CN109788550A - 一种基于超宽带技术的室内田径场定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超宽带技术的室内田径场定位系统，包括设于被定位物体上的超宽带标签、固定在同一水平面上的至少四个检测基站以及云服务器，所述超宽带标签用于发射携带超宽带标签ID的超宽带信号，所述检测基站用于接收所述超宽带标签发射的超宽带信号，用于生成携带检测基站接收到超宽带信号时的标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号并传输至云服务器，所述云服务器用于根据标准信号计算超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置；本发明还公开了一种基于超宽带技术的室内田径场定位方法。采用本发明，能够对室内田径场上的物体精准定位，具有能耗低、抗干扰性强、成本低等优势。

Description

一种基于超宽带技术的室内田径场定位系统及方法

技术领域

本发明涉及室内定位领域，尤其涉及一种基于超宽带技术的室内田径场定位系统及方法。

背景技术

位置是人们在日常生活中一个非常重要的属性，目前市面上的智能产品基本都具备定位功能，一般是通过基站或GPS定位，但基站定位的误差通常有几百米，定位不够精确；而GPS定位精度可以达到十米左右，但要求定位设备位于视野开阔、天空无遮挡的户外区域。换言之，GPS定位在室内无法使用。

然而，很多体育赛事都会选择在室内田径场举行，对于运动员的定位是不可缺少的，还有一些飞行体育器材，在判断得分的时候，需要为体育器材提供精准定位，才能完美体现运动员的真实成绩。

超宽带是利用纳秒级甚至皮秒级的脉冲传递信息的一种新型无线技术。超宽带脉冲信号具有传输速率高、功耗低、抗多径效果好、安全性高和系统复杂度低等优点,利用超宽带技术进行定位,可以达到分米甚至厘米级的定位精度。因此，超宽带定位技术能够给室内物体带来非常准确的定位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于超宽带技术的室内田径场定位系统及方法，能够解决室内田径场上物体难以定位，定位不准确的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于超宽带技术的室内田径场定位系统，包括设于被定位物体上的超宽带标签、固定在同一水平面上的至少四个检测基站以及云服务器；所述超宽带标签用于发射携带超宽带标签ID的超宽带信号；所述检测基站用于接收所述超宽带标签发射的超宽带信号，用于生成携带检测基站接收到超宽带信号时的标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号并传输至云服务器；所述云服务器用于根据标准信号计算超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置。

优选地，所述超宽带标签包括信号发射模块与电源模块；所述信号发射模块用于发射携带超宽带标签ID的超宽带信号；所述电源模块用于为所述信号发射模块供电。

优选地，所述检测基站包括信号接收模块、标准信号生成模块以及通信模块；所述信号接收模块用于接收携带超宽带标签ID的超宽带信号；所述标准信号生成模块用于生成携带标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号，其中，所述时间为所述信号接收模块接收到超宽带信号时的时间；所述通信模块用于将标准信号传输至云服务器。

优选地，所述云服务器包括信号归类模块与TDOA定位计算模块；所述信号归类模块用于归类携带相同超宽带标签ID的标准信号，得到标准信号组；所述TDOA定位计算模块用于根据所述信号归类模块得到的标准信号组来计算对应超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置。

优选地，所述云服务器还包括选取模块，所述选取模块用于选取标准信号组中对应标准时间靠前的四个标准信号，进而，所述TDOA定位计算模块根据四个标准信号计算超宽带标签的位置。

优选地，所述云服务器还包括所述速率计算模块，所述速率计算模块用于计算所述超宽带标签的速率，进而得到被定位物体的速率。

本发明还提供了一种基于超宽带技术的室内田径场定位方法，包括步骤：

设于被定位物体上的超宽带标签发射携带超宽带标签ID的超宽带信号；

固定在同一水平面上的至少四个检测基站接收所述超宽带标签发射的超宽带信号；

所述检测基站生成携带检测基站接收到超宽带信号时的标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号并传输至云服务器；

云服务器根据标准信号计算超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置。

优选地，所述云服务器根据标准信号计算超宽带标签的位置之前还包括：

云服务器将携带相同超宽带标签ID的标准信号归类，得到标准信号组；

云服务器根据标准信号组来计算对应超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置。

优选地，云服务器将携带相同超宽带标签ID的标准信号归类之后还包括：

云服务器选取标准信号组中对应标准时间靠前的四个标准信号；

云服务器根据四个标准信号来计算对应超宽带标签的位置。

优选地，所述云服务器根据四个标准信号来计算对应超宽带标签的位置之后还包括：

云服务器根据极短时间内超宽带标签的位置的变化量计算出超宽带标签的速率，进而得到被定位物体的速率。

实施本发明的有益效果在于：

本发明一种基于超宽带技术的室内田径场定位系统，通过检测基站接收来自被定为物体上超宽带标签所发射的超宽带信号的，各个检测基站接收到超宽带信号有时间差，通过TDOA定位分析模块能够求得物体的位置，具有检测速度快、功耗低、抗干扰性强、安全性高和系统复杂度低等优点。

