CN105682225A - 超宽带室内定位方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超宽带室内定位方法与系统，确定目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置，分别记录目标节点发送信号至锚节点的目标节点本地时间和锚节点反馈至目标节点的目标节点本地时间，并且在至少两次信号发送过程采用间隔相同预设时间方式，巧妙的避开传统距离计算过程中锚节点与目标节点间需要时间同步的问题，实现对信号传播时间的异步测量，提高锚节点与目标节点之间距离计算的精度，进而实现对目标节点(待定位目标)的准确定位。

Description

超宽带室内定位方法与系统

技术领域

本发明涉及超宽带与定位技术领域，特别是涉及超宽带室内定位方法与系统。

背景技术

随着信息技术的发展，基于位置的服务正在生活变得越来越重要。室外有车辆、船舶和建筑物等的定位需求，室内也有各种机器人、仪器设备和仓储货物等的定位需求，这些都极大的促进了定位技术的发展。定位技术分为室外定位技术和室内定位技术。室外定位技术中应用最广泛的是GPS，定位精度达到5-20m，但卫星信号不能穿透水泥墙壁，导致GPS在室内定位中的精度很差，因此必须开发新的技术来用于室内定位。

常用的室内定位技术有WIFI技术、ZigBee技术、RFID(RadioFrequencyIDentification，射频识别)技术以及超宽带技术等。其中，WIFI技术和ZigBee技术的定位精度较低，一般为3-20m，对于室内定位而言，这样的精度太低，不实用。另外，WIFI定位还很容易受到环境中其他WIFI信号的干扰，进一步影响精度。RFID技术的定位精度可以达到1-2m，但是要求标签的密度必须足够大，铺设系统和管理都很麻烦，而且成本高。而超宽带技术的定位精度可以达到厘米级，定位精度高，抗干扰能力强，并且不需布设大量节点，从而成为室内定位的热门技术。

已有的超宽带室内定位系统一般采用估计信号到达时间的方式来完成测距，进一步计算出目标的坐标。因此，二维的平面定位系统至少需要三个固定锚节点才能完成定位，三维的空间定位系统至少需要四个固定锚节点才能实现，这样，从二维定位到三维定位需要增加一个节点，这增加了系统的成本的复杂度。另外，由于各个节点间是独立的，因此在时间上是不同步的，即异步的，这给估计信号到达时间带来了麻烦，若采用数据线将各锚节点连接起来实现同步，则会增加系统的复杂度和成本。并且，不同的节点，晶振的频率也有偏差，这也会降低估计信号到达时间的准确度，从而降低定位精度。

发明内容

基于此，有必要针对一般宽带室内定位方法复杂且精度低的问题，提供一种简单且定位精度高的超宽带室内定位方法与系统。

一种超宽带室内定位方法，包括步骤：

确定目标节点和至少三个锚节点，其中，目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置；

控制目标节点与每个锚节点至少进行两次回程通信，并当目标节点和锚节点收到信号时等待预设时间再发出信号，分别记录目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间；

根据目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间，分别计算至少三个锚节点与目标节点之间的距离，获得距离计算结果；

根据距离计算结果，确定目标节点位置。

一种超宽带室内定位系统，包括：

确定模块，用于确定目标节点和至少三个锚节点，其中，目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置；

时间记录模块，用于控制目标节点与每个锚节点至少进行两次回程通信，并当目标节点和锚节点收到信号时等待预设时间再发出信号，分别记录目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间；

距离计算模块，用于根据目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间，分别计算至少三个锚节点与目标节点之间的距离，获得距离计算结果；

位置确定模块，用于根据距离计算结果，确定目标节点位置。

本发明超宽带室内定位方法与系统，确定目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置，分别记录目标节点发送信号至锚节点的目标节点本地时间和锚节点反馈至目标节点的目标节点本地时间，并且在至少两次信号发送过程采用间隔相同预设时间方式，巧妙的避开传统距离计算过程中锚节点与目标节点间需要时间同步的问题，实现对信号传播时间的异步测量，提高锚节点与目标节点之间距离计算的精度，进而实现对目标节点(待定位目标)的准确定位。

