CN109669177B

CN109669177B - Uwb测距方法和系统

Info

Publication number: CN109669177B
Application number: CN201910016085.5A
Authority: CN
Inventors: 齐乃宝; 尹术懿; 薛忠余; 隋宗见
Original assignee: Qingdao Hisense Electronic Equipment Co Ltd
Current assignee: Qingdao Hisense Electronic Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2022-01-11
Anticipated expiration: 2039-01-08
Also published as: CN109669177A

Abstract

本发明公开了一种UWB测距方法和系统，基于测距频率确定信标与信源之间的实测距离，获取所述信标的运动数据，基于所述实测距离和所述运动数据确定更新测距频率，将所述测距频率更新为所述更新测距频率，以实现下一次测距基于所述更新测距频率进行。本申请中，基于信标模型与信源之间的实测距离和信标模型的运动数据调整UWB测距的频率，使得测距频率根据实际测距情况和运动数据动态的更新，相比于使用固定测距频率测量信标与信源之间距离的方式，动态调整的测距频率既能保证及时的离位报警，又能降低信标功耗，解决现有UWB测距中为保证离位报警及时导致信标功耗大的技术问题。

Description

UWB测距方法和系统

技术领域

本发明属于无载波通信技术领域，具体地说，是涉及一种UWB测距方法和系统。

背景技术

随着无线通信技术的发展，利用无线通信方式实现测距的技术也得到快速发展，人们对重要物品的防丢失以及丢失后的有效追踪有着迫切的需求。如展厅，超市，门岗，机房等，这些地方通常存放或持有重要物品，为获取这些重要物品距离设定位置的实时距离信息，通常需要在这些重要物品中嵌入无线测距装置，并在设定位置放置测距基站。

UWB（Ultra Wideband，超宽带技术）是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信技术，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHZ量级的带宽。UWB具有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低，能提供精确定位精度等优点，越来越多领域选择UWB技术来实现高精度无线测距。

UWB测距系统主要包括信源和信标，通过信源和信标之间的交互实现测距，例如，采用双向飞行时间法，每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳，基于两个模块之间的时间戳信息可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定二者之间的距离，系统根据设定的测距频率不断的实施测距，根据距离的变化能够判断安装有信标模型的重要物品位置是否发生了移动，在发生移动时发出报警；但目前UWB测距系统在测距中，若要保证及时的离位报警则需要提高测距频率，而高的测距频率却会造成信标模型功耗较大，待机时间短，导致离位报警失效。

发明内容

本申请提供了一种UWB测距方法和系统和，解决现有UWB测距中为保证离位报警的及时性而导致信标功耗大的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

提出一种UWB测距方法，包括：基于测距频率确定信标与信源之间的实测距离；获取所述信标的运动数据；基于所述实测距离和所述运动数据确定更新测距频率；将所述测距频率更新为所述更新测距频率，以实现下一次测距基于所述更新测距频率进行。

提出一种UWB测距系统，包括信标和信源；所述信标包括实测距离确定模块、运动传感器、测距频率确定模块和测距频率设定模块；所述实测距离确定模块，用于基于测距频率确定信标与信源之间的实测距离；所述运动传感器，用于获取所述信标的运动数据；所述测距频率确定模块，用于基于所述实测距离和所述运动数据确定更新测距频率；所述测距频率设定模块，用于将所述更新测距频率更新为所述更新测距频率，以使得所述实测距离确定模块在下一次测距时基于所述更新测距频率进行。

与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的UWB测距方法和系统中，基于信标模型与信源之间的实测距离和信标模型的运动数据调整UWB测距的频率，使得测距频率根据实际测距情况和运动数据动态的更新，相比于使用固定测距频率测量信标与信源之间距离的方式，动态调整的测距频率既能保证及时的离位报警，又能降低信标功耗，解决现有UWB测距中为保证离位报警的及时性而导致信标功耗大的技术问题。

结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1 为本申请提出的UWB测距方法的流程图；

图2为本申请提出的UWB测距系统的系统架构图；

图3为本申请中UWB测距过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。

本申请提出的UWB测距方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S11：基于测距频率确定信标与信源之间的实测距离。

