一种室内高精度人员定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种室内高精度人员定位系统，包括标签、基站和定位引擎，所述标签包括外壳，所述外壳内部设有电池模块、第一电路板、第一天线、第一UWB收发芯片、第一单片机、第一USB连接母座和运动传感芯片，所述基站上设有第二天线、第二电路板、外接电源口、RJ45网口、第二USB连接母座、第二UWB收发芯片、第二单片机和串口服务器，所述定位引擎包括定位服务器，所述定位服务器上安装有定位算法软件。本发明专利技术通过定位算法只需选择出两个基站即可完成一维和二维定位，适合于数据中心等特定环境。通过对比标签在基站的机柜通道的信号强度大小，使标签的定位基站组选择更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种室内高精度人员定位系统
本专利技术涉及室内人员定位系统领域，特别涉及一种室内高精度人员定位系统。
技术介绍
室内人员定位管理能够报告当前室内活动的人员，相对于某个参照物所在的位置。系统如果建立了参照物并绘制了地图，则可以在地图上显示出坐标及其位置。WIFI无线局域网和蓝牙通信都属于无线通信技术，且在应用上比较成熟，当前都被用来实现室内人员定位，不过这些技术早期都是用来进行数据通信的，应用于无线定位，则有以下明显的缺点：1)带宽窄，米级的定位精度，用户只知道定位目标在某一区域范围，无法知道确切的位置，这是蓝牙和WIFI都有的短板。2)发射功率大，需要大容量电池，标签无法小型化，无法实现规模化的应用，这是WIFI的短板。3)目前市场上采用UWB定位技术的产品，在应用到数据中心场景时，不能很好解决机柜对定位标签信号的遮挡问题，存在位置跳变，达不到预期的定位效果。本专利技术采用UWB作为通信和测量手段，通过移动标签和多个固定基站之间的交互通信，实现室内人员位置的计算，再通过软件算法，解决机柜等物品对定位标签的遮挡影响，实现人员行动轨迹的精确定位。因此，专利技术一种室内高精度人员定位系统来解决上述问题很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种室内高精度人员定位系统，通过多个基站的设置，选择出两个基站即可完成一维和二维定位，适合于数据中心等特定环境，通过对比标签在基站的机柜通道的信号强度大小，使标签的定位基站组选择更加准确，通过各种过滤算法很好的过滤机柜等设备对定位标签信号的影响，使定位更加稳定和精确，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种室内高精度人员定位系统，包括标签、基站和定位引擎，所述标签包括外壳，所述外壳内部设有电池模块、第一电路板、第一天线、第一UWB收发芯片、第一单片机、第一USB连接母座和运动传感芯片，所述基站上设有第二天线、第二电路板、外接电源口、RJ45网口、第二USB连接母座、第二UWB收发芯片、第二单片机和串口服务器，所述定位引擎包括定位服务器，所述定位服务器上安装有定位算法软件，所述定位服务器连接端设有终端。优选的，所述基站设置为多个且均匀分布于室内以及隔断内。优选的，所述外壳由白色塑料制成，所述电池模块、第一天线、第一UWB收发芯片、第一单片机、第一USB连接母座和运动传感芯片均通过导线与第一电路板连接。优选的，所述第二天线、外接电源口、RJ45网口、第二USB连接母座、第二UWB收发芯片、第二单片机和串口服务器均通过导线与第二电路板连接。优选的，所述基站通过串口服务器与有线局域网连接，所述串口服务器通过有线局域网与定位服务器连接。优选的，所述定位算法软件包括分组定位算法、滤波算法、标签位置计算算法和位置矫正算法。本专利技术还提供了一种室内高精度人员定位系统的定位算法，包括以下具体步骤：1)上电后，基站处于接收模式，等待标签进入定位范围；2)当携带标签的人员处于静止状态时，标签上的第一单片机和第一UWB收发芯片处于低功耗睡眠模式，人员有活动后，运动传感芯片产生中断，第一单片机恢复运行，启动第一UWB收发芯片；3)标签向基站发送UWB报文，记录发送时刻T_tag_tx；4)基站收到标签的UWB报文，记录接收时刻T_tag_rx；5)基站向标签发送UWB报文，记录发送时刻T_anc_tx；6)标签收到基站的UWB报文，记录接收时刻T_anc_rx；7)标签最后将自己记录的T_tag_tx和T_anc_rx返回给基站；8)基站使用下列公式计算标签与自己的距离：ToF＝((T_anc_rx-T_tag_tx)-(T_anc_tx-T_tag_rx))/2距离＝光速×ToF9)基站通过RJ45网口向定位服务器发送测距数据；10)重复上述过程，定位服务器得到标签与多个基站之间的直线距离；11)定位服务接收标签和基站的TAG_BLINK消息，通过滤波算法获取标签与所有基站的信号强度，定时获取通道中基站组信号强度之和最大的基站组，再选信号最强的基站的相邻最大信号强度的基站，然后向这三个基站发送SET_RANG_ANCHOR消息，实现多基站、多标签的定位分组算法；12)定位服务接收标签基站距离信息，并执行滤波函数，此时获取了三个基站与一个标签的距离信息，然后对比标签到三基站对应两线段端点的角度，判断标签所在基站通道；13)此时使用标签位置计算算法，根据点映射到线段的位置来计算出标签的位置；14)由于设备误差的存在，根据位置矫正算法，需对计算后的位置信息再进行矫正处理，避免运动跳变。