附图说明

图1为本发明超宽带室内定位方法第一个实施例的流程示意图；

图2为本发明超宽带室内定位方法其中一个应用实例中目标节点和至少三个锚节点位置示意图；

图3为本发明超宽带室内定位方法第二个实施例的流程示意图；

图4为本发明超宽带室内定位系统第一个实施例的结构示意图；

图5为本发明超宽带室内定位系统第二个实施例的结构示意图；

图6为改进型TOA三边定位法计算原理空间几何示意图；

图7为回程测距方法的原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明超宽带室内定位方法包括步骤：

S200：确定目标节点和至少三个锚节点，其中，目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置。

如图2所示，目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点(图2中仅绘制出三个锚节点)不共线固定于室内任意位置(图2中三个锚节点分别固定于室内三个墙角)。

S400：控制目标节点与每个锚节点至少进行两次回程通信，并当目标节点和锚节点收到信号时等待预设时间再发出信号，分别记录目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间。

信号发出并收到反馈信号记为一次回程通信，目标节点与锚节点之间进行至少两次回程通信是指目标节点向锚节点发送至少两次信号，并且目标节点接收到发出信号次数等同次数的单个锚节点发出的反馈信号。需要指出的是，每次回程通信过程中目标节点发出的信号可以不相同。控制目标节点与每个锚节点至少进行两次回程通信，并在进行回程通信过程中，无论是目标节点还是锚节点在接收到信号后需等待预设时间后再发出信号，记录整个回程通信过程中，目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间、锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间，由于目标节点的时间记录是基于目标节点本地时间而锚节点的时间记录是基于锚节点本地时间，基于不同的时间记录，在距离计算过程中锚节点与目标节点间无需时间同步即可实现高精度定位。在步骤S400中，针对每个锚节点与目标节点之间进行回程通信过程中的时间分别记录，以便在后续过程中，单独计算每个锚节点与目标节点之间距离。一般来说，预设时间的目的是留出足够的时间给锚节点来处理接收的测试信息帧和准备好回复信息帧，预设时间并没有绝对的值，要视节点超宽带收发机的处理速度，只要时间足够给锚节点来处理就可以。

下面以目标节点与1号锚节点之间进行两次回程通信为例详细解释步骤S400的过程。

目标节点向1号锚节点发送请求测距信号，记录目标节点发出请求测距信号的目标节点本地时间；1号锚节点接收到请求测距信号，记录1号锚节点收到请求测距信号的锚节点本地时间，等待预设时间后1号锚节点反馈同意测距信号至目标节点，记录1号锚节点发出反馈同意测距信号的锚节点本地时间，目标节点接收同意测距信号，记录目标节点接收同意测距信号的目标节点本地时间，等待预设时间后目标节点记录目标节点本地时间，发送自身已记录的时间参数至1号锚节点，1号锚节点接收目标节点发送过来的时间参数，并记录接收到时间参数的锚节点本地时间。

S600：根据目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间，分别计算至少三个锚节点与目标节点之间的距离，获得距离计算结果。

基于步骤S400中记录的时间以及预设时间可以计算出目标节点与单个锚节点之间单次信号传输所需时间，信号在空气中传播速度近似光速，已知传输时间和传输速度即可计算出目标节点与每个锚节点之间距离。非必要的，在步骤S600可以采用计算多次锚节点与目标节点之间信号传输所需时间，再除以传输次数，采用平均值的方式减小误差、提高数据准确度。

S800：根据距离计算结果，确定目标节点位置。

在步骤S600中已经获得每个锚节点与目标节点之间距离，锚节点位置固定且已知，构建空间坐标系并采用空间几何计算，即可确定目标节点位置，由于目标节点固定于待定位目标，当目标节点位置确定后，待定位目标的位置也已确定。

本发明超宽带室内定位方法，确定目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置，分别记录目标节点发送信号至锚节点的目标节点本地时间和锚节点反馈至目标节点的目标节点本地时间，并且在至少两次信号发送过程采用间隔相同预设时间方式，巧妙的避开传统距离计算过程中锚节点与目标节点间需要时间同步的问题，实现对信号传播时间的异步测量，提高锚节点与目标节点之间距离计算的精度，进而实现对目标节点(待定位目标)的准确定位。

