基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法技术

本发明专利技术公开了基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法，所述方法包括：测量得到UWB基站天线阵列中一组天线中两个天线的电磁波的相位差，并将其作为基准相位差；将区域空间进行网格化划分，并将划分得到的各子区域作为目标标签的候选位置；根据预先建立的三维空间模型计算所述候选位置与所述两个天线的距离差，将所述距离差转换为相位差，并将其作为候选相位差；计算所述候选相位差与所述基准相位差的差值，并对所述差值进行排序；选取差值较小的设定数量的子区域重复进行空间划分计算所述差值，直到达到设定条件，将得到的差值最小的候选位置作为目标标签的位置。利用本发明专利技术方案，可以实现对目标标签的高精度定位。可以实现对目标标签的高精度定位。可以实现对目标标签的高精度定位。

【技术实现步骤摘要】
基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法


[0001]本专利技术涉及空间定位领域，具体涉及一种基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法及装置。

技术介绍

[0002]随着科技的不断进步，UWB(超宽带，ultra wide band)无线定位技术由于功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低，尤其是能提供非常精确的定位精度等优点，而成为未来无线定位技术的热点和首选。现有的二维定位系统主要包括至少3
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4个UWB接收器(即UWB基站)和UWB标签。位置确定由UWB接收基站接收标签发射的UWB信号，通过过滤电磁波传输过程中夹杂的各种噪声干扰，得到含有效信息的信号，然后通过对得到的有效数据进行分析得到坐标的位置信息。相关基础定位算法有如TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)、AOA(Angle of Arrival，到达角度)、TOF(Time of Flight，飞行时间)等。但是，在实际应用中，现有的技术方案由于至少布设3
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4个UWB接收基站。特别是在三维定位需求下，需要在房顶与地面分别布设至少5个UWB接收基站，才能实现三维定位。现场施工需要耗费大量的人工、和时间成本，且接收基站自身成本也较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法及装置，以实现对目标标签的高精度定位。
[0004]为此，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法，所述方法包括：
[0006]测量得到UWB基站天线阵列中一组天线中两个天线的电磁波的相位差，并将其作为基准相位差；
[0007]将区域空间进行网格化划分，并将划分得到的各子区域作为目标标签的候选位置；
[0008]根据预先建立的三维空间模型计算所述候选位置与所述两个天线的距离差，将所述距离差转换为相位差，并将其作为候选相位差；
[0009]计算所述候选相位差与所述基准相位差的差值，并对所述差值进行排序；
[0010]选取差值较小的设定数量的子区域重复进行空间划分计算所述差值，直到达到设定条件，将得到的最小差值对应的候选位置作为目标标签的位置。
[0011]可选地，所述将区域空间进行网格化划分包括：
[0012]获取区域空间的边界信息；
[0013]根据所述边界信息对所述区域空间进行网络化划分，得到多个子区域。
[0014]可选地，所述方法还包括按照以下方式建立三维空间模型：
[0015]依据所述天线阵列中天线的位置建立所述天线阵列中每组天线的位置模型；
[0016]根据所述天线阵列中不同天线之间的位置关系，建立目标标签对应各天线的距离
模型。
[0017]可选地，所述位置模型为：F(x,y,h,dis)＝0，其中，x,y分别表示目标标签位置的水平坐标，h表示所述空间高度，dis表示所述目标标签到达一组天线两端的距离差。
[0018]可选地，所述设定条件包括：重复次数达到设定值；或者任一所述差值小于设定阈值。
[0019]可选地，所述方法还包括：
[0020]如果所述最小差值对应的候选位置不在所述区域空间内，则选择距离所述差值最小的候选位置最近的区域边界作为目标标签的位置。
[0021]一种基于一体式UWB基站的三维高精度定位装置，所述装置包括：
[0022]测量模块，用于测量得到UWB基站天线阵列中一组天线中两个天线的电磁波的相位差，并将其作为基准相位差；
[0023]空间划分模块，用于将区域空间进行网格化划分，并将划分得到的各子区域作为目标标签的候选位置；
[0024]相位差计算模块，用于根据预先建立的三维空间模型计算所述候选位置与所述两个天线的距离差，将所述距离差转换为相位差，并将其作为候选相位差；
[0025]差值计算模块，用于计算所述候选相位差与所述基准相位差的差值，并对所述差值进行排序；
[0026]判断模块，用于判断是否达到设定条件；
