一种基于UWB的双基站定位标签的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于UWB的双基站定位标签的方法及系统，通过当主基站与从基站完成蓝牙连接后，主基站与从基站之间通过TOF方案进行第一时间差收集，采用UWB方案计算主基站与从基站之间的距离及角度；标签与主基站之间通过TOF方案进行第二时间差收集后，采用UWB方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离R1、标签与主基站之间的角度θ1；标签与从基站之间通过TOF方案进行第三时间差收集后，采用UWB方案进行标签与主基站距离及角度计算，计算得出标签与从基站之间的距离R2，标签与从基站之间的角度θ2。本发明专利技术相比三个或三个以上基站进行定位降低成本，相比单基站定位提高定位精度。比单基站定位提高定位精度。比单基站定位提高定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB的双基站定位标签的方法及系统


[0001]本专利技术涉及UWB定位
，尤其公开了一种基于UWB的双基站定位标签的方法及系统。

技术介绍

[0002]UWB（Ultra Wide Band，超宽带）技术是一种无线载波通信技术，UWB不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。现有的UWB定位方案存在的缺点问题点为：1、目前精准定位方案均采用三个及以上的基站实现标签定位，基站造价昂贵、定位成本高；2、目前单基站定位方向角度偏移严重，存在定位准确性差的现象。
[0003]因此，现有UWB定位方案存在的上述缺陷，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于UWB的双基站定位标签的方法及系统，旨在解决现有UWB定位方案存在的上述缺陷。
[0005]本专利技术的一方面涉及一种基于UWB的双基站定位标签的方法，应用于基于UWB的定位设备中，基于UWB的定位设备包括主基站、从基站、以及标签，主基站、从基站和标签之间建立通信连接，基于UWB的双基站定位标签的方法包括以下步骤：主基站开机后广播自身信息，实现信号发射和接收；当主基站与从基站完成蓝牙连接后，主基站与从基站之间通过TOF方案进行第一时间差收集，采用UWB方案计算主基站与从基站之间的距离及角度；标签开机后更改自身为可发现状态，主基站搜索到标签后与标签建立连接，标签发送自身MAC地址给主基站；主基站通对标签的MAC地址进行数据加密，并将加密后的数据收发至标签和从基站，通过加密后的MACID作为通讯依据，实现主基站、从基站及标签之间的通信连接；标签与主基站之间通过TOF方案进行第二时间差收集后，采用UWB方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离R1、标签与主基站之间的角度θ1；标签与从基站之间通过TOF方案进行第三时间差收集后，采用UWB方案进行标签与主基站距离及角度计算，计算得出标签与从基站之间的距离R2，标签与从基站之间的角度θ2；定义主基站与从基站的中心点为原点，根据标签与主基站之间的距离R1、以及标签与从基站之间的距离R2，计算得出标签可能位置为位置点A、或者位置点B；通过预设的第一角度阈值和第二角度阈值分别对位置点A和位置点B进行判断，舍弃错误点，保留正确点；则保留的正确点为标签在当前时间的位置，完成主基站和从基站双
基站的定位。
[0006]进一步地，标签与主基站之间通过TOF方案进行第二时间差收集后，采用UWB方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离R1、标签与主基站之间的角度θ1的步骤中，标签与主基站之间的距离R1通过TOF方案进行计算，标签与主基站之间的角度θ1通过AOD角度进行计算。
[0007]进一步地，标签与主基站之间的角度θ1通过以下公式计算出：θ1=arcos((ψ1λ)/(2πd1))其中，θ1为标签与主基站之间的角度，ψ1为来自主基站上的第一UWB天线的信号相位与来自主基站上的第二UWB天线的信号相位间的差值，λ为信号波长，d1为主基站上的第一UWB天线与主基站上的第二UWB天线之间的天线间距，π为圆周率。
[0008]进一步地，标签与从基站之间通过TOF方案进行第三时间差收集后，采用UWB方案进行标签与主基站距离及角度计算，计算得出标签与从基站之间的距离R2，标签与从基站之间的角度θ2的步骤中，标签与从基站之间的距离R2通过TOF方案进行计算，标签与从基站之间的角度θ2通过AOD角度进行计算。
[0009]进一步地，定义主基站与从基站的中心点为原点，根据标签与主基站之间的距离R1、以及标签与从基站之间的距离R2，计算得出标签可能位置为位置点A、或者位置点B的步骤包括：以主基站为圆心、标签与主基站之间的距离R1为半径画圆；以从基站为圆心、标签与从基站之间的距离R2为半径画圆；定义两个圆交点上方为位置点A，交点下方为位置点B；设定主基站为零点，从基站方向为X轴正向，主从基站上方为Y轴正向，则位置点A、位置点B的坐标为（（R
32
+R
12
‑
R
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）/2/R3，
±
（（R
12
+R
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）/2
‑
R
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/4
‑
（R
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‑
R
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）2/4/R
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）1/2），若（θ1+θ2）<180
°
，则计算的点为位置点A（（R
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+R
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R
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）/2/R3，（（R
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+R
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）/2
‑
R
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（R
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‑
R
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）2/4/R
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）1/2）；若（θ1+θ2）>180
°
，则计算的点为位置点B（（R
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+R
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‑
R
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）/2/R3，
‑
（（R
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+R
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）/2
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R
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（R