本申请提出的UWB测距方法是基于如图2所示的UWB测距系统实现的，该UWB测距系统包括信源1和信标2，信标由主控器21、UWB测距模块22、北斗定位模块23、通信模块24和运动传感器25组成；其中UWB测距模块22提供测距功能，北斗定位模块23提供经纬度位置坐标信息，运动传感器25采集信标所在物品的运动数据，主控器21控制UWB测距模块22、北斗定位模块23、通信模块24的工作模式、工作参数等。

测距需要信源1和信标2相互交互实现，结合图3，本申请实施例中针对信标2进行描述测距过程，信源1部分仅用来描述测距的应用。

a)信源1在未与标签配对前，处于监听状态，等待接收信标2发来的配对请求；

b)未配对信标2周期性（以测距频率）向信源1发送配对请求Blink Msg，并等待信源1的响应，等待超时后进入休眠，休眠时间到后，再次发起配对请求；

c)信源1接收到信标的配对请求后，决定与信标2进行配对测距时，向信标2发送初始化信息帧Ranging Init，信标2接收到初始化信息帧Rating Init后进行自身测距参数的设置。

d)信标2发起测距请求，向信源1发送Poll帧，此时记录发送Poll帧时的发送时间

；Poll帧内容包括信标2的电量，拆卸状态等信息。

e)信源1接收到信标2发送的Poll帧，记录接收时间为

，并解析Poll帧内容，获取信标2的信息，然后信源1向信标2发送响应帧Response,并记录发送时间为

。

f)信标2接收到信源1发送的响应帧后，记录接收时间为

，向信源1发送Final帧的发送时间为

，Final帧内容包括

,

,

。

g)信源1接收到信标发送的Final帧后，记录接收时间为

。并解析帧内容获取所需时间戳。

h)根据UWB飞行时间计算公式计算信标2至信源1间的信号飞行时间。计算公式如下：

；其中

；

；

；

；

i)信源1最终根据公式d=

*C（光速）计算出信标2至信源1之间的距离。

通常，测距系统是按照固定的测距频率来计算信标2至信源1之间的距离，本申请实施例中，测距频率是由信标根据当前运动状态及当前实际距离综合决策后确定的，具体的在步骤S13和步骤S14中描述。

步骤S12：获取信标的运动数据。

在信标2与信源1建立交互连接后，信标通过运动传感器获取自身的运动数据，并在上述步骤d)的Poll帧或步骤f)的Final帧中加入运动数据，使得信源1 获取运动数据后，将运动数据转发至后台管理模块，使得后台管理模块能够显示运动状态。

步骤S13：基于实测距离和运动数据确定更新测距频率。

信标2计算出实测距离后，再结合运动数据查询测距范围区间与频段划分因子关系表来确定下一次测距的测距频率，具体的，若运动数据表明信标并未发生移动或当前距离频段没有发生改变，则不改变测距频率，以当前测距频率继续执行测距，也即更新测距频率和当前测距频率相同；若运动数据表明信标发生了移动或当前距离频段已经发生改变，则提高测距频率，以便及时获知信标是否发生离位，并及时发出离位报警。具体的，运动状态可以细分为普通运动和剧烈运动，针对普通运动和剧烈运动，提高测距频率的程度不同，运动越剧烈，测距频率越高。

步骤S14：将测距频率更新为更新测距频率，以实现下一次测距基于更新测距频率进行。

采用更新测距频率更新当前的测距频率，使得后续的测距依据更新测距频率进行，使得测距频率根据实际测距情况和运动数据动态的更新，相比于现有技术中采用固定测距频率测量信标与信源之间距离的方式，动态调整的测距频率既能保证及时的离位报警，又能降低信标功耗，解决了现有UWB测距中为保证离位报警及时导致信标功耗大的技术问题。

本申请实施例中，测距频率不仅与运动数据相关，还与实测距离相关，最终确定的测距频率受实测距离和运动数据的双重制约，例如下表一所示，不同的实测距离对应的测距频率不同，在同一实测距离情况下，不同的运动数据，对应的测距频率不同；

表一

在本申请实施例中，实测距离越远，对应的测距频率越高，以实现当信标离信源越远时，更新的测距频率越高，测距的周期更短，以便及时判断信标所在物体是否被移动，在超出预设范围时及时发出离位报警。

本申请实施例中在步骤S11之前，提供一种根据实际应用需求对信标的监控范围进行自设定的方式，并能够根据设定的监控范围动态生成测距频率，使得UWB测距系统能够适用于多种应用环境。

