基于椭球交汇的超宽带定位系统、方法、无线终端及服务器技术方案

本发明专利技术公开了一种基于椭球交汇的超宽带定位方法，该定位方法利用三个或三个以上的基站作为定位信号源，利用椭圆交汇原理，可求得目标移动终端用户实时精确的二维或三维位置信息。该技术方案中基站不需要配备多天线、基站间不需要额外拉线连接；本专利技术基于长度信息，在信号覆盖范围内，与移动站与基站之间的距离无关；本专利技术不需要任何时间同步，去掉了时间同步误差，有益于定位结果，定位精度高，并可以覆盖大区域，相比于传统技术，实现方法更加简单，而且定位结果优于传统方式。而且定位结果优于传统方式。而且定位结果优于传统方式。

【技术实现步骤摘要】
基于椭球交汇的超宽带定位系统、方法、无线终端及服务器


[0001]本专利技术涉及无线定位系统，特别涉及一种超宽带定位系统及方法。

技术介绍

[0002]定位系统支持着我们的生活，我们都享受着基于位置服务所带来的好处。同时，定位技术也是无人驾驶、智慧城市、物联网和车联网等前沿应用的核心技术之一。基于GNSS的定位已经取得了巨大的成功，室外空旷区域都能获得较为准确的定位信息。而在一些对GNSS信号有遮挡的地方，如高楼林立的街道、交错纵横的高架、愈发复杂的隧道以及我们主要活动的室内空间，位置估计仍然缺乏一种普遍适用的、低成本的解决方案。超宽带(UWB)作为一种空间定位技术已经得到了高度的认可。UWB技术利用频谱极宽的超宽基带脉冲进行通信，故又称为基带通信技术、无线载波通信技术，具有数据传输速率高、抗多径干扰能力强、功耗低、穿透能力强、截获率低等优点。
[0003]基于超宽带，传统的定位技术有AoA(Angle of Arrive,到达角)、ToA(Time of Arrival到达时间)、或TDoA(Time Difference of Arrival到达时间差)。其中AoA定位技术是通过获得标签信号到达各个基站的角度值，通过角度交汇定位。采用AoA定位技术设备需要配备多天线，硬件成本高；当移动终端和基站的距离比较远的时候，即使有微小的定位角度的误差，都会造成比较大的定位距离的偏差，难以覆盖大范围。ToA定位技术是通过获得信号在标签和基站之间的到达时，换算为到各个基站的距离值，通过圆交汇定位。但单纯的ToA需要发送设备和接收设备必须始终保持纳秒级的时间同步，这么高精度的时间同步在许多通信系统中是达不到的。TDoA定位技术是通过获得信号到达各基站的先后时间差，换算为距离差，通过双曲线交汇定位。TDOA是基于到达时间差定位，也是需要有精确时间同步功能，但只需要基站间实现就好，而基站是固定的，所以应用要广泛一下。但是，如果是有线同步，会增加硬件成本，施工成本，如果是无线同步，同步精度会低一些，从而定位精度也会低一些。
[0004]由此可见，上述基于超宽带都存在一定的缺陷，因此有必要对超宽带定位技术做进一步的改进。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术中的不足，本专利技术的目的在于设计一种精度高、成本低的超宽带定位方法。
[0006]一种基于椭球交汇的超宽带定位方法，其包括如下步骤：1)选择至少三个位置坐标已知的基站作为定位信号源，将选择的基站两两组合分成至少三个基站组；2)每个基站组中两个基站与目标移动终端依次顺序通信，根据起始基站发射出信号和接收到信号的时间差计算出该基站组中信号在两个基站及目标移动终端依次顺序传输的总距离；3)根据各基站组中两个基站的已知坐标及步骤2)中对应的总距离计算目标移动终端的位置坐标。
[0007]优选的，步骤2)中距离和的计算方法为：首先起始基站发送数据包给中间基站，记
录下时间戳，另一基站接收到数据包后立刻发送数据包给目标移动终端，目标移动终端接收到收到数据包后立刻发送数据包给起始基站，起始基站接收到数据包后，记录下时间戳Tr，即得：(T
r
‑
T
d
)
·
c＝D，其中c为电磁波在空气中的传播速度，为常数。
[0008]优选的，作为定位信号源的基站具有自动组网功能，不同基站间具备信号自动校准和通信功能。
[0009]优选的，可根据目标移动终端的位置坐标获取空间三维坐标、水平面二维坐标、垂直面二维坐标、一维坐标、里程信息。
[0010]本专利还公开了一种实现上述定位方法的系统，其包括：至少三个位置坐标已知的基站，基站两两组合分成至少三个基站组；目标移动终端；通信模块，所述通信模块用于使每个基站组中两个基站与目标移动终端依次顺序通信，根据起始基站发射出信号和接收到信号的时间差计算出该基站组中信号在两个基站及目标移动终端依次顺序传输的总距离；计算模块，所述计算模块用于根据各基站组中两个基站的已知坐标及对应的总距离计算目标移动终端的位置坐标。