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‑
R
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）2/4/R
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）1/2），其中，R1为主基站与标签之间的距离，R2为从基站与标签之间的距离，R3为主基站与从基站之间的距离；θ1为主基站与标签之间的角度，θ2为从基站与标签之间的角度。
[0010]本专利技术的另一方面涉及一种基于UWB的双基站定位标签的系统，应用于基于UWB的定位设备中，基于UWB的定位设备包括主基站、从基站、以及标签，主基站、从基站和标签之间建立通信连接，基于UWB的双基站定位标签的系统包括：第一通信连接模块，用于主基站开机后广播自身信息，实现信号发射和接收；第一计算模块，用于当主基站与从基站完成蓝牙连接后，主基站与从基站之间通过TOF方案进行第一时间差收集，采用UWB方案计算主基站与从基站之间的距离及角度；第二通信连接模块，用于标签开机后更改自身为可发现状态，主基站搜索到标签后与标签建立连接，标签发送自身MAC地址给主基站；主基站通对标签的MAC地址进行数据加密，并将加密后的数据收发至标签和从基站，通过加密后的MACID作为通讯依据，实现主基站、从基站及标签之间的通信连接；第二计算模块，用于标签与主基站之间通过TOF方案进行第二时间差收集后，采用UWB方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离R1、标签与主基站之间的角度θ1；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB的双基站定位标签的方法，应用于基于UWB的定位设备中，所述基于UWB的定位设备包括主基站（100）、从基站（200）、以及标签（300），所述主基站（100）、所述从基站（200）和所述标签（300）之间建立通信连接，其特征在于，所述基于UWB的双基站定位标签的方法包括以下步骤：主基站开机后广播自身信息，实现信号发射和接收；当主基站与从基站完成蓝牙连接后，主基站与从基站之间通过TOF方案进行第一时间差收集，采用UWB方案计算主基站与从基站之间的距离及角度；标签开机后更改自身为可发现状态，主基站搜索到标签后与所述标签建立连接，标签发送自身MAC地址给所述主基站；主基站通对标签的MAC地址进行数据加密，并将加密后的数据收发至标签和从基站，通过加密后的MACID作为通讯依据，实现主基站、从基站及标签之间的通信连接；标签与主基站之间通过TOF方案进行第二时间差收集后，采用UWB方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离R1、标签与主基站之间的角度θ1；标签与从基站之间通过TOF方案进行第三时间差收集后，采用UWB方案进行标签与主基站距离及角度计算，计算得出标签与从基站之间的距离R2，标签与从基站之间的角度θ2；定义主基站与从基站的中心点为原点，根据所述标签与主基站之间的距离R1、以及所述标签与从基站之间的距离R2，计算得出所述标签可能位置为位置点A、或者位置点B；通过预设的第一角度阈值和第二角度阈值分别对所述位置点A和所述位置点B进行判断，舍弃错误点，保留正确点；则保留的所述正确点为所述标签在当前时间的位置，完成所述主基站和所述从基站双基站的定位。2.如权利要求1所述的基于UWB的双基站定位标签的方法，其特征在于，所述标签与主基站之间通过TOF方案进行第二时间差收集后，采用UWB方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离R1、标签与主基站之间的角度θ1的步骤中，所述标签与主基站之间的距离R1通过TOF方案进行计算，所述标签与主基站之间的角度θ1通过AOD角度进行计算。3.如权利要求2所述的基于UWB的双基站定位标签的方法，其特征在于，所述标签与主基站之间的角度θ1通过以下公式计算出：θ1=arcos((ψ1λ)/(2πd1))其中，θ1为标签与主基站之间的角度，ψ1为来自主基站上的第一UWB天线的信号相位与来自主基站上的第二UWB天线的信号相位间的差值，λ为信号波长，d1为主基站上的第一UWB天线与主基站上的第二UWB天线之间的天线间距，π为圆周率。4.如权利要求1所述的基于UWB的双基站定位标签的方法，其特征在于，所述标签与从基站之间通过TOF方案进行第三时间差收集后，采用UWB方案进行标签与主基站距离及角度计算，计算得出标签与从基站之间的距离R2，标签与从基站之间的角度θ2的步骤中，所述标签与从基站之间的距离R2通过TOF方案进行计算，所述标签与从基站之间的角度θ2通过AOD角度进行计算。5.如权利要求1所述的基于UWB的双基站定位标签的方法，其特征在于，所述定义主基站与从基站的中心点为原点，根据所述标签与主基站之间的距离R1、以及所述标签与从基站之间的距离R2，计算得出所述标签可能位置为位置点A、或者位置点B的步骤包括：
以所述主基站为圆心、所述标签与主基站之间的距离R1为半径画圆；以所述从基站为圆心、所述标签与从基站之间的距离R2为半径画圆；定义两个圆交点上方为位置点A，交点下方为位置点B；设定主基站为零点，从基站方向为X轴正向，主从基站上方为Y轴正向，则位置点A、位置点B的坐标为（（R
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+R
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）1/2），若（θ1+θ2）<180
°
，则计算的点为位置点A（（R
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+R
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）/2/R3，（（R
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+R
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）/2
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R
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/4
‑
（R
12
‑
R
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）2/4/R
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）1/2）；若（θ1+θ2）>180
°
，则计算的点为位置点B（（R
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+R
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）/2/R3，
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（（R
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）/2
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R
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）2/4/R
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）1/2），其中，R1为主基站与标签之间的距离，R2为从基站与标签之间的距离，R3为主基...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁云鹤，霍新明，李林显，胥亚伟，
申请(专利权)人：深圳派特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：