并且每一个信标的布设位置固定。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，各信标之间相互独立，彼此间不需要任何的通信连接，不用实现同步机制，没有地理位置或者空间的限制。标签在需要获取自身的位置时，与周围的信标进行通信应答，采用三向测距算法获得与信标间的距离，并采用特定的定位算法实现自身定位，这也称为用户侧定位。整个异步定位系统结构灵活，几乎不受任何拓扑结构限制，布设、维护简单。另外，基于超宽带的分布式异步定位系统还包括定位服务器和路由器；定位服务器与每一个信标通过路由器建立通信连接；每一个信标将自身与标签之间的距离上报到定位服务器；定位服务器筛选出满足第一条件的标签，计算得到标签的位置；其中，第一条件为至少一个信标上报了与标签之间的距离。通过定位服务器进行定位的模式，称为网络侧定位，使得对于系统内所有标签的统一监管和跟踪成为可能。另外，基于超宽带的分布式异步定位系统还包括可选的观测点；观测点本身不参与标签和信标之间的通信应答，只用于监听标签和信标之间的通信数据，通过分析这些通信数据来获得标签的位置。通过观测点进行定位的模式，称为第三方定位。第三方定位机制使一定区域内标签位置的监管和跟踪方式更加灵活。另外，基于超宽带的分布式异步定位系统还包括可选的云端连接；云端可以有线或者无线的方式与观测点或定位服务器建立通信连接，从观测点或定位服务器获取标签的位置数据，并分享给与云端相连接的其它各类设备和终端，使得标签位置信息的远程访问成为可能。另外，异步定位过程中，标签发送测距请求前需进行防碰撞检测。在标签的信号覆盖范围内不存在碰撞时，标签发送测距请求。防碰撞检测，可以有效地避免标签信号之间的冲突，提高测距成功率，节约无线信道资源，从而增加系统容量。另外，在信标反馈响应之前，还包括：信标进行信号侦听，并进行接收窗口调整；在检测到来自标签的测距请求之后，信标锁定与标签的通信，并反馈响应；在测距周期完成之后，信标解除与标签的通信锁定。标签锁定，“锁定”的含义是指针对性的仅对某一个标签进行通信交互，而忽略同一时段内其它标签的所有信号，防止信号的冲突。在捕获标签信号后进行接收窗口调整，以达到最佳接收效果。另外，在每次反馈响应的同时，信标均进行钟差补偿。钟差补偿，将本地时钟尽量同步到标签时钟即时频率上，以保证测距精度。附图说明图1是根据本专利技术
技术介绍
中同步实时定位系统的示意图；图2是根据本专利技术第一实施方式的一种基于超宽带的分布式异步定位系统的用户侧定位示意图；图3是根据本专利技术第二实施方式的一种基于超宽带的分布式异步定位系统的网络侧和用户侧定位示意图；图4是根据本专利技术第三实施方式的一种基于超宽带的分布式异步定位系统的第三方定位示意图；图5是根据本专利技术第四实施方式的一种基于超宽带的分布式异步定位系统的带有云端的网络侧和用户侧定位示意图；图6是根据本专利技术第四实施方式的一种基于超宽带的分布式异步定位系统的带有云端的第三方定位示意图；图7是根据本专利技术第五实施方式的一种基于超宽带的分布式异步定位方法的标签执行流程图；图8是根据本专利技术第五实施方式的一种基于超宽带的分布式异步定位方法的信标执行流程图；图9是根据本专利技术第六实施方式的一种基于超宽带的分布式异步定位方法的观测点执行流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本专利技术各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。本专利技术的第一实施方式涉及一种基于超宽带的分布式异步定位系统。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超宽带的分布式异步定位系统，其特征在于，包括至少一个信标和至少一个标签；各信标之间相互独立，信标布设位置固定，且其位置坐标对于所有标签已知；在需要获取自身的位置时，所述标签发送测距请求，在获得其信号覆盖范围内的信标响应后，采用三向测距算法，获取所述标签与各个信标之间的距离；当所述标签获得与至少一个信标之间的距离之后，所述标签计算得到自身的位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于超宽带的分布式异步定位系统，其特征在于，包括至少一个信标和至少一个标签；各信标之间相互独立，信标布设位置固定，且其位置坐标对于所有标签已知；在需要获取自身的位置时，所述标签发送测距请求，在获得其信号覆盖范围内的信标响应后，采用三向测距算法，获取所述标签与各个信标之间的距离；当所述标签获得与至少一个信标之间的距离之后，所述标签计算得到自身的位置。2.根据权利要求1所述的基于超宽带的分布式异步定位系统，其特征在于，所述基于超宽带的分布式异步定位系统还包括定位服务器和路由器；所述定位服务器与每一个信标通过所述路由器建立通信连接；每一个信标将自身与标签之间的距离上报到所述定位服务器；所述定位服务器筛选出满足第一条件的标签，并计算得到标签的位置；其中，所述第一条件为至少一个信标上报了与所述标签之间的距离。3.根据权利要求1所述的基于超宽带的分布式异步定位系统，其特征在于，所述基于超宽带的分布式异步定位系统还包括观测点；所述观测点用于监听标签和信标之间的通信数据，通过分析所述通信数据获得标签的位置。4.根据权利要求2或3所述的基于超宽带的分布式异步定位系统，其特征在于，所述基于超宽带的分布式异步定位系统还包括云端；所述云端与观测点或定位服务器建立通信连接，从观测点或定位服务器获取标签的位置。5.一种基于超宽带的分布式异步定位方法，其特征在于，包括：在需要获取自身的位置时，标签发送测距请求；...

【专利技术属性】
技术研发人员：章旻，
申请(专利权)人：上海优璞信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31