CN105722029A - Uwb组网定位的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种UWB组网定位的系统及方法。该系统可以包括:一个或多个标签,其位于待定位的设备上,并间隔第一周期向外广播UWB信号;多个UWB基站,其固定在预定位置上,所述多个UWB基站分别基于一个或多个标签广播的UWB信号,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离;以及服务器,其分别连接到所述多个UWB基站,所述服务器基于所述多个UWB基站与一个或多个标签之间的距离,对所述多个标签进行定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种UWB组网定位的系统,更具体地,涉及一种UWB组网定位的系统及方法。
背景技术
UWB(UltraWideband)是一种无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势,主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。近年来,国内外开始利用UWB的亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位。
发明人发现,现有的UWB定位通信主要是点对点的通信或是简单的组网,因此,有必要开发一种用于大量移动设备的UWB组网定位的系统及方法。
公开于本公开背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本公开提出了一种UWB组网定位的系统及方法,其能够通过UWB通信实现对覆盖范围内的大量移动设备的实时组网定位,同时避免基站以及移动设备之间的干扰。
根据本公开的一方面,提出了一种UWB组网定位的系统,该系统可以包括:一个或多个标签,其位于待定位的设备上,并间隔第一周期向外广播UWB信号;多个UWB基站,其固定在预定位置上,所述多个UWB基站分别基于一个或多个标签广播的UWB信号,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离;以及服务器,其分别连接到所述多个UWB基站,所述服务器基于所述多个UWB基站与一个或多个标签之间的距离,对所述多个标签进行定位。
根据本公开的另一方面,提出了一种UWB组网定位的方法,该方法可以包括:一个或多个标签间隔第一周期向外广播UWB信号;多个UWB基站分别基于一个或多个标签广播的UWB信号,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离;以及基于所述多个UWB基站与一个或多个标签之间的距离,对所述多个标签进行定位。
本公开的方法和装置具有其它的特性和优点,这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的,或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述,这些附图和具体实施例共同用于解释本公开的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述,本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本公开示例性实施例中,相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本公开的UWB组网定位的系统的示意图。
图2示出了根据本公开的UWB组网定位的系统的UWB基站和标签的示意图。
图3示出了根据本公开的UWB组网定位的系统的时间片分配的示意图。
图4示出了根据本公开的UWB组网定位的系统的测距过程的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例,然而应该理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整,并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
图1示出了根据本公开的UWB组网定位的系统的示意图。