具体的，提供一种输入设备，使得用户能够根据实际应用环境和需求设定监控距离设定值，则系统在接收监控距离设定值后，基于监控距离设定值确定一个测距范围区间，基于确定的测距范围区间确定频段划分因子，在基于确定的频段划分因子划分测距频段，进而针对每个测距频段生成与运动数据相关的测距频率；这其中，越接近监控距离设定值的测距频段，生成的测距频率越高；基于上述，在步骤S13的基于实测距离和运动数据确定测距频率中，具体为：基于实测距离确定所属测距频段，并基于所属测距频段和运动数据确定测距频率。

下面结合表二对上述的动态生成测距频率的方式作出详细说明；

表二

以输入的监控距离设定值为7米为例，输入的监控距离设定值落在6-10米测距范围区间内，则对应规划的频段划分因子为0、2和4，进而基于这三个频率划分因子划分了三个测距频段，针对每个测距频段生成与运动数据相关的测距频率。具体的，根据监控距离设定值7与频段划分因子的差确定测距间隔点（7-0）、（7-2）和（7-4），也即7、5、3三个测距间隔点，进而根据这三个测距间隔点生成三个测距频段（5-7米）、（3-5米）和（0-3米），如表三所示：

表三

每个测距频段针对不同的运动数据生成不同的测距频率，这其中频段划分因子的个数与测距范围区间的范围呈正比例关系，也即，测距范围区间越大，频段划分因子的个数越多；越接近监控距离设定值7的测距频段，生成的测距频率越高，如表三中测距频段（5-7米）的测距频率高于（3-5米）测距频段的测距频率，测距频段（3-5米）的测距频率高于（0-3米）测距频段的测距频率。

本申请实施例中，用于可基于输入设备根据实际应用环境和要求设定频段划分因子，具体的，通过输入设备输入频段划分因子的间隔设定值，系统则基于间隔设定值和监控距离设定值生成频段划分因子，如上述实施例中，通过输入设备输入频段划分因子的间隔设定值为2后，系统首先采用监控距离设定值除以间隔设定值后取整确定频段划分因子的个数为3，载基于间隔设定值2和监控距离设定值7生成频段划分因子0、2、4。

基于上述提出的UWB测距方法，本申请还提出一种UWB测距系统，如图2所示，该UWB测距系统包括信源1和信标2，信标2实测距离确定模块21、运动传感器22、测距频率确定模块23和测距频率设定模块24组成；实测距离确定模块21用于基于测距频率确定信标与信源之间的实测距离；运动传感器22用于获取信标的运动数据；测距频率确定模块23用于基于实测距离和运动数据确定更新测距频率；测距频率设定模块24用于将更新测距频率更新为更新测距频率，以使得实测距离确定模块21在下一次测距时基于更新测距频率进行。

该系统还包括输入设备25、存储模块26、测距范围区间确定模块27、测距频段确定模块28和测距频率生成模块29；输入设备25用于输入监控距离设定值；存储模块26用于存储测距范围区间与频段划分因子关系表；测距范围区间确定模块27用于接收监控距离设定值后，查询存储模块26存储的测距范围区间与频段划分因子关系表，基于监控距离设定值确定测距范围区间；测距频段确定模块28用于查询存储模块26存储的测距范围区间与频段划分因子关系表，基于确定的测距范围区间确定频段划分因子，并基于确定的频段划分因子划分测距频段；测距频率生成模块29用于针对每个测距频段生成与运动数据相关的测距频率，其中，越接近监控距离设定值的测距频段，生成的测距频率越高。

具体的，频段划分因子的个数与测距范围区间的范围呈正比例关系。

本申请提出的UWB测距系统还包括频段划分因子设定模块30；输入设备25还用于输入频段划分因子的间隔设定值，频段划分因子设定模块30用于从输入设备接收频段划分因子的间隔设定值，并基于间隔设定值和监控距离设定值生成频段划分因子，以及将生成的频段划分因子写入存储模块26存储的测距范围区间与频段划分因子关系表。