如图3所示，在其中一个实施例中，步骤S400包括：

S410：控制目标节点发送第一信号至锚节点，并记录目标节点发送第一信号的目标节点本地时间为第一时间t₁。

S420：记录锚节点接收到第一信号的锚节点本地时间为第二时间t₂，控制锚节点等待预设时间T后发送第一反馈信号至目标节点，并记录锚节点发送第一反馈信号的锚节点本地时间为第三时间t₃。

S430：记录目标节点接收到第一反馈信号的目标节点本地时间为第四时间t₄，等待预设时间T后，控制目标节点发送第二信号至锚节点，并记录目标节点发送第二信号的目标节点本地时间为第五时间t₅。

S440：记录锚节点接收到第二信号的锚节点本地时间的为第六时间t₆。

S450：重复上述步骤，分别记录每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间。

针对每个锚节点与目标节点之间回程通信过程分别记录信号收到和发送的本地时间，即针对每个锚节点均有相应的第一时间t₁、第二时间t₂、第三时间t₃、第四时间t₄、第五时间t₅以及第六时间t₆。在本实施例中，目标节点与每个锚节点之间仅采用两次回程通信，采用较小次数的回程通信可以减少定位处理过程，实现待定位目标的高效定位。

如图3所示，在其中一个实施例中，步骤S600包括：

S620：根据目标节点与每个锚节点对应的第一时间t₁、第二时间t₂、第三时间t₃、第四时间t₄、第五时间t₅以及第六时间t₆，计算信号在目标节点与单个锚节点之间单次传输所需的传输时间T_OF。

S640：将传输时间T_OF乘以光速，获得每个锚节点与目标节点的距离，其中，传输时间T_OF的计算公式为：T_OF＝((t₄-t₁)-(t₃-t₂)+(t₆-t₃)-(t₅-t₄))/4。

在本实施例中，针对每个锚节点与目标节点之间信号单次传输所需传输时间过程中，采用计算平均值的方式提高结算结果的准确度，以更进一步实现准确定位。

如图3所示，在其中一个实施例中，步骤S400之前还包括：

S300：调整目标节点位置，以使目标节点固定于待定位目标的顶部。

待定位目标可能是一个比较大的物体，目标节点设置于待定位目标不同位置可能会对最终定位结果产生影响。在本实施例中，对目标节点设置于待定位目标的位置进行调整，以使目标节点固定于待定位目标的顶部，更进一步提高定位的准确度。

在其中一个实施例中，锚节点的数量为三个，根据距离计算结果，确定目标节点位置的步骤包括：

步骤一：测量目标节点与室内顶部的距离为h。

步骤二：根据距离计算结果，获取三个锚节点与目标节点的距离分别为d₁、d₂以及d₃。

步骤三：建立空间坐标系，获取三个锚节点的位置，根据改进的TOA三边定位公式，确定目标节点位置，改进的TOA三边定位公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2={d_1}^2-h^2\\ {(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2={d_2}^2-h^2\\ {(x-x_3)}^2+{(y-y_3)}^2={d_3}^2-h^2\\ z=h\end{array}\right.$

其中，(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)以及(x₃，y₃，z₃)分别为三个锚节点的空间坐标，(x，y，z)为目标节点的空间坐标。

在本实施例中，通过构建空间坐标系并采用改进型TOA三边定位公式准确确定目标节点的位置。改进的TOA三边定位法利用系统布局结构的空间几何关系，即当定位目标在地面移动时，目标节点的高度不变，将一个三维定位的问题转化成二维定位的问题，从而不用在二维定位系统的基础上再增加节点即可完成对目标节点的三维定位，简化了系统结构，节约了成本。非必要的，可以以室内某个墙角为坐标原点构建三维空间坐标系，以便准确计算和定位。

如图4所示，一种超宽带室内定位系统，包括：

确定模块200，用于确定目标节点和至少三个锚节点，其中，目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置。

时间记录模块400，用于控制目标节点与每个锚节点至少进行两次回程通信，并当目标节点和锚节点收到信号时等待预设时间再发出信号，分别记录目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间。