在该实施例中,根据本公开的UWB组网定位的系统可以包括:一个或多个标签、多个UWB基站以及服务器。一个或多个标签位于待定位的设备上,并间隔第一周期向外广播UWB信号;多个UWB基站固定在预定位置上,分别基于一个或多个标签广播的UWB信号,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离;服务器分别连接多个UWB基站,基于多个UWB基站与一个或多个标签之间的距离,对一个或多个标签进行定位。
该实施例通过UWB通信实现对覆盖范围内的大量移动设备的实时定位,同时避免UWB基站以及移动设备之间的干扰。
下面详细说明根据本公开的UWB组网定位的系统。
发送广播
在一个示例中,一个或多个标签可以位于待定位的设备上,并间隔第一周期向外广播UWB信号。待定位的设备可以是商用机器人或智能车辆。标签上电后可以每隔第一周期向外广播一次信息,该第一周期可以是事先设定好的最小的广播时间周期,当同一个区域标签量越来越多时该第一周期会动态地自动增大,广播该信息的目的在于寻找周围的UWB基站与其进行测距。
测量距离
在一个示例中,多个UWB基站可以固定在预定位置上,可以分别基于一个或多个标签广播的UWB信号,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离。
UWB基站上电后可以开启无线接收,等待标签与其进行通信测距(应当注意,本公开的系统中UWB基站与UWB基站之间可以不进行无线通信)。如果标签广播后周围有UWB基站收到该广播信息,则UWB基站按照设定的协议与标签进行通信以完成测距,测距完成后标签进入睡眠状态,等待下一个周期重复发送广播进行测距,如果周围没有UWB基站,标签还是一样进入睡眠状态等待下一周期重复发送广播进行测距。
图4示出了根据本公开的UWB组网定位的系统的测距过程的示意图。如图4所示,实际的测距过程可以描述如下:
在UWB基站接收到标签的广播数据(广播包)后,可以在时间JT1向标签发送测距包1;标签在时间BR1接收到UWB基站的测距包1后,可以在时间BT1向UWB基站发送测距包2;UWB基站在时间JR1接收到标签的测距包2后,可以在时间JT2向标签发送测距包3;以及,标签在时间BR2接收到UWB基站的测距包3后,可以向UWB基站发送回传包。
因此,标签与UWB基站之间的距离D可以表示为公式(1):
D=((((JR1-JT1)-(BT1-BR1))+((BR2-BT1)-(JT2-JR1)))/4)*C(1)
其中,C可以为信号传播速度。
图2示出了根据本公开的UWB组网定位的系统的UWB基站和标签的示意图。
在一个示例中,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离可以包括:为多个UWB基站分配基站ID号并将多个UWB基站分组,每组内的多个UWB基站按照基站ID号的顺序分别与一个或多个标签进行测距。
在一个示例中,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离还可以包括:为一个或多个标签分配标签ID号,按照每组UWB基站覆盖范围内的标签ID号的顺序逐个进行测距。
具体地,UWB基站收到广播信息后不是立即与标签进行测距,而是计算隔多长时间后才启动和标签的测距。如图2所示,可以为安装的每个UWB基站设定一个ID号,并且可以根据安装位置顺序为每个UWB基站分配连续的ID号。UWB基站收到标签的广播信息后可以根据自身的ID号来计算什么时候开启与标签的测距,例如,基站1(ID号为1)收到标签的广播信息后立即开启与标签测距,基站1与标签测距完后基站2(ID号为2)马上开启与标签测距,收到广播的UWB基站会根据自己ID号顺序完成与标签的测距。
在存在多个UWB基站的情况下,如果有多个UWB基站同时收到同一个标签的广播信息,则不使用所有UWB基站进行测距。在实际应用中,一般有3个UWB基站就可以完成区域的定位,因此可以将UWB基站分组以避免重复定位,每组内的多个UWB基站按照基站ID号的顺序分别与标签进行测距。一组UWB基站的数量可以取值为3-10,优选地,一组UWB基站的数量可以取值为6。例如,当基站1到基站6为一组的6个UWB基站时,以基站1到基站6的顺序和标签进行测距,基站7可以与基站1一样,收到标签的广播信息后马上开启和标签的测距。同时,可以使基站1和基站7安装间距足够远,从而保证标签的广播信息不能够同时被基站1和基站7这两个UWB基站收到,这样就不会产生干扰,同理基站2和基站8、基站3和基站9等均按该原理进行安装。
可见,对于定位区域内的同一个标签,可以通过将UWB基站分组,每组内的UWB基站按照基站ID号的顺序分别测距,以避免出现同时与标签测距的情况,从而可以避免UWB基站之间的通信干扰。