另外，所述云服务器选取标准信号组中对应标准时间靠前的四个标准信号，云服务器根据四个标准信号来计算对应超宽带标签的位置，标准时间靠前说明超宽带信号传输距离短，超宽带信号在传输途中受到的干扰少，从而进一步提高定位的精确度。

同时，本发明能够对静态物体进行精确定位，还能对动态物体进行精确定位，可以通过速率计算模块获取动态物体的运行速率，进一步反应物体的状态信息；还能通过信号归类模块对不同超宽带标签ID的标准信号进行归类，从而能够区分同时定位的多个物体，实现多个物体的同时定位。

附图说明

图1是本发明提供的基于超宽带技术的室内田径场定位系统示意图；

图2是本发明提供的检测基站第一实施例示意图；

图3是本发明提供的检测基站第二实施例示意图；

图4是本发明提供的基于超宽带技术的室内田径场定位方法流程框图；

图5是本发明提供的标准信号归类选取流程图；

图6是本发明提供的速率计算流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

如图1所示，本发明提供了一种基于超宽带技术的室内田径场定位系统，包括设于被定位物体上的超宽带标签1、固定在同一水平面上的至少四个检测基站2以及云服务器3；所述超宽带标签1用于发射携带超宽带标签ID的超宽带信号；所述检测基站2用于接收所述超宽带标签1发射的超宽带信号，用于生成携带检测基站2接收到超宽带信号时的标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号并传输至云服务器3；所述云服务器3用于根据标准信号计算超宽带标签1的位置，进而得到被定位物体的位置。

本发明基于超宽带技术的室内田径场定位系统对物体定位原理如下：携带超宽带标签1的物体，被定位物体上的超宽带标签1发射超宽带信号，同一水平面上的至少四个检测基站2接收到超宽带信号，进而生成携带检测基站2接收到超宽带信号时的标准时间、超宽带标签ID(超宽带标签ID包含被定位物体的信息)以及检测基站ID(检测基站ID包含检测基站的坐标位置)的标准信号并传输至云服务器3；所述云服务器3根据标准信号计算出超宽带标签1的位置，进而得到被定位物体的位置。本发明采用基于TDOA(到达时间差)算法计算出被定位物体的位置，借助超宽带信号传输的优良性能对室内物体进行定位，由于超宽带信号具备传输速率高、功耗低、抗多径效果好、安全性高和系统复杂度低等优点，本发明基于超宽带技术的定位系统定位精确，具有功耗低，抗干扰性强，成本低等优点。

优选地，所述超宽带标签1包括信号发射模块11与电源模块12；所述信号发射模块11用于发射携带超宽带标签ID的超宽带信号；所述电源模块12用于为所述信号发射模块供电。

进一步地，所述检测基站2包括信号接收模块21、标准信号生成模块22、以及通信模块23；所述信号接收模块21用于接收携带超宽带标签ID的超宽带信号；所述标准信号生成模块22用于生成携带标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号，其中，所述时间为所述信号接收模块接收到超宽带信号时的时间；所述通信模块23用于将标准信号传输至云服务器3。

更佳地，所述云服务器3包括信号归类模块31与TDOA定位计算模块32；所述信号归类模块31用于归类携带相同超宽带标签ID的标准信号，得到标准信号组；所述TDOA定位计算模块32用于根据所述信号归类模块31得到的标准信号组来计算对应超宽带标签1的位置，进而得到被定位物体的位置。本发明，通过信号归类模块31对不同超宽带标签ID的标准信号进行归类，从而能够区分同时定位的多个物体，实现多个物体的同时定位，所述TDOA定位计算模块32采用TDOA算法计算物体的位置，定位结果非常准确。

更优地，所述云服务器3还包括选取模块33，所述选取模块33用于选取标准信号组中对应标准时间靠前的四个标准信号，进而，所述TDOA定位计算模块32根据四个标准信号计算超宽带标签1的位置。所述TDOA定位计算模块32根据四个标准信号计算超宽带标签的位置，标准时间靠前说明超宽带信号传输距离短，超宽带信号在传输途中受到的干扰少，从而进一步提高定位的精确度。