距离计算模块600，用于根据目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间，分别计算至少三个锚节点与目标节点之间的距离，获得距离计算结果。

位置确定模块800，用于根据距离计算结果，确定目标节点位置。

本发明超宽带室内定位系统，确定目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置，分别记录目标节点发送信号至锚节点的目标节点本地时间和锚节点反馈至目标节点的目标节点本地时间，并且在至少两次信号发送过程采用间隔相同预设时间方式，巧妙的避开传统距离计算过程中锚节点与目标节点间需要时间同步的问题，实现对信号传播时间的异步测量，提高锚节点与目标节点之间距离计算的精度，进而实现对目标节点(待定位目标)的准确定位。

如图5所示，在其中一个实施例中，时间记录模块400包括：

第一记录单元410，用于控制目标节点发送第一信号至锚节点，并记录目标节点发送第一信号的目标节点本地时间为第一时间t₁。

第二记录单元420，用于记录锚节点接收到第一信号的锚节点本地时间为第二时间t₂，控制锚节点等待预设时间T后发送第一反馈信号至目标节点，并记录锚节点发送第一反馈信号的锚节点本地时间为第三时间t₃。

第三记录单元430，用于记录目标节点接收到第一反馈信号的目标节点本地时间为第四时间t₄，等待预设时间T后，控制目标节点发送第二信号至锚节点，并记录目标节点发送第二信号的目标节点本地时间为第五时间t₅。

第四记录单元440，用于记录锚节点接收到第二信号的锚节点本地时间的为第六时间t₆。

重复单元450，用于控制第一记录单元410、第二记录单元420、第三记录单元430以及第四记录单元440执行相应操作，以分别记录每个锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间。

针对每个锚节点与目标节点之间回程通信过程分别记录信号收到和发送的本地时间，即针对每个锚节点均有相应的第一时间t₁、第二时间t₂、第三时间t₃、第四时间t₄、第五时间t₅以及第六时间t₆。在本实施例中，目标节点与每个锚节点之间仅采用两次回程通信，采用较小次数的回程通信可以减少定位处理过程，实现待定位目标的高效定位。

如图5所示，在其中一个实施例中，距离计算模块600包括：

单次传输时间计算单元620，用于根据目标节点与每个锚节点对应的第一时间t₁、第二时间t₂、第三时间t₃、第四时间t₄、第五时间t₅以及第六时间t₆，计算信号在目标节点与单个锚节点之间单次传输所需的传输时间T_OF。

距离计算单元640，用于将传输时间T_OF乘以光速，获得每个锚节点与目标节点的距离。

其中，传输时间T_OF的计算公式为：

T_OF＝((t₄-t₁)-(t₃-t₂)+(t₆-t₃)-(t₅-t₄))/4。

在本实施例中，针对每个锚节点与目标节点之间信号单次传输所需传输时间过程中，采用计算平均值的方式提高结算结果的准确度，以更进一步实现准确定位。

在其中一个实施例中，超宽带室内定位系统还包括：

位置调整模块300，用于调整目标节点位置，以使目标节点固定于待定位目标的顶部。

待定位目标可能是一个比较大的物体，目标节点设置于待定位目标不同位置可能会对最终定位结果产生影响。在本实施例中，对目标节点设置于待定位目标的位置进行调整，以使目标节点固定于待定位目标的顶部，更进一步提高定位的准确度。

在其中一个实施例中，锚节点数量为三个，位置确定模块800包括：

测量单元，用于测量目标节点与室内顶部的距离为h；

距离获取单元，用于根据距离计算结果，获取三个锚节点与目标节点的距离分别为d₁、d₂以及d₃；

位置确定单元，用于建立空间坐标系，获取三个锚节点的位置，根据改进的TOA三边定位公式，确定目标节点位置；

改进的TOA三边定位公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2={d_1}^2-h^2\\ {(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2={d_2}^2-h^2\\ {(x-x_3)}^2+{(y-y_3)}^2={d_3}^2-h^2\\ z=h\end{array}\right.$

