一种基于时分多址的UWB室内定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时分多址的UWB室内定位方法，步骤包括：在定位区域内设置N个基站BS

【技术实现步骤摘要】
一种基于时分多址的UWB室内定位方法


[0001]本专利技术涉及一种UWB室内定位方法，尤其是一种基于时分多址的UWB室内定位方法。

技术介绍

[0002]UWB超宽带技术与传统通信技术有极大的差异，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。超宽带室内定位可用于各个领域的室内精确定位和导航，包括人和大型物品，例如贵重物品仓储、矿井人员定位、机器人运动跟踪、汽车地库停车等。
[0003]以人员定位和物品定位为例，现有技术中会将UWB移动设备佩戴或固定在人员和物品之上，并在定位区域内设立至少3座基站，采取TOF或TDOA的计算方法完成区域内人员和物品的实时定位和管理。工作过程是：(1)、TOF算法：UWB移动设备分别和至少3座基站完成POLL、RESPONSE、REPORT三帧通信，并通过飞行时间差乘以光速，计算UWB移动设备和每座基站之间的距离，再通过空间坐标系进行解析几何计算，确定UWB设备所在位置；(2)、TDOA算法：UWB移动设备向至少3座基站发送1次通信帧，其中每2个UWB基站通过接收到此通信帧的时间差得到的距离差为固定值，即可绘制出以2个UWB基站作为焦点的双曲线，通过3座基站的排列组合，得到三条双曲线的相交点，确定UWB设备所在位置。
[0004]随着UWB室内定位技术的不断应用，特别是人员密集场所、强制监管场所、物流行业对于系统容量需求的不断增长，UWB室内定位系统的容量提升势在必行。现有的UWB室内定位技术包括TOF定位、TDOA定位等，每种定位技术都需要一定的无线通信交互，对于高精度实时定位系统来说，系统的实时性和稳定性十分重要，而现有的UWB室内定位技术，系统容量低，通信抗干扰性能差，系统实时性差，不具备大容量的人员和物品的定位需求，不利于大容量装机时的实时稳定运行。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：提供一种基于时分多址的UWB室内定位方法，具有较高的定位精度，且通信抗干扰性能强，能够满足大容量的人员和物品的定位需求。
[0006]技术方案：本专利技术所述的基于时分多址的UWB室内定位方法，包括如下步骤：步骤1，在定位区域内设置个基站，其中；步骤2，终端进入定位区域后请求进入时间同步网络，并在请求进入后发射一次UWB信号，并记录在时间同步网络中的发送时间戳；步骤3，个基站分别接收到终端发射的UWB信号后，记录在时间同步网络中的接收时间戳；步骤4，选取一个基站作为中心基站，其余基站作为定位基站，通过所选的
中心基站发射一次UWB信号，并记录在时间同步网络中的发送时间戳；步骤5，定位区域内所有的定位基站接收到中心基站发射的UWB信号后，记录在时间同步网络中的接收时间戳；步骤6，根据两次发送UWB信号时记录的参数构建定位解算矩阵，求得以定位基站与中心基站作为焦点坐标构造而成的条双曲线，已知定位基站的坐标为，进一步求解终端的坐标。
[0007]进一步的，步骤2中，终端进入定位区域后请求进入时间同步网络的具体步骤为：步骤2.1，终端向基站发射2.4GHz跳频信号，请求接入时间同步网络；步骤2.2，基站接收到请求接入后，向终端发射2.4GHz信号，并发布通信参数，包括系统时间、周期时间、单位时间、工作时隙以及工作频率，其中周期时间的划分满足；步骤2.3，终端通过本地工作时间算法计算出本地工作时间；步骤2.4，终端通过本地校时差值算法计算出本地校时差值；步骤2.5，终端根据本地工作时间以及出本地校时差值接入时间同步网络，保持与基站位于同一时间同步网络中。
[0008]进一步的，步骤2.3中，本地工作时间算法如下：式中，为终端的本地时间，%表示取模运算。
[0009]进一步的，步骤2.4中，本地校时差值算法如下：式中，为终端的本地时间，%表示取模运算。
[0010]进一步的，步骤6中，根据两次发送UWB信号时记录的参数构建定位解算矩阵时，具体步骤为：步骤6.1，根据终端发射的UWB信号时记录的参数构建矩阵为：式中，为基站与终端的UWB计时器相对偏差，为光速，各个基站
与终端的距离；步骤6.2，根据中心基站发射的UWB信号时记录的参数构建矩阵为：式中，为定位基站与中心基站距离的测定值，为定位基站与中心基站的UWB计时器相对偏差；步骤6.3，根据步骤6.1得到：于是，进一步计算得到如下差值矩阵：再根据步骤6.2得到定位基站与中心基站的UWB计时器相对偏差为：由于中心基站与终端的UWB计时器相对偏差为，定位基站与终端的UWB计时器相对偏差为，则定位基站与中心基站的UWB计时器相对偏差又表示为：于是有：对于差值矩阵范围内的任意距离差值的线性组合均可求得为常数值，且距离差值线性组合的数量为，即：步骤6.4，根据步骤6.3得到个线性组合求得的，且为常数值，于是求得以定位基站与中心基站作为焦点坐标构造而成的条双曲线。