在存在多个标签的情况下,如图2所示,可以为多个标签分配标签ID号,按照每组UWB基站覆盖范围内的标签ID号的顺序逐个进行测距。
在一个示例中,可以按照一组UWB基站覆盖范围内的标签ID号的顺序为一组UWB基站覆盖范围内的一个或多个标签分配第一时间片;以及在第一时间片内,以一组UWB基站的基站ID号的顺序为一组UWB基站分配第二时间片。
在一个示例中,第一周期可以设定为一组UWB基站与在一组UWB基站覆盖范围内的所有标签之间的测距时间的总和。
在一个示例中,第一时间片的长度可以为一组UWB基站与一组UWB基站覆盖范围内的一个标签之间的测距时间的总和;以及,第二时间片的长度为一个UWB基站与一个UWB基站覆盖范围内的一个标签之间的测距时间。
图3示出了根据本公开的UWB组网定位的系统的时间片分配的示意图。如图3所示,可以以一组UWB基站覆盖范围内的所有标签的ID号的顺序分配第一时间片;在第一时间片内,可以以一组UWB基站的基站ID号的顺序为一组UWB基站分配第二时间片。基于多个标签的第一时间片和一组UWB基站的第二时间片分别进行测距。
例如,标签1和UWB基站执行一次测距的时间为5毫秒,则等到一组的6个UWB基站顺序和标签完成测距后,至少需要30毫秒的时间。当区域内存在标签2的时候,如果调整标签1和标签2的两个标签广播的间隔时间大于或等于30毫秒,则6个UWB基站可以先与标签1测距,然后再与标签2测距,并不会出现干扰。
如果标签1和标签2的两个标签的广播间隔小于30毫秒,则标签1未完成与6个UWB基站的测距,标签2已经发出广播,产生测距通信干扰。在这种情况下,UWB基站收到两个标签的广播间隔不足30毫秒时,UWB基站可以放弃与前一个标签(标签1)的测距,直接与后一个标签(标签2)进行测距,并且调整标签2的下次广播开始时间和广播周期,以避开再次出现与标签1的干扰。例如,当一组的6个UWB基站与标签1的测距时间为0-30ms时,设定标签2的广播开始时间可以为第31ms,广播周期可以为60ms。在存在多个标签的情况下,实际的组网调整和两个标签的原理相同。
实际上,UWB基站不判断其范围内的标签数量,只判断依次与其测距的两个标签是否会发生时间片的重叠,如果UWB基站监测到发生重叠,UWB基站就会提前将标签的广播时间在时间轴上分开,如果有多个UWB基站对同一个标签进行了时间轴位置的移动,标签会按照最大的时间移动来移动。
如果在稳定工作过程中有新的标签加入,则新标签不可避免地出现与其他标签的时间片重叠,可以通过UWB基站调整新标签的下次广播开始时间和广播周期,以避开与现有标签的干扰。
可见,当定位区域内存在多个标签的时候,UWB基站可以实时调整多个标签的时间片和广播周期(第一周期),避免出现同时与标签测距的情况,从而可以避免标签之间的通信干扰。
进行定位
在一个示例中,服务器可以分别连接述多个UWB基站,基于多个UWB基站与一个或多个标签之间的距离,对一个或多个标签进行定位。服务器可以接收来自多个UWB基站的距离数据,对距离数据进行滤波、解算以及对多个标签的位置显示。本领域技术人员应当理解,可以采用本领域已知的各种方法来实现对距离数据的滤波、解算以及对多个标签的位置显示。
本领域技术人员应理解,上面对本公开的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本公开的实施例的有益效果,并不意在将本公开的实施例限制于所给出的任何示例。
实施例2
根据本公开的实施例,提供了一种UWB组网定位的方法,该方法可以包括:一个或多个标签间隔第一周期向外广播UWB信号;多个UWB基站分别基于一个或多个标签广播的UWB信号,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离;以及基于所述多个UWB基站与一个或多个标签之间的距离,对所述多个标签进行定位。
该实施例通过UWB通信实现对覆盖范围内的大量移动设备的实时定位,同时避免UWB基站以及移动设备之间的干扰。
在一个示例中,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离可以包括:为多个UWB基站分配基站ID号并将多个UWB基站分组,每组内的多个UWB基站按照基站ID号的顺序分别与一个或多个标签进行测距;以及为一个或多个标签分配标签ID号,按照每组UWB基站覆盖范围内的标签ID号的顺序逐个进行测距。其中,第一周期可以设定为一组UWB基站与在一组UWB基站覆盖范围内的所有标签之间的测距时间的总和。