其中，(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)以及(x₃，y₃，z₃)分别为三个锚节点的空间坐标，(x，y，z)为目标节点的空间坐标。

在本实施例中，通过构建空间坐标系并采用改进型TOA三边定位公式准确确定目标节点的位置。改进的TOA三边定位法利用系统布局结构的空间几何关系，即当定位目标在地面移动时，目标节点的高度不变，将一个三维定位的问题转化成二维定位的问题，从而不用在二维定位系统的基础上再增加节点即可完成对目标节点的三维定位，简化了系统结构，节约了成本。非必要的，可以以室内某个墙角为坐标原点构建三维空间坐标系，以便准确计算和定位。

为更进一步详细解释本发明超宽带室内定位方法与系统的技术方案及其带来的效果，下面将借助图6和图7采用应用实例对整个个技术方案进行说明，在应用实例中，数据处理计算过程由图6中所示的后台服务器完成。

如图6所示，超宽带室内定位装置由三个锚节点，一个目标节点和后台服务器组成。每个节点均是一个超宽带收发机，后台服务器一般是一台电脑，定位目标是一台机器人小车。三个锚节点的位置是固定的，安放在房间天花板的四条边上或四个角上，三个锚节点不能共线，应尽量分散。本实施例的三个锚节点分别安放在天花板的三个角。三个锚节点中有一个主锚节点和两个次锚节点，主锚节点用来和后台服务器连接，可以是有线或者无线的方式，用来将距离数据上传的后台服务器。本实施例中3号锚节点通过USB数据线与后台电脑相连。目标节点安放在机器人小车的顶部，与机器人小车绑定，对目标节点的定位即为对机器人小车的定位。工作时，目标节点通过回程测距方法轮流和三个锚节点进行通信测距，并将距离数据汇总发给主锚节点，主锚节点再将数据通过有线或者无线的方式发送给后台电脑。后台电脑上运行定位程序，定位程序获得距离数据后通过改进的TOA三边定位算法，计算出目标节点的三维坐标，并在显示界面中实时的显示出机器人小车在房间格局图中的位置。

整个定位过程包括回程测距阶段和定位阶段。

如图7所示，回程测距阶段包括如下步骤：

步骤一：目标节点向锚节点发送测试信息帧，请求测距，并记录下目标本地的发送时间点T_SP。

步骤二：锚节点收到测试信息帧后，记录下本地接收时间点T_RP，在等待T_RSP时间后，向目标节点发送回复信息帧，确认收到请求信息并同意测距，并记录下本地发送时间点T_SR。

步骤三：目标节点收到回复信息帧后，记录下本地接收时间点T_RR，同样在等待T_RSP时间后，发送时间点信息帧，则时间点信息帧的发送时间点T_SF可以在发送之前便计算出来：T_SF＝T_RR+T_RSP，时间点信息帧中包含目标节点记录的全部时间点信息，包括T_SP、T_RR和T_SF，将这些时间信息发给锚节点用于计算超宽带信号的传播时间。此处等待T_RSP时间作用与步骤二中一样。

步骤四：锚节点收到时间点信息帧后，记录下本地接收时间点T_RF。在获得目标节点发来的时间点信息后，锚节点可以计算出锚节点和目标节点间的距离，并发送报告信息帧，将距离数据发送给目标节点。计算方法为：1.先计算出超宽带信号在空中的传播时间T_OF(TimeofFlight)，计算方法为：T_OF＝((T_RR-T_SP)-(T_SR-T_RP)+(T_RF-T_SR)-(T_SF-T_RR))/4，经过化简后，T_OF＝(2T_RR-T_SP-2T_SR+T_RP+T_RF-T_SF)/4。2.距离D＝C*T_OF，C为光速。

定位阶段包括如下步骤：

步骤一：目标节点先与第一个次锚节点进行通信，通过回程测距方法获得距离数据d₁，并存下来。

步骤二：接着，目标节点与下一个次锚节点进行通信，通过回程测距方法获得距离数据d₂，并存下来。

步骤三：接下来，目标节点与主锚节点进行通信，通过回程测距方法获得距离数据d₃，并将与前面两个锚节点的距离数据d₁，d₂发送给主锚节点。

步骤四：主锚节点将三次测量的距离数据d₁、d₂以及d₃通过USB数据线传给后台电脑。

步骤五：后台电脑上运行的定位程序收到三个距离数据后，运行一种改进的TOA三边定位方法，计算出目标节点的坐标，并在显示界面上实时的显示出目标节点在房间格局图上的位置。