[0011]进一步的，步骤6中，求解终端的坐标的矩阵为：式中，、、以及分别为四个定位基站的坐标，、以及分别为四个定位基站与终端距离的相互差值。
[0012]进一步的，步骤1中，基站包括控制模块、无线收发模块、受时模块以及授时模块；无线收发模块，用于发射或接收UWB和/或2.4GHz信号；受时模块，用于接受校时总线的校时信息、向控制模块提供系统时间参考以及向授时模块提供系统时间参考；授时模块，用于接受受时模块的系统时间以及向控制模块提供授时信息，授时信息包括系统时间、周期时间、单位时间、工作时隙以及工作频率；无线收发模块、受时模块、授时模块均与控制模块电连接，由控制模块对无线收发模块、受时模块以及授时模块进行协调控制。
[0013]进一步的，控制模块由基站控制单元、基站通信管理单元以及基站网络管理单元构成；基站控制单元，用于对无线收发模块、受时模块以及授时模块进行运行控制；基站通信管理单元，用于将周期时间划分为单位时间的个基础时隙，即，还用于生成和维护终端的与其通信参数的映射表，以终端的为检索下标对其进行通信参数的生成和维护；基站网络管理单元，用于实现基站通信网络基本功能的管理和维护。
[0014]进一步的，步骤2中，终端包括控制模块、无线收发模块以及受时模块；
无线收发模块，用于发射或接收UWB和/或2.4GHz信号；受时模块，用于接受并处理基站的无线收发模块下发的授时信息以及向控制模块提供系统时间参考；无线收发模块、受时模块均与控制模块电连接，由控制单元对无线收发模块以及受时模块的运行进行协调控制。
[0015]进一步的，控制模块由终端控制单元、终端通信管理单元以及终端网络管理单元构成；通信管理单元，用于处理基站的无线收发模块下发的授时信息，并计算得到终端的本地工作时间，还用于实现所述终端设备的本地校时，校时结果表示为本地时间与系统时间在周期时间内的差值；网络管理单元，用于对终端的通信网络基本功能进行管理和维护。
[0016]本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：利用个基站进行组合定位，从而能够有效增强终端的定位精度，实现基站的负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时分多址的UWB室内定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在定位区域内设置个基站，其中；步骤2，终端进入定位区域后请求进入时间同步网络，并在请求进入后发射一次UWB信号，并记录在时间同步网络中的发送时间戳；步骤3，个基站分别接收到终端发射的UWB信号后，记录在时间同步网络中的接收时间戳；步骤4，选取一个基站作为中心基站，其余基站作为定位基站，通过所选的中心基站发射一次UWB信号，并记录在时间同步网络中的发送时间戳；步骤5，定位区域内所有的定位基站接收到中心基站发射的UWB信号后，记录在时间同步网络中的接收时间戳；步骤6，根据两次发送UWB信号时记录的参数构建定位解算矩阵，求得以定位基站与中心基站作为焦点坐标构造而成的条双曲线，已知定位基站的坐标为，进一步求解终端的坐标。2.根据权利要求1所述的基于时分多址的UWB室内定位方法，其特征在于，步骤2中，终端进入定位区域后请求进入时间同步网络的具体步骤为：步骤2.1，终端向基站发射2.4GHz跳频信号，请求接入时间同步网络；步骤2.2，基站接收到请求接入后，向终端发射2.4GHz信号，并发布通信参数，包括系统时间、周期时间、单位时间、工作时隙以及工作频率，其中周期时间的划分满足；步骤2.3，终端通过本地工作时间算法计算出本地工作时间；步骤2.4，终端通过本地校时差值算法计算出本地校时差值；步骤2.5，终端根据本地工作时间以及出本地校时差值接入时间同步网络，保持与基站位于同一时间同步网络中。3.根据权利要求2所述的基于时分多址的UWB室内定位方法，其特征在于，步骤2.3中，本地工作时间算法如下：式中，为终端的本地时间，%表示取模运算。4.根据权利要求2所述的基于时分多址的UWB室内定位方法，其特征在于，步骤2.4中，本地校时差值算法如下：式中，为终端的本地时间，%表示取模运算。
5.根据权利要求1所述的基于时分多址的UWB室内定位方法，其特征在于，步骤6中，根据两次发送UWB信号时记录的参数构建定位解算矩阵时，具体步骤为：步骤6.1，根据终端发射的UWB信号时记录的参数构建矩阵为：式中，为基站与终端的UWB计时器相对偏差，为光速，各个基站与终端的距离；步骤6.2，根据中心基站发射的UWB信号时记录的参数构建矩阵为：式中，为定位基站与中心基站距离的测定值，为定位基站与中心基站的UWB计时器相对偏差；步骤6.3，根据步骤6.1得到：于是，进一步计算得到如下差值矩阵：再根据步骤6.2得到定位基站与中心基站的UWB计时器相对偏差为：由于中心基站与终端的UWB计时器相对偏差为，定位基站与终端的UWB计<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，田晓明，
申请(专利权)人：江苏东大集成电路系统工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：