[0027]选择模块，用于在所述判断模块确定未达到设定条件的情况下，选取差值较小的设定数量的子区域以重复进行空间划分计算所述差值；
[0028]输出模块，用于在所述判断模块确定达到设定条件的情况下，将所述差值计算模块得到的最小差值对应的候选位置作为目标标签的位置。
[0029]可选地，所述装置还包括三维模型建立模块，用于建立三维空间模型；所述三维模型建立模块包括：
[0030]位置模块建立单元，用于依据所述天线阵列中天线的位置建立所述天线阵列中每组天线的位置模型；
[0031]距离模块建立单元，用于根据所述天线阵列中不同天线之间的位置关系，建立目标标签对应各天线的距离模型。
[0032]可选地，所述位置模型为：F(x,y,h,dis)＝0，其中，x,y分别表示目标标签位置的水平坐标，h表示所述空间高度，dis表示所述目标标签到达一组天线两端的距离差。
[0033]可选地，所述装置还包括：
[0034]位置纠偏模块，用于在所述最小差值对应的候选位置不在所述区域空间内，则选择距离所述差值最小的候选位置最近的区域边界作为目标标签的位置。
[0035]本专利技术实施例提供的基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法及装置，将一体式UWB基站作为信号接收的唯一装置，将三维空间进行空间网格化的划分，将划分得到的各子区域作为目标标签的候选位置，对各候选位置根据预先建立的三维空间模型计算其与天线UWB基站天线阵列中一组天线中两个天线的距离差，并将其转换为相位差，与实际测量的两个天线的电磁波的相位差进行比较，根据比较结果逐渐缩小两者的误差，最终得到目标标签的位置。利用本专利技术方案，可以实现不同粒度的定位效果，最大程度上满足各种不同定
位精度应用的需求。
附图说明
[0036]图1是本专利技术方法所基于的一体式UWB基站中多天线定位子板的结构框图；
[0037]图2是本专利技术基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法的流程图；
[0038]图3是本专利技术基于一体式UWB基站的三维高精度定位装置的一种结构示意图。
具体实施方式
[0039]为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术实施例作进一步的详细说明。
[0040]针对现有技术需要布设多个UWB基站需要耗费大量的人工和时间成本的问题，本专利技术实施例提供一种基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法及装置，将一体式UWB基站作为信号接收的唯一装置，将三维空间进行空间网格化的划分，将划分得到的各子区域作为目标标签的候选位置，对各候选位置根据预先建立的三维空间模型计算其与天线UWB基站天线阵列中一组天线中两个天线的距离差，并将其转换为相位差，与实际测量的两个天线的电磁波的相位差进行比较，根据比较结果逐渐缩小两者的误差，最终得到目标标签的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于一体式UWB基站的三维高精度定位方法，其特征在于，所述方法包括：测量得到UWB基站天线阵列中一组天线中两个天线的电磁波的相位差，并将其作为基准相位差；将区域空间进行网格化划分，并将划分得到的各子区域作为目标标签的候选位置；根据预先建立的三维空间模型计算所述候选位置与所述两个天线的距离差，将所述距离差转换为相位差，并将其作为候选相位差；计算所述候选相位差与所述基准相位差的差值，并对所述差值进行排序；选取差值较小的设定数量的子区域重复进行空间划分计算所述差值，直到达到设定条件，将得到的最小差值对应的候选位置作为目标标签的位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将区域空间进行网格化划分包括：获取区域空间的边界信息；根据所述边界信息对所述区域空间进行网络化划分，得到多个子区域。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括按照以下方式建立三维空间模型：依据所述天线阵列中天线的位置建立所述天线阵列中每组天线的位置模型；根据所述天线阵列中不同天线之间的位置关系，建立目标标签对应各天线的距离模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述位置模型为：F(x,y,h,dis)＝0，其中，x,y分别表示目标标签位置的水平坐标，h表示所述空间高度，dis表示所述目标标签到达一组天线两端的距离差。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定条件包括：重复次数达到设定值；或者任一所述差值小于设定阈值。6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：如果所述最小差值对应的候选位置不在所述区域空间内，则选择距离所述差值最小的候选位置最近的区域边界作为目标标签的位置。7.一种基于一体式UWB基站的三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚辉，才智，任洪兵，
申请(专利权)人：星耀能北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：