一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法，包括步骤：S1：根据标签坐标刷新次数及标签总数设定时隙；S2：主基站向每一标签发出广播指令，使每一标签确定自身时隙；S3:每一标签在对应时隙内发出测距包，主基站接收测距包后发出同步包；S4：每一从基站分别接收测距包、同步包，并计算接收两次信号之间的时间差Δt

【技术实现步骤摘要】
一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法
本专利技术涉及无线定位领域，尤其涉及一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法。
技术介绍
UWB定位技术属于无线定位技术的一种。无线定位技术是指用来判定移动用户位置的测量方法和计算方法，即定位算法。目前最常用的定位技术主要有：时差定位技术、信号到达角度测量(AOA)技术、到达时间定位(TOA)和到达时间差定位(TDOA)等。其中，TDOA技术是目前最为流行的一种方案，除了用于GSM系统，在其他诸如AMPS和CDMA系统中也广泛应用，UWB定位采用的也是这种技术。通常，UWB定位系统设定几个定位参考点(根据实际需要)，以接收待测点(数量上百)发出的高斯脉冲信号。为了避免信号发生碰撞，每个待测点都有自己的代码序列。当一个高斯脉冲中代码序列被参考点收到时，它将在一个时间整合相关器内与当前产生的一个对照序列作比较。当收到信号的位移与对照信号相吻合，即出现一个相关高峰信号。这样就容易判断是否收到正确的代码序列。处理接收到的脉冲序列得到接收时间，计算得到待测点的坐标。TDOA的优势在于，不需要对标签(又称移动台、节点等)和基站(又称锚节点)的时钟进行同步，但是依然需要解决基站与基站之间的同步，工业界通常采用的同步方法是采用IEEE-1588协议,节点与节点之间采用网线连接.然后通过盘持EEE-1588的以太网物理层芯片进行时钟同步。在采用高精度温补晶振情况下，可以到1ns下的误差，但是，这种方法的缺点是需要基站和基站之间采用网线连接，造成施工布局复杂，而且基站与基站之间的射频模块的延迟差异也会造成误差。或者直接通过基站之间的无线通信进行同步，但通信时间要多于网线连接，基站与基站之间的射频模块的延迟差异依然会造成误差(0.1纳秒级误差)。中国专利申请201610340104.6提供了一种基于TDOA的快速定位方法，该方法包括步骤：：坐标与距离方程的建立、中心距离的求解、目标坐标的求解、建立距离约束和球面关系约束，求解目标坐标的修正解。该方法主要是解决被测目标在近距、远距多场景下依靠多个信号接收器探测的时间差进行位置求解的问题，该方法解决了近距离、远距离运算方法不统一的问题，但是该方法并未从解决定位系统工作时，基站需要同步的问题，该方法中定位系统工作时，依然存在着各个基站各个标签之间的差异影响，同时，该方案并未提高系统的标签容量和效率。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法，其能够提升定位系统的容量和效率，能够消除不同的标签不同的基站之间的差异影响，即，无论在生产中还是在使用中均无需校准天线延时。应用时基站无需同步，定位精度更高。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法，包括如下步骤：S1：根据标签坐标刷新次数及标签总数设定时隙；S2：主基站向每一标签发出广播指令，使每一标签确定自身时隙；S3:每一标签在对应时隙内发出超宽带定位信号测距包，主基站接收超宽带定位信号测距包后发出超宽带定位信号同步包；S4：每一从基站分别接收超宽带定位信号测距包、超宽带定位信号同步包，并计算接收两次信号之间的时间差Δtk，k＝1,2,3…N，Δtk表示第k从基站接收超宽带定位信号同步包与超宽带定位信号测距包的时间差；S5：根据主基站坐标、每一从基站坐标、以及时间差Δtk进行计算，得到第k+1从基站与标签之间的距离rk+1和第k从基站与标签之间的距离rk的差值，k＝1,2,3…N；S6：根据步骤S5中计算出的距离差值进行TDOA解算，得到标签坐标。与现有技术相比，本专利技术公开的基于双差分双工的超宽带无线定位方法在TDOA的基础上，又进行了一次差分，这次差分具有同步基站的作用，同时，基站的射频模块的延迟差异与该基站Δtk(Δtk的大小与信号传输速率有关，最大为毫秒级，一般为十分之一毫秒级)后自身延时误差进行差分，在极短的时间内，一定程度上可以认为基站本身的性质并未发生改变，极大的降低了误差。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤S2包括如下步骤：S21：指令包括空白时隙，通过指令每一待定位标签随机申请空白时隙；S22：通过指令每一未待定位的标签随机申请未被待定位标签占用的空白时隙；S23：每一未待定位标签在分配空白时隙后成为待定位标签。通过划分时隙、空白时隙，并将每一标签能够提高时间利用率，增加系统的标签容量。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤S4进一步包括步骤S41：通过公式计算得到Δtk，其中：k＝1,2,3…N，c表示信号传输速度，t0k表示主基站发送超宽带定位信号同步包至第K从基站的时间，tk表示标签发送超宽带定位信号测距包至第k从基站的时间，r0k表示主基站与第k从基站之间的距离，rk表示标签与第k从基站之间的距离，ΔT表示标签与主基站发送超宽带定位信号的时间差。