一种UWB高精度定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种UWB高精度定位方法及系统，包括：获取各基站当前单次测距阶段与标签通讯得到的单向无线电磁波传输时间差、各基站坐标信息以及预先求解得到的各基站与标签通讯的天线延时补偿曲线；根据获取的数据计算各基站与标签之间的距离；根据计算的各基站与标签之间的距离确定标签实时位置坐标。优点：通过提高基站与标签之间的测距源头数据精度，最终提高UWB定位精度。终提高UWB定位精度。终提高UWB定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种UWB高精度定位方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种UWB高精度定位方法及系统，属于UWB无线定位


技术介绍

[0002]目前室内定位技术包括GPS、北斗、蓝牙、WIFI、ZigBee、UWB(超宽带)等无线网络技术，其中UWB定位具备精度高，能达到厘米级定位，适合于高精度定位场景。UWB定位目前主流算法是基于TOA(到达时间，Time Of Arrival)或基于TDOA(到达时间差，Time Difference Of Time)，其中TDOA算法下基站、标签每轮测距仅需要1次通讯，具备支持标签容量大突出优点，但存在基站之间时间同步精度要求高，使用中由于系统电路的线路长度不一、时钟同步精度有限等系统误差存在，难以实现基站完美同步，而计算数据依赖于到达时间差，细小误差易被放大导致精度下降，整体上技术门槛很高，应用相对较少。相对而言，TOA算法每次定位需要标签与多个基站依次来回定位测距一遍，标签容量不高，但其算法原理简单，利用基站与标签之间报文来回交互，不需要基站之间时间同步，在实际工程中应用较广。另外，无论哪种算法都存在着包括天线延时在内的系统误差，如UWB设备之间测距的天线延时误差、封装壳引入的非视距误差(统称为“天线延时误差”)，导致最终的定位坐标求解精度不高。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种UWB高精度定位方法及系统，通过提高UWB定位源头数据精度实现定位精度的提高。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种UWB高精度定位方法，包括：
[0005]获取各基站当前单次测距阶段与标签通讯得到的单向无线电磁波传输时间差、各基站坐标信息以及预先求解得到的各基站与标签通讯的天线延时补偿曲线；
[0006]根据获取的单向无线电磁波传输时间差、天线延时补偿曲线计算各基站与标签之间的距离；
[0007]根据计算的各基站与标签之间的距离和各基站坐标信息确定标签实时位置坐标。
[0008]进一步的，所述各基站当前单次测距阶段与标签通讯得到的单向无线电磁波传输时间差的获取过程包括：
[0009]利用TOA算法对标签与基站之间进行单次测距，标签与基站之间单次测距通过标签与基站之间若干次交互报文，每次交互报文字节数长度保持不变；
[0010]每次交互报文，基站或者标签记录相应时标；
[0011]根据所有记录的时标计算单向无线电磁波传输时间差。
[0012]进一步的，在标签向基站发送报文时，标签将记录的时标延时1帧报文传递至基站。
[0013]进一步的，所述各基站与标签通讯的天线延时补偿曲线的求解过程包括：
[0014]利用每个基站和标签进行不同典型距离值的标签与基站之间静态视距测试，得到
不同视距下多组无线传输时间差和视距距离值对，拟合出每个基站和标签的天线延时误差补偿曲线。
[0015]进一步的，所述根据计算的各基站与标签之间的距离确定标签实时位置坐标的过程包括：
[0016]根据各基站的天线延时误差补偿曲线和单向无线电磁波传输时间差dltT确定各基站对应的延时误差；
[0017]利用各基站的单向无线电磁波传输时间差dltT扣除该基站对应的延时误差后乘以时间分辨率tick，再乘以电磁波传输速度得到各基站与标签之间的距离；
[0018]根据得到的各基站与标签之间的距离以及各基站坐标信息利用最小二乘法求解标签实时位置坐标。
[0019]一种UWB高精度定位系统，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