[0011]优选的，所述目标移动终端为移动智能终端、手环、追踪器、嵌入式模块、智能机器人或工业传感器设备。
[0012]优选的，所述基站上设有WiFi模块。
[0013]优选的，其还包括一自组网功能模块，所述自组网功能模块能实现作为定位信号源的基站具有自动组网，使不同基站间具备信号自动校准和通信功能。
[0014]本专利还公开了一种能上述上述方式的无线终端及服务器。
[0015]专利技术提供了一种全新的定位方式通过改变基站与移动站间的通信顺序，获得TDoDR(Time Difference of Departure and Return，收发时间差)观测量，利用三个或三个以上的基站作为定位信号源，可求得目标移动终端用户实时精确的二维或三维位置信息。该技术方案中基站不需要配备多天线、基站间不需要额外拉线连接；本专利技术基于长度信息，在信号覆盖范围内，与移动站与基站之间的距离无关；本专利技术不需要任何时间同步，去掉了时间同步误差，有益于定位结果，定位精度高，并可以覆盖大区域，相比于传统技术，实现方法更加简单，而且定位结果优于传统方式。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例中同一基站组中通信示意图。
[0017]图2为本专利技术三个基站实施例进行定位的示意图。
[0018]图3为本专利技术四个基站实施例进行定位的示意图。
具体实施方式
[0019]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。
[0020]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许
多具体细节从而给出对本专利技术的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本专利技术的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本专利技术的各方面变得模糊。
[0021]本专利公开了一种基于椭球交汇的超宽带定位方法，该定位方法具体包括如下步骤其包括如下步骤：
[0022]1)如图1所示，选择三个位置坐标已知的基站A、B、C作为定位信号源，将选择的基站A、B、C两两组合分成至少三个基站组，基站A、B为一个基站组、基站A、C为一个基站组、基站C、B为一个基站组；
[0023]2)每个基站组中两个基站与目标移动终端T依次顺序通信，根据起始基站发射出信号和接收到信号的时间差计算出该基站组中信号在两个基站及目标移动终端依次顺序传输的总距离。如图2所示，以包括基站A、B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于椭球交汇的超宽带定位方法，其特征在于，其包括如下步骤：1）选择至少三个位置坐标已知的基站（A、B、C）作为定位信号源，将选择的基站两两组合分成至少三个基站组（A、B）、（A、C）、（B、C）；2）每个基站组中两个基站与目标移动终端（T）依次顺序通信，根据起始基站发射出信号和接收到信号的时间差计算出该基站组中信号在两个基站及目标移动终端依次顺序传输的总距离（D）；3）根据各基站组中两个基站的已知坐标及步骤2）中对应的总距离（D）计算目标移动终端的位置坐标。2.根据权利要求1所述的基于椭球交汇的超宽带定位方法，其特征在于，步骤2）中距离和（D）的计算方法为：首先起始基站（A）发送数据包给中间基站（B），记录下时间戳（Td），中间基站（B）接收到数据包后立刻发送数据包给目标移动终端（T），目标移动终端（T）接收到收到数据包后立刻发送数据包给起始基站（A），起始基站（A）接收到数据包后，记录下时间戳Tr，即得：，其中c为电磁波在空气中的传播速度，为常数。3.根据权利要求1所述的基于椭球交汇的超宽带定位方法，其特征在于，作为定位信号源的基站具有自动组网功能，不同基站间具备信号自动校准和通信功能。4.根据权利要求1所述的基于椭球交汇的超宽带定位方法，其特征在于，可根据目标移动终端的位置坐标获取空间三维坐标、水平面二维坐标、垂直面二维坐标、一维坐标、里程信息。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐志，黄李雄，
申请(专利权)人：苏州普息导航技术有限公司，
类型：发明
国别省市：