下面对步骤五的计算过程进行详细解释，如图6所示，三个锚节点分别安放在房间天花板的三个角，以房间地面最里面的角作为坐标原点，以地面为X-Y平面，建立三维坐标系，测量目标节点与室内顶部的距离。两个次锚节点的坐标分别设为(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)，主锚节点的坐标设为(x₃，y₃，z₃)。设目标节点的坐标为(x，y，z)，设目标节点到三个锚节点的距离分别为d₁、d₂以及d₃，则由空间几何关系可知：可列写如下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2={d_1}^2-h^2\\ {(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2={d_2}^2-h^2\\ {(x-x_3)}^2+{(y-y_3)}^2={d_3}^2-h^2\\ z=h\end{array}\right.$

从而可以解得目标节点的坐标(x，y，z)。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超宽带室内定位方法，其特征在于，包括步骤：

确定目标节点和至少三个锚节点，其中，所述目标节点固定于待定位目标，所述至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置；

控制所述目标节点与每个所述锚节点至少进行两次回程通信，并当所述目标节点和所述锚节点收到信号时等待预设时间再发出信号，分别记录所述目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间；

根据所述目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间，分别计算所述至少三个锚节点与所述目标节点之间的距离，获得距离计算结果；

根据所述距离计算结果，确定所述目标节点位置。

2.根据权利要求1所述的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述控制所述目标节点与每个所述锚节点至少进行两次回程通信，并当所述目标节点和所述锚节点收到信号时等待预设时间再发出信号，分别记录所述目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间的步骤包括：

控制所述目标节点发送第一信号至所述锚节点，并记录所述目标节点发送所述第一信号的目标节点本地时间为第一时间t₁；

记录所述锚节点接收到所述第一信号的锚节点本地时间为第二时间t₂，控制所述锚节点等待预设时间T后发送第一反馈信号至所述目标节点，并记录所述锚节点发送所述第一反馈信号的锚节点本地时间为第三时间t₃；

记录所述目标节点接收到所述第一反馈信号的目标节点本地时间为第四时间t₄，等待所述预设时间T后，控制所述目标节点发送第二信号至所述锚节点，并记录所述目标节点发送所述第二信号的目标节点本地时间为第五时间t₅；

记录所述锚节点接收到所述第二信号的锚节点本地时间的为第六时间t₆；

重复上述步骤，分别记录每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间。

3.根据权利要求2所述的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述根据所述目标节点和所述锚节点发送信号和接收到信号的时间以及所述预设时间，分别计算所述至少三个锚节点与所述目标节点的距离，获得距离计算结果的步骤包括：

根据所述目标节点与每个所述锚节点对应的所述第一时间t₁、所述第二时间t₂、所述第三时间t₃、所述第四时间t₄、所述第五时间t₅以及所述第六时间t₆，计算信号在所述目标节点与单个所述锚节点之间单次传输所需的传输时间T_OF；

将所述传输时间T_OF乘以光速，获得每个所述锚节点与所述目标节点的距离；

其中，所述传输时间T_OF的计算公式为：

T_OF＝((t₄-t₁)-(t₃-t₂)+(t₆-t₃)-(t₅-t₄))/4。

4.根据权利要求1或2所述的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述控制所述目标节点与所述锚节点至少进行两次回程通信，当所述目标节点和所述锚节点收到信号后等待预设时间再发出信号，记录所述目标节点和所述锚节点发送信号和接收到信号的时间的步骤之前还包括：

调整所述目标节点位置，以使所述目标节点固定于所述待定位目标的顶部。

5.根据权利要求1或2所述的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述锚节点数量为三个，所述根据所述距离计算结果，确定所述目标节点位置的步骤包括：

