基于一体式UWB基站的三维轻量化定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于一体式UWB基站的三维轻量化定位方法，所述方法包括：对空间高度进行量化处理，得到多个不同空间高度；建立对应一定空间高度的目标标签与UWB基站天线阵列的三维空间位置模型；根据所述三维空间位置模型确定目标标签在每个空间高度上的位置坐标；根据所述目标标签在每个空间高度上的位置确定所述目标标签的第一位置。利用本发明专利技术方案，可以对目标标签实现高精度定位。可以对目标标签实现高精度定位。可以对目标标签实现高精度定位。

【技术实现步骤摘要】
基于一体式UWB基站的三维轻量化定位方法


[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基站的三维轻量化定位方法及装置。

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
‑
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
‑
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基站的三维轻量化定位方法及装置，以实现高精度定位。
[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基站的三维轻量化定位方法，所述方法包括：
[0006]对空间高度进行量化处理，得到多个不同空间高度；
[0007]建立对应一定空间高度的目标标签与UWB基站天线阵列的三维空间位置模型；
[0008]根据所述三维空间位置模型确定目标标签在每个空间高度上的位置坐标；
[0009]根据所述目标标签在每个空间高度上的位置确定所述目标标签的位置。
[0010]可选地，所述建立对应一定空间高度的目标标签与UWB基站天线阵列的三维空间位置模型包括：
[0011]在二维平面下，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；
[0012]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。
[0013]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。
[0014]可选地，所述根据所述三维空间位置模型确定目标标签在每个空间高度上的位置坐标包括：
[0015]获取所述目标标签与天线阵列中每组天线中两个天线的距离差；
[0016]根据所述距离差的正负值，确定目标标签相对于所述天线阵列的相对位置；
[0017]根据所述距离差的数值和所述相对位置，确定所述目标标签对应各组天线的相对坐标信息；
[0018]对所述相对坐标信息进行空间坐标系变换，得到所述目标标签在对应的空间高度上的位置坐标。
[0019]可选地，所述根据所述目标标签在每个空间高度上的位置确定所述目标标签的位置包括：
[0020]根据所述目标标签在每个空间高度上的位置，反向计算所述目标标签与天线阵列中任意一组天线中两个天线的距离差，并根据所述距离差确定所述两个天线的电磁波的相位差；
[0021]根据反向计算得到的对应每个空间高度的相位差与测量得到的所述两个天线的电磁波的相位差，确定所述目标标签的位置。
[0022]一种基于一体式UWB基站的三维轻量化定位装置，所述装置包括：
[0023]空间划分模块，用于对空间高度进行量化处理，得到多个不同空间高度；
[0024]模型建立模块，用于建立对应一定空间高度的目标标签与UWB基站天线阵列的三维空间位置模型；
[0025]定位模块，用于根据所述三维空间位置模型确定目标标签在每个空间高度上的位置坐标；
[0026]位置确定模块，用于根据所述目标标签在每个空间高度上的位置确定所述目标标签的位置。
[0027]可选地，所述模型建立模块包括：
[0028]位置模型建立单元，用于在二维平面下，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；
[0029]距离模型建立单元，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。
[0030]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。
[0031]可选地，所述定位模块包括：
[0032]距离差获取单元，用于获取所述目标标签与天线阵列中每组天线中两个天线的距离差；
[0033]相对位置确定单元，用于根据所述距离差的正负值，确定目标标签相对于所述天线阵列的相对位置；
[0034]相对坐标确定单元，用于根据所述距离差的数值和所述相对位置，确定所述目标标签对应各组天线的相对坐标信息；
[0035]坐标变换单元，用于对所述相对坐标信息进行空间坐标系变换，得到所述目标标签在对应的空间高度上的位置坐标。
[0036]可选地，所述位置确定模块包括：
[0037]相位差计算单元，用于根据所述目标标签在每个空间高度上的位置，反向计算所述目标标签与天线阵列中任意一组天线中两个天线的距离差，并根据所述距离差确定所述
两个天线的电磁波的相位差；
[0038]位置信息确定单元，用于根据反向计算得到的对应每个空间高度的相位差与测量得到的所述两个天线的电磁波的相位差，确定所述目标标签的位置。
[0039]本专利技术实施例提供的基于一体式UWB基站的三维定位方法及装置，将一体式UWB基站作为信号接收的唯一装置，将三维空间按照不同的水平高度进行分割，通过天线阵列获取基于不同高度的天线模组中两天线信号的相位差值，结合天线阵列中两两天线对的相位差值相对关系进行相应计算，实现基于一体式UWB基站的三维高精度定位，定位精度在有效定位范围内无论在水平和高度维度，均可达到厘米级。
附图说明
[0040]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；
[0041]图2是本专利技术基于一体式UWB基站的三维轻量化定位方法的流程图；
[0042]图3是本专利技术方法中根据三维空间位置模型确定目标标签在每个空间高度上的位置坐标的流程图；
[0043]图4是本专利技术基于一体式UWB基站的三维轻量化定位装置的结构示意图。
具体实施方式
[0044]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。
[0045]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基站的三维轻量化定位方法，其特征在于，所述方法包括：对空间高度进行量化处理，得到多个不同空间高度；建立对应一定空间高度的目标标签与UWB基站天线阵列的三维空间位置模型；根据所述三维空间位置模型确定目标标签在每个空间高度上的位置坐标；根据所述目标标签在每个空间高度上的位置确定所述目标标签的位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立对应一定空间高度的目标标签与UWB基站天线阵列的三维空间位置模型包括：在二维平面下，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。3.根据权利要求2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。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述三维空间位置模型确定目标标签在每个空间高度上的位置坐标包括：获取所述目标标签与天线阵列中每组天线中两个天线的距离差；根据所述距离差的正负值，确定目标标签相对于所述天线阵列的相对位置；根据所述距离差的数值和所述相对位置，确定所述目标标签对应各组天线的相对坐标信息；对所述相对坐标信息进行空间坐标系变换，得到所述目标标签在对应的空间高度上的位置坐标。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标标签在每个空间高度上的位置确定所述目标标签的位置包括：根据所述目标标签在每个空间高度上的位置，反向计算所述目标标签与天线阵列中任意一组天线中两个天线的距离差，并根据所述距离差确定所述两个天线的电磁波的相位差；根据反向计算得到的对应每个空间高度的相位差与测量得到的所述两个天线的电磁波的相位差，确定所述目标标签的位置。6.一种基于一体式UWB基站的三维轻量化定位装置，其特...

【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：