[0020]本专利技术所达到的有益效果：
[0021]利用每轮报文帧长相同且延时1帧传输精准时标以及针对不同基站之间的差异分别拟合不同曲线补偿天线延时误差，二者结合起来降低系统误差，提高了基站与标签之间的源头测距精度，最终提高了利用最小二乘法求解的标签定位坐标。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的一种提高UWB定位精度的方法的流程图；
[0023]图2为本专利技术提供的TOA算法采用TWR交互方法的3次报文交互及打时标示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0025]实施案例：
[0026]假设有1个标签、3个基站构成的定位测试系统，需要定位标签的实时位置。
[0027]首先，设计统一长度通讯帧格式，如对所有不同帧可采用下表20个字节构成的通讯帧长度帧通讯报文格式，帧类别可以采用简单1,2,3,4区别每轮基站与标签之间测距的先后交互报文。
[0028][0029]其次，标签与某基站之间的单次测距，具体可采用3次报文交互TWR(双向双边测距，Double
‑
sided Two
‑
way Ranging)方法，如图2，3次通讯交互分别是标签向基站发起测距帧1(记为Round1)、基站收到标签的帧1后立即回复标签帧2(记为Round2)、标签收到基站的帧2后立即发送帧3(记为Round3)，Round2、Round3帧时标1、时标2、时标3字段始终填写0，
交互过程读取UWB芯片记录的时标为：
[0030]第1次交互，标签发送Round1，基站收到Round1后，基站记录接收时标t
R1_rx
；
[0031]第2次交互，基站回复Round2，标签收到Round2后，标签记录时标t
R1_tx
和t
R2_rx
；
[0032]第3次交互，标签发送Round3，基站收到Round3后，基站记录时标t
R2_tx
和t
R3_rx
；同时标签检测到发送成功，记录发送Round3的时标t
R3_tx
。
[0033]以上3次交互，构成第一轮标签与基站两点测距。
[0034]第4次交互，标签发起第二轮测距Round1，并将第二轮Round1帧时标1、时标2、时标3字段分别填写上一轮标签记录的t
R1_tx
、t
R2_rx
、t
R3_tx
，当基站接收到第二轮Round1报文后，基站记录第二轮测距时标t
R1_rx
，同时解析Round1中标签发送的3个时标，结合基站自己记录的t
R1_rx
、t
R2_tx
、t
R3_rx
六个时标根据下面的公式，求解出基站与标签之间单向无线电磁波传输时间差dltT。
[0035]dltT1＝t
R2_rx
‑
t
R1_tx
[0036]dltT本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UWB高精度定位方法，其特征在于，包括：获取各基站当前单次测距阶段与标签通讯得到的单向无线电磁波传输时间差、各基站坐标信息以及预先求解得到的各基站与标签通讯的天线延时补偿曲线；根据获取的单向无线电磁波传输时间差、天线延时补偿曲线计算各基站与标签之间的距离；根据计算的各基站与标签之间的距离和各基站坐标信息确定标签实时位置坐标。2.根据权利要求1所述的UWB高精度定位方法，其特征在于，所述各基站当前单次测距阶段与标签通讯得到的单向无线电磁波传输时间差的获取过程包括：利用TOA算法对标签与基站之间进行单次测距，标签与基站之间单次测距通过标签与基站之间若干次交互报文，每次交互报文字节数长度保持不变；每次交互报文，基站或者标签记录相应时标；根据所有记录的时标计算单向无线电磁波传输时间差。3.根据权利要求2所述的UWB高精度定位方法，其特征在于，在标签向基站发送报文时，标签将记录的时标延时1帧报文传递至基站。4.根据权利要求1所述的UWB高精度定位方法，其特征在于，所述各基站与标签通讯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中泽，刘东超，林语，刘鹏，陈海波，朱何荣，王敏，杨瑞，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：