测量所述目标节点与所述室内顶部的距离为h；

根据所述距离计算结果，获取所述三个锚节点与所述目标节点的距离分别为d₁、d₂以及d₃；

建立空间坐标系，获取所述三个锚节点的位置，根据改进的TOA三边定位公式，确定所述目标节点位置；

所述改进的TOA三边定位公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2={d_1}^2-h^2\\ {(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2={d_2}^2-h^2\\ {(x-x_3)}^2+{(y-y_3)}^2={d_3}^2-h^2\\ z=h\end{array}\right.$

其中，(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)以及(x₃，y₃，z₃)分别为所述三个锚节点的空间坐标，(x，y，z)为所述目标节点的空间坐标。

6.一种超宽带室内定位系统，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定目标节点和至少三个锚节点，其中，所述目标节点固定于待定位目标，所述至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置；

时间记录模块，用于控制所述目标节点与每个所述锚节点至少进行两次回程通信，并当所述目标节点和所述锚节点收到信号时等待预设时间再发出信号，分别记录所述目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间；

距离计算模块，用于根据所述目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间，分别计算所述至少三个锚节点与所述目标节点之间的距离，获得距离计算结果；

位置确定模块，用于根据所述距离计算结果，确定所述目标节点位置。

7.根据权利要求6所述的超宽带室内定位系统，其特征在于，所述时间记录模块包括：

第一记录单元，用于控制所述目标节点发送第一信号至所述锚节点，并记录所述目标节点发送所述第一信号的目标节点本地时间为第一时间t₁；

第二记录单元，用于记录所述锚节点接收到所述第一信号的锚节点本地时间为第二时间t₂，控制所述锚节点等待预设时间T后发送第一反馈信号至所述目标节点，并记录所述锚节点发送所述第一反馈信号的锚节点本地时间为第三时间t₃；

第三记录单元，用于记录所述目标节点接收到所述第一反馈信号的目标节点本地时间为第四时间t₄，等待所述预设时间T后，控制所述目标节点发送第二信号至所述锚节点，并记录所述目标节点发送所述第二信号的目标节点本地时间为第五时间t₅；

第四记录单元，用于记录所述锚节点接收到所述第二信号的锚节点本地时间的为第六时间t₆；

重复单元，用于控制所述第一记录单元、所述第二记录单元、所述第三记录单元以及所述第四记录单元执行相应操作，以分别记录每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间。

8.根据权利要求7所述的超宽带室内定位系统，其特征在于，所述距离计算模块包括：

单次传输时间计算单元，用于根据所述目标节点与每个所述锚节点对应的所述第一时间t₁、所述第二时间t₂、所述第三时间t₃、所述第四时间t₄、所述第五时间t₅以及所述第六时间t₆，计算信号在所述目标节点与单个所述锚节点之间单次传输所需的传输时间T_OF；

距离计算单元，用于将所述传输时间T_OF乘以光速，获得每个所述锚节点与所述目标节点的距离；

其中，所述传输时间T_OF的计算公式为：

T_OF＝((t₄-t₁)-(t₃-t₂)+(t₆-t₃)-(t₅-t₄))/4。

9.根据权利要求6或7所述的超宽带室内定位系统，其特征在于，还包括：

位置调整模块，用于调整所述目标节点位置，以使所述目标节点固定于所述待定位目标的顶部。

10.根据权利要求6或7所述的超宽带室内定位系统，其特征在于，所述锚节点数量为三个，所述位置确定模块包括：

测量单元，用于测量所述目标节点与所述室内顶部的距离为h；

距离获取单元，用于根据所述距离计算结果，获取所述三个锚节点与所述目标节点的距离分别为d₁、d₂以及d₃；

位置确定单元，用于建立空间坐标系，获取所述三个锚节点的位置，根据改进的TOA三边定位公式，确定所述目标节点位置；

所述改进的TOA三边定位公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2={d_1}^2-h^2\\ {(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2={d_2}^2-h^2\\ {(x-x_3)}^2+{(y-y_3)}^2={d_3}^2-h^2\\ z=h\end{array}\right.$

其中，(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)以及(x₃，y₃，z₃)分别为所述三个锚节点的空间坐标，(x，y，z)为所述目标节点的空间坐标。