在一个示例中,可以按照一组UWB基站覆盖范围内的标签ID号的顺序为一组UWB基站覆盖范围内的一个或多个标签分配第一时间片;以及在第一时间片内,可以以一组UWB基站的基站ID号的顺序为一组UWB基站分配第二时间片。其中,第一时间片的长度可以为一组UWB基站与一组UWB基站覆盖范围内的一个标签之间的测距时间的总和;第二时间片的长度可以为一个UWB基站与所述一个UWB基站覆盖范围内的一个标签之间的测距时间。
本领域技术人员应理解,上面对本公开的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本公开的实施例的有益效果,并不意在将本公开的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本公开的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种UWB组网定位的系统,包括:
一个或多个标签,其位于待定位的设备上,并间隔第一周期向外广播UWB信号;
多个UWB基站,其固定在预定位置上,所述多个UWB基站分别基于一个或多个标签广播的UWB信号,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离;以及
服务器,其分别连接到所述多个UWB基站,所述服务器基于多个UWB基站与一个或多个标签之间的距离,对所述多个标签进行定位。
2.根据权利要求1所述的UWB组网定位的系统,其中,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离包括:
为多个UWB基站分配基站ID号并将多个UWB基站分组,每组内的多个UWB基站按照基站ID号的顺序分别与一个或多个标签进行测距。
3.根据权利要求2所述的UWB组网定位的系统,其中,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离还包括:
为一个或多个标签分配标签ID号,按照每组UWB基站覆盖范围内的标签ID号的顺序逐个进行测距。
4.根据权利要求3所述的UWB组网定位的系统,其中,
按照一组UWB基站覆盖范围内的标签ID号的顺序为一组UWB基站覆盖范围内的一个或多个标签分配第一时间片;以及
在所述第一时间片内,以一组UWB基站的基站ID号的顺序为一组UWB基站分配第二时间片。
5.根据权利要求2所述的UWB组网定位的系统,其中,所述第一周期设定为一组UWB基站与在所述一组UWB基站覆盖范围内的所有标签之间的测距时间的总和。
6.根据权利要求4所述的UWB组网定位的系统,其中,所述第一时间片的长度为一组UWB基站与一组UWB基站覆盖范围内的一个标签之间的测距时间的总和。
7.根据权利要求4所述的UWB组网定位的系统,其中,所述第二时间片的长度为一个UWB基站与一个UWB基站覆盖范围内的一个标签之间的测距时间。
8.一种UWB组网定位的方法,所述方法包括:
一个或多个标签间隔第一周期向外广播UWB信号;
多个UWB基站分别基于一个或多个标签广播的UWB信号,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离;以及
基于所述多个UWB基站与一个或多个标签之间的距离,对所述多个标签进行定位。
9.根据权利要求8所述的UWB组网定位的方法,其中,获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离包括:
为多个UWB基站分配基站ID号并将多个UWB基站分组,每组内的多个UWB基站按照基站ID号的顺序分别与一个或多个标签进行测距;以及
为一个或多个标签分配标签ID号,按照每组UWB基站覆盖范围内的标签ID号的顺序逐个进行测距;
其中,所述第一周期设定为一组UWB基站与在所述一组UWB基站覆盖范围内的所有标签之间的测距时间的总和。
10.根据权利要求9所述的UWB组网定位的方法,其中,
按照一组UWB基站覆盖范围内的标签ID号的顺序为一组UWB基站覆盖范围内的一个或多个标签分配第一时间片;以及
在所述第一时间片内,以一组UWB基站的基站ID号的顺序为一组UWB基站分配第二时间片,
其中,所述第一时间片的长度为一组UWB基站与一组UWB基站覆盖范围内的一个标签之间的测距时间的总和;
所述第二时间片的长度为一个UWB基站与所述一个UWB基站覆盖范围内的一个标签之间的测距时间。
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