具体的，测距频段确定模块28包括测距频段划分单元281，用于根据监控距离设定值与频段划分因子的差确定测距间隔点，并基于测距间隔点生成测距频段。

具体的UWB测距系统的测距方式已经在上述UWB测距方法中详述，此处不予赘述。

上述本申请提的的UWB测距方法和系统，基于信标模型与信源之间的实测距离和信标模型的运动数据调整UWB测距的频率，使得测距频率根据实际测距情况和运动数据动态的更新，具体的，实测距离越远，或在信标运动越剧烈时，测距频率越高，相比于使用固定测距频率测量信标与信源之间距离的方式，动态调整的测距频率既能保证及时的离位报警，又能降低信标功耗，解决现有UWB测距中为保证离位报警及时导致信标功耗大的技术问题。

应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.UWB测距方法，其特征在于，包括：

基于测距频率确定信标与信源之间的实测距离；

获取所述信标的运动数据；

基于所述实测距离和所述运动数据确定更新测距频率；

将所述测距频率更新为所述更新测距频率，以实现下一次测距基于所述更新测距频率进行；

在确定信标与信源之间的实测距离之前，所述方法还包括：

接收监控距离设定值，以及基于所述监控距离设定值确定测距范围区间；

基于确定的测距范围区间确定频段划分因子；

基于确定的频段划分因子划分测距频段；

针对每个测距频段生成与运动数据相关的测距频率；其中，越接近所述监控距离设定值的测距频段，生成的测距频率越高；

则基于所述实测距离和所述运动数据确定测距频率，具体为：基于所述实测距离确定所属测距频段，并基于所属测距频段和所述运动数据确定测距频率。

2.根据权利要求1所述的UWB测距方法，其特征在于，所述频段划分因子的个数与测距范围区间的范围呈正比例关系。

3.根据权利要求1所述的UWB测距方法，其特征在于，在确定的测频范围区间确定频段划分因子之前，所述方法还包括：

接收频段划分因子的间隔设定值，并基于所述间隔设定值和所述监控距离设定值生成频段划分因子。

4.根据权利要求1所述的UWB测距方法，其特征在于，基于所述频段划分因子划分测距频段，具体为:

根据所述监控距离设定值与所述频段划分因子的差确定测距间隔点；

基于所述测距间隔点生成所述测距频段。

5.UWB测距系统，包括信标和信源；其特征在于，所述信标包括实测距离确定模块、运动传感器、测距频率确定模块和测距频率设定模块；

所述实测距离确定模块，用于基于测距频率确定信标与信源之间的实测距离；

所述运动传感器，用于获取所述信标的运动数据；

所述测距频率确定模块，用于基于所述实测距离和所述运动数据确定更新测距频率；

所述测距频率设定模块，用于将所述更新测距频率更新为所述更新测距频率，以使得所述实测距离确定模块在下一次测距时基于所述更新测距频率进行；

所述系统还包括输入设备、存储模块、测距范围区间确定模块、测距频段确定模块和测距频率生成模块；

所述输入设备，用于输入监控距离设定值；

所述存储模块，用于存储测距范围区间与频段划分因子关系表；

所述测距范围区间确定模块，用于接收所述监控距离设定值后，查询所述存储模块存储的测距范围区间与频段划分因子关系表，基于所述监控距离设定值确定测距范围区间；

所述测距频段确定模块，用于查询所述存储模块存储的测距范围区间与频段划分因子关系表，基于确定的测距范围区间确定频段划分因子，并基于确定的频段划分因子划分测距频段；

所述测距频率生成模块，用于针对每个测距频段生成与运动数据相关的测距频率，其中，越接近所述监控距离设定值的测距频段，生成的测距频率越高。

6.根据权利要求5所述的UWB测距系统，其特征在于，所述频段划分因子的个数与测距范围区间的范围呈正比例关系。

7.根据权利要求5所述的UWB测距系统，其特征在于，所述系统还包括频段划分因子设定模块；

所述输入设备还用于输入频段划分因子的间隔设定值，所述频段划分因子设定模块，用于从所述输入设备接收所述频段划分因子的间隔设定值，并基于所述间隔设定值和所述监控距离设定值生成频段划分因子，以及将生成的频段划分因子写入所述存储模块存储的测距范围区间与频段划分因子关系表。

8.根据权利要求5所述的UWB测距系统，其特征在于，所述测距频段确定模块包括测距频段划分单元，用于根据所述监控距离设定值与所述频段划分因子的差确定测距间隔点，并基于所述测距间隔点生成所述测距频段。