本专利技术的技术效果和优点：与采用WIFI和蓝牙方案的室内定位相比，本专利技术基于UWB(超宽带)的无线通信技术，能够克服前者高功耗和低精度缺点，虽然UWB原来也是为数据通信设计的，但它也具有为实现移动精确定位的核心特征：1)高带宽使得定位精度达到10cm的级别；2)发射功率小，只需要小容量的电池，可以将标签做得很小，便于携带；同时降低了产品成本，容易实现大规模的应用；3)该定位算法只需选择出两个基站即可完成一维和二维定位，适合于数据中心等特定环境，通过对比标签在基站的机柜通道的信号强度大小，使标签的定位基站组选择更加准确；4)通过各种过滤算法很好的过滤机柜等设备对定位标签信号的影响，使定位更加稳定和精确。附图说明图1为本专利技术的系统流程结构示意图。图2为本专利技术的标签结构示意图。图3为本专利技术的基站结构示意图。图中：1标签、2基站、3定位引擎、4外壳、5电池模块、6第一电路板、7第一UWB收发芯片、8第一USB连接母座、9运动传感芯片、10第二电路板、11RJ45网口、12第二UWB收发芯片、13串口服务器、14第二USB连接母座、15外接电源口。具体实施方式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做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。实施例1：本专利技术提供了如图2-3所示的一种室内高精度人员定位系统，包括标签1、基站2和定位引擎3，所述基站2设置为多个且均匀分布于室内以及隔断内，基站2平均分布于室内的各个角落，数量取决于定位范围和是否有隔断，如果要实现一条直线上的定位，两个基站2即可，实现平面上定位，则要3个基站2，如果有隔断，则每个隔断的空间内独立进行定位，所述标签1包括外壳4，所述外壳4由白色塑料制成，所述外壳4内部设有电池模块5、第一电路板6、第一天线、第一UWB收发芯片7、第一单片机、第一USB连接母座8和运动传感芯片9，所述电池模块5、第一天线、第一UWB收发芯片7、第一单片机、第一USB连接母座8和运动传感芯片9均通过导线与第一电路板6连接，标签1通过第一天线发射和接收UWB无线电波，第一USB连接母座8则用来配置地址和充电，运动传感芯片9用来检测人员是否在活动，否则处于低功耗睡眠模式，不进行测距活动，从而大大延长使用时间，减少充电次数；本专利技术提供了如图3所示的一种室内高精度人员定位系统，所述基站2上设有第二天线、第二电路板10、外接电源口15、RJ45网口11、第二USB连接母座14、第二UWB收发芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内高精度人员定位系统，包括标签(1)、基站(2)和定位引擎(3)，其特征在于：所述标签(1)包括外壳(4)，所述外壳(4)内部设有电池模块(5)、第一电路板(6)、第一天线、第一UWB收发芯片(7)、第一单片机、第一USB连接母座(8)和运动传感芯片(9)，所述基站(2)上设有第二天线、第二电路板(10)、外接电源口(15)、RJ45网口(11)、第二USB连接母座(14)、第二UWB收发芯片(12)、第二单片机和串口服务器(13)，所述定位引擎(3)包括定位服务器，所述定位服务器上安装有定位算法软件，所述定位服务器连接端设有终端。

【技术特征摘要】
1.一种室内高精度人员定位系统，包括标签(1)、基站(2)和定位引擎(3)，其特征在于：所述标签(1)包括外壳(4)，所述外壳(4)内部设有电池模块(5)、第一电路板(6)、第一天线、第一UWB收发芯片(7)、第一单片机、第一USB连接母座(8)和运动传感芯片(9)，所述基站(2)上设有第二天线、第二电路板(10)、外接电源口(15)、RJ45网口(11)、第二USB连接母座(14)、第二UWB收发芯片(12)、第二单片机和串口服务器(13)，所述定位引擎(3)包括定位服务器，所述定位服务器上安装有定位算法软件，所述定位服务器连接端设有终端。2.根据权利要求1所述的一种室内高精度人员定位系统，其特征在于：所述基站(2)设置为多个且均匀分布于室内以及隔断内。3.根据权利要求1所述的一种室内高精度人员定位系统，其特征在于：所述外壳(4)由白色塑料制成，所述电池模块(5)、第一天线、第一UWB收发芯片(7)、第一单片机、第一USB连接母座(8)和运动传感芯片(9)均通过导线与第一电路板(6)连接。4.根据权利要求1所述的一种室内高精度人员定位系统，其特征在于：所述第二天线、外接电源口(15)、RJ45网口(11)、第二USB连接母座(14)、第二UWB收发芯片(12)、第二单片机和串口服务器(13)均通过导线与第二电路板(10)连接。5.根据权利要求1所述的一种室内高精度人员定位系统，其特征在于：所述基站(2)通过串口服务器(13)与有线局域网连接，所述串口服务器(13)通过有线局域网与定位服务器连接。6.根据权利要求1所述的一种室内高精度人员定位系统，其特征在于：所述定位算法软件包括分组定位算法、滤波算法、标签位置计算算法和位置矫正算法。7.根据权利要求1-6所述的一种室内高精度人员定位系统的定位算法，其特征在于：包括以下具体步骤：1)上电后，基站(2)处于接收模式，等待标签(1)进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世杰，席伟，姜友辉，
申请(专利权)人：广州来米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44