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤S5包括步骤S51：将Δtk+1-Δtk进行消元变化得到rk+1-rk＝c(Δtk-Δtk+1)+(r0(k+1)-r0k)，其中：c表示信号传输速度，rk表示标签与第K从基站之间的距离，Δtk表示第K从基站接收超宽带定位信号同步包与超宽带定位信号测距包的时间差，r0k表示主基站与第K从基站之间的距离。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤S5进一步包括步骤S52：建立二维平面定位方程组:r2-r1＝c(Δt1-Δt2)+(r02-r01)r3-r2＝c(Δt2-Δt3)+(r03-r02)。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤S5进一步包括步骤S53：建立三维立体定位方程组:r2-r1＝c(Δt1-Δt2)+(r02-r01)r3-r2＝c(Δt2-Δt3)+(r03-r02)r4-r3＝c(Δt3-Δt4)+(r04-r03)。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤S6进一步包括步骤S61：由几何关系式：得到基于TDOA时间差定位方法的方程：其中：标签坐标为(x，y)，第k从基站坐标为(xk，yk)。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤S6进一步包括步骤S62：由几何关系式：得到基于TDOA时间差定位方法的方程：其中：标签坐标为(x，y，z)，第k从基站坐标为(xk，yk，zk)。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤S6进一步包括步骤S63：建立基于TDOA时间差定位方法的二维平面方程组，并解算方程组得到标签二维坐标。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤S6进一步包括步骤S64：建立基于TDOA时间差定位方法的三维立体方程组，并解算方程组得到标签三维坐标。本专利技术提供的双差分双工的超宽带无线定位方法，采用高效调度管理方法，可支持大容量标签.消除随机碰撞概率，提升整个定位系统的能力和效率。采用新型双差分解算方法，可以消除不同的标签不同的基站之间的差异影响，应用时基站无需同步，降低架设同步难度，标签和基站无需校准，实现随时接入随时使用，简化应用繁琐度，极大降低成本提升用户体验。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。附图说明图1是实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据标签坐标刷新次数及标签总数设定时隙；S2：主基站向每一所述标签发出广播指令，使每一所述标签确定自身时隙；S3:每一所述标签在对应时隙内发出超宽带定位信号测距包，主基站接收所述超宽带定位信号测距包后发出超宽带定位信号同步包；S4：每一从基站分别接收所述超宽带定位信号测距包、所述超宽带定位信号同步包，并计算接收两次信号之间的时间差Δt

【技术特征摘要】
1.一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据标签坐标刷新次数及标签总数设定时隙；S2：主基站向每一所述标签发出广播指令，使每一所述标签确定自身时隙；S3:每一所述标签在对应时隙内发出超宽带定位信号测距包，主基站接收所述超宽带定位信号测距包后发出超宽带定位信号同步包；S4：每一从基站分别接收所述超宽带定位信号测距包、所述超宽带定位信号同步包，并计算接收两次信号之间的时间差Δtk，k＝1,2,3…N，Δtk表示第k从基站接收所述超宽带定位信号同步包与超宽带定位信号测距包的时间差；S5：根据所述主基站坐标、每一所述从基站坐标、以及所述时间差Δtk进行计算，得到第k+1从基站与标签之间的距离rk+1和第k从基站与标签之间的距离rk的差值，k＝1,2,3…N；S6：根据步骤S5中计算出的距离差值进行TDOA解算，得到标签坐标。2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：S21：所述指令包括空白时隙，通过所述指令每一待定位标签随机申请所述空白时隙；S22：通过所述指令每一未待定位的标签随机申请未被待定位标签占用的空白时隙；S23：所述每一未待定位标签在分配空白时隙后成为待定位标签。3.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括步骤S41：通过公式计算得到Δtk，其中：k＝1,2,3…N，c表示信号传输速度，t0k表示主基站发送超宽带定位信号同步包至第K从基站的时间，tk表示标签发送超宽带定位信号测距包至第k从基站的时间，r0k表示主基站与第k从基站之间的距离，rk表示标签与第k从基站之间的距离，ΔT表示标签与主基站发送超宽带定位信号的时间差。4.如权利要求3所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S5包括步骤S51：将Δtk+1-Δtk进行消元变化得到rk+1-rk＝c(Δtk-Δtk+1)+(r0(k+1)-r0k)，其中：c表示信号传输速度，rk表示标签与第K从基站之间的距离，Δtk表示第K...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴玉奎，吴一稷，何健伦，何浩，马耀辉，
申请(专利权)人：广州土圭垚信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44