一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法，包括以下步骤：S1、充电仓作为绝对基站，无线耳机作为相对基站；S2、将充电仓静止水平放置，并将耳机戴在双耳上，开启对标签的定位；S3、充电仓对耳机进行定位，耳机对标签进行定位；S4、充电仓通过PDOA+DS

【技术实现步骤摘要】
一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法


[0001]本专利技术涉及超宽带通信
，尤其是涉及一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法。

技术介绍

[0002]无线耳机普遍的存在与大众的生活中，并受到了人们的追捧和热爱，主要原因在于其使用的方法十分便捷，不会像有线耳机一样需要繁杂的连接线，它无需与发声主体连接，用户直接拿起耳机就可以佩戴，无需多余的操作；其次它还有与之匹配的充电盒，在用户不使用的时候放回充电盒，在用户不使用的时候放回充电盒可以进行充电以保证正常的续航。随着人们使用的深入，对耳机的要求也越来越高。除了能够用耳机听音乐或者打电话，用户还提出了耳机防丢以及定位感知等相关功能。
[0003]UWB即超宽带技术，它是一种无载波通信技术，利用纳秒级的非正弦窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。传统的定位技术是根据信号强弱来判别物体位置，信号强弱受外界影响较大，因此定位出的物体位置与实际位置的误差也较大，定位精度不高，而UWB定位采用的宽带脉冲通讯技术，具备极强的抗干扰能力，使定位误差减小。UWB定位技术的出现填补了高精度定位领域的空白，它具有对信道衰弱不敏感、发射信号功率谱密度低、系统复杂度低、能提供厘米级的定位精度等优点。
[0004]当我们带上耳机的时候，左右耳机的相对位置可以近似认为是不变的，而是接近水平，这样两个耳机就形成了一个天然的坐标系，配合UWB高精度的定位技术，可以试试对标签进行定位追踪，而且即使标签是运动的，基于我们耳机的动态坐标系也可以得到运动标签相对于人体的相对坐标，这在我们日常生活中对一个物品的追踪有着重要的实用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法，通过充电仓作为绝对坐标系，耳机作为相对坐标系，这样通过充电仓对耳机进行定位，耳机对标签进行定位，既可以得到标签在充电仓绝对坐标系下的坐标值，也可以得到标签在耳机相对坐标系下的坐标值，有效扩展了耳机的功能，而且提高了用户在对标签追踪的体验。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法，包括以下步骤：
[0007]S1、充电仓作为绝对基站，无线耳机作为相对基站；
[0008]S2、将充电仓静止水平放置，并将无线耳机戴在双耳上，开启对标签的定位；
[0009]S3、定位分为两个阶段：充电仓对无线耳机进行定位，无线耳机对标签进行定位；
[0010]S4、充电仓通过PDOA+DS
‑
TWR的方法对无线耳机进行定位，并得到坐标系转换关系；
[0011]S5、无线耳机通过DS
‑
TWR的方式对标签进行定位，得到标签相对于左右耳的相对
坐标；
[0012]S6、利用步骤S5得到的相对坐标与坐标系转换矩阵得到标签相对于充电仓的绝对坐标。
[0013]优选的，步骤S1中，充电仓作为绝对基站，无线耳机作为相对基站；其中，充电仓、无线耳机、标签都包含UWB模组，充电仓的UWB模组包含一个发送天线和两根接收天线，每个无线耳机和标签都包含一根发送天线和一根接收天线，接收天线包括天线0和天线1。
[0014]优选的，充电仓的天线0为绝对坐标系下坐标原点，以天线0为起点到天线1的方向为绝对坐标系x轴正方向。
[0015]优选的，步骤S3中，充电仓对无线耳机进行定位占用N1个slot，无线耳机对标签进行定位占用N2个slot。
[0016]优选的，步骤S4中，充电仓通过PDOA+DS
‑
TWR的方法对无线耳机进行定位，分为N1个slot进行：
[0017]第一个slot，充电仓广播发送UWB信号，充电仓记录发送的时间戳t
c00
，左耳耳机与右耳耳机分别接收UWB信号并记录到达时间戳t
l00
和t
r00
；
[0018]第二个slot，左耳耳机发送UWB信号，左耳耳机记录发送的时间戳t
l01
，充电仓接收UWB信号并记录到达时间戳t
c01
和充电仓两天线接收UWB信号的相位差
[0019]第三个slot，右耳耳机发送UWB信号，右耳耳机记录发送的时间戳t
r02
，充电仓接收UWB信号并记录到达时间戳t
c02
和充电仓两天线接收UWB信号的相位差
[0020]第四个slot，充电仓广播发送UWB信号，充电仓记录发送的时间戳t
c03
，左耳耳机与右耳耳机分别接收UWB信号并记录到达时间戳t
l03
和t
r03
；
[0021]第五个slot，充电仓将时间戳信息t
c00
、t
c01
、t
c02
、t
c03
以及到达相位差信息上传服务端；
[0022]第六个slot，左耳耳机将时间戳信息t
l00
、t
l01
、t
l03
上传服务端；
[0023]第七个slot，右耳耳机将时间戳信息t
r00
、t
r02
、t
r03
上传服务端；
[0024]其他slot，预留；
[0025]服务端利用上传的信息通过DS
‑
TWR的方法计算出充电仓与左右耳机之间的距离，左耳耳机与充电仓的距离计算方法如下：
[0026][0027]其中，C
light
为光速；
[0028]右耳耳机与充电仓的距离计算方法如下：
[0029][0030]服务端利用上传的信息通过PDOA的方法计算出左右耳机相对于充电仓坐标系的角度值；
[0031]左耳耳机在充电仓坐标系下，相对于x轴的角度值计算方法如下：
[0032][0033]右耳耳机在充电仓坐标系下，相对于x轴的角度值计算方法如下：
[0034][0035]其中，cos
‑1()为反余弦计算；为右耳耳机发送的UWB信号到达充电仓两天线的相位差；为左耳耳机发送的UWB信号到达充电仓两天线的相位差；
[0036]基于d
cl
和θ
l
计算出在充电仓坐标系下，左耳耳机的位置坐标(x
l
,y
l
)为
[0037](x
l
,y
l
)＝(d
cl
*cos(θ
l
),d
cl
*sin(θ
l
))
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0038]基于d
cr
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r
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r
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[0039](x<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、充电仓作为绝对基站，无线耳机作为相对基站；S2、将充电仓静止水平放置，并将无线耳机戴在双耳上，开启对标签的定位；S3、定位分为两个阶段：充电仓对无线耳机进行定位，无线耳机对标签进行定位；S4、充电仓通过PDOA+DS
‑
TWR的方法对无线耳机进行定位，并得到坐标系转换关系；S5、无线耳机通过DS
‑
TWR的方式对标签进行定位，得到标签相对于左右耳的相对坐标；S6、利用步骤S5得到的相对坐标与坐标系转换矩阵得到标签相对于充电仓的绝对坐标。2.根据权利要求1所述的一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法，其特征在于，步骤S1中，充电仓作为绝对基站，无线耳机作为相对基站；其中，充电仓、无线耳机、标签都包含UWB模组，充电仓的UWB模组包含一个发送天线和两根接收天线，每个无线耳机和标签都包含一根发送天线和一根接收天线，接收天线包括天线0和天线1。3.根据权利要求2所述的一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法，其特征在于，充电仓的天线0为绝对坐标系下坐标原点，以天线0为起点到天线1的方向为绝对坐标系x轴正方向。4.根据权利要求1所述的一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法，其特征在于，步骤S3中，充电仓对无线耳机进行定位占用N1个slot，无线耳机对标签进行定位占用N2个slot。5.根据权利要求1所述的一种基于集成UWB无线耳机的标签定位追踪方法，其特征在于，步骤S4中，充电仓通过PDOA+DS
‑
TWR的方法对无线耳机进行定位，分为N1个slot进行：第一个slot，充电仓广播发送UWB信号，充电仓记录发送的时间戳t
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，左耳耳机与右耳耳机分别接收UWB信号并记录到达时间戳t
l00
和t
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；第二个slot，左耳耳机发送UWB信号，左耳耳机记录发送的时间戳t
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，充电仓接收UWB信号并记录到达时间戳t
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和充电仓两天线接收UWB信号的相位差第三个slot，右耳耳机发送UWB信号，右耳耳机记录发送的时间戳t
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，充电仓接收UWB信号并记录到达时间戳t
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和充电仓两天线接收UWB信号的相位差第四个slot，充电仓广播发送UWB信号，充电仓记录发送的时间戳t
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，左耳耳机与右耳耳机分别接收UWB信号并记录到达时间戳t
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；第五个slot，充电仓将时间戳信息t
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以及到达相位差信息上传服务端；第六个slot，左耳耳机将时间戳信息t
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上传服务端；第七个slot，右耳耳机将时间戳信息t
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上传服务端；其他slot，预留；服务端利用上传的信息通过DS
‑
TWR的方法计算出充电仓与左右耳机之间的距离，左耳耳机与充电仓的距离计算方法如下：其中，C
light
为光速；
右耳耳机与充电仓的距离计算方法如下：服务端利用上传的信息通过PDOA的方法计算出左右耳机相对于充电仓坐标系的角度值；左耳耳机在充电仓坐标系下，相对于x轴的角度值计算方法如下：右耳耳机在充电仓坐标系下，相对于x轴的角度值计算方法如下：其中，cos
‑1()为反余弦计算；为右耳耳机发送的UWB信号到达充电仓两天线的相位差；为左耳耳机发送的UWB信号到达充电仓两天线的相位差；基于d
cl
和θ
l
计算出在充电仓坐标系下，左耳耳机的位置坐标(x
l
，y
l
)为(x
l
，y
l
)＝(d
cl
*cos(θ

【专利技术属性】
技术研发人员：陈胜，黄先日，杨旭磊，
申请(专利权)人：青岛柯锐思德电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：