较佳地，所述云服务器3还包括所述速率计算模块34，所述速率计算模块34用于计算所述超宽带标签的速率，进而得到被定位物体的速率。本发明能够对静态物体进行精确定位，还能对动态物体进行精确定位，可以通过速率计算模块34获取动态物体的运行速率，进一步反应物体的状态信息。

如图2所示，为本发明提供的检测基站2第一实施例示意图，所述检测基站2优先设于室内田径场的四个角落，这样一来，四个检测基站2检测范围能够基本覆盖整个室内田径场，从而能够减少检测基站2的投入数量，进一步节约成本。

如图3所示，为本发明提供的检测基站第二实施例示意图，每两个角落处的检测基站2之间还设有一个检测基站2。所述云服务器优先选取离超宽带标签1较近的四个检测基站2来定位超宽带标签1的位置。所述云服务器根据检测基站2接收到超宽带信号的时间先后来选取最先接收到超宽带信号的四个检测基站2，即选取传播距离较短的超宽带信号，这样能够进一步减少超宽带信号在传输途中受到的干扰，提高定位的精确度，能够为需要精细定位的体育赛事提供精准定位。

如图4所示，本发明还提供了一种基于超宽带技术的室内田径场定位方法，包括步骤：

S100，设于被定位物体上的超宽带标签发射携带超宽带标签ID的超宽带信号；

S200，固定在同一水平面上的至少四个检测基站接收所述超宽带标签发射的超宽带信号；

S300,所述检测基站生成携带检测基站接收到超宽带信号时的标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号并传输至云服务器；

S400,云服务器根据标准信号计算超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置。

如图5所示，所述云服务器根据标准信号计算超宽带标签的位置之前还包括：

S401,云服务器将携带相同超宽带标签ID的标准信号归类，得到标准信号组。

进一步地，云服务器将携带相同超宽带标签ID的标准信号归类之后还包括：

S402，云服务器选取标准信号组中对应标准时间靠前的四个标准信号。

如图6所示，所述云服务器根据四个标准信号来计算对应超宽带标签的位置之后还包括：

S500，云服务器根据极短时间内超宽带标签的位置的变化量计算出超宽带标签的速率，进而得到被定位物体的速率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于超宽带技术的室内田径场定位系统，其特征在于，包括设于被定位物体上的超宽带标签、固定在同一水平面上的至少四个检测基站以及云服务器：

所述超宽带标签用于发射携带超宽带标签ID的超宽带信号；

所述检测基站用于接收所述超宽带标签发射的超宽带信号，用于生成携带检测基站接收到超宽带信号时的标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号并传输至云服务器；

所述云服务器用于根据标准信号计算超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置。

2.如权利要求1所述的基于超宽带技术的室内田径场定位系统，其特征在于，所述超宽带标签包括信号发射模块与电源模块；

所述信号发射模块用于发射携带超宽带标签ID的超宽带信号；

所述电源模块用于为所述信号发射模块供电。

3.如权利要求1所述的基于超宽带技术的室内田径场定位系统，其特征在于，所述检测基站包括信号接收模块、标准信号生成模块以及通信模块；

所述信号接收模块用于接收携带超宽带标签ID的超宽带信号；

所述标准信号生成模块用于生成携带标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号，其中，所述标准时间为所述信号接收模块接收到超宽带信号时的时间；

所述通信模块用于将标准信号传输至云服务器。

4.如权利要求1所述的基于超宽带技术的室内田径场定位系统，其特征在于，所述云服务器包括信号归类模块与TDOA定位计算模块；

所述信号归类模块用于归类携带相同超宽带标签ID的标准信号，得到标准信号组；

所述TDOA定位计算模块用于根据所述信号归类模块得到的标准信号组来计算对应超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置。

5.如权利要求4所述的基于超宽带技术的室内田径场定位系统，其特征在于，所述云服务器还包括选取模块，所述选取模块用于选取标准信号组中对应标准时间靠前的四个标准信号，进而，所述TDOA定位计算模块根据四个标准信号计算超宽带标签的位置。

6.如权利要求1所述的基于超宽带技术的室内田径场定位系统，其特征在于，所述云服务器还包括所述速率计算模块，所述速率计算模块用于计算所述超宽带标签的速率，进而得到被定位物体的速率。

7.一种基于超宽带技术的室内田径场定位方法，其特征在于，包括步骤：

设于被定位物体上的超宽带标签发射携带超宽带标签ID的超宽带信号；

固定在同一水平面上的至少四个检测基站接收所述超宽带标签发射的超宽带信号；

所述检测基站生成携带检测基站接收到超宽带信号时的标准时间、超宽带标签ID以及检测基站ID的标准信号并传输至云服务器；

云服务器根据标准信号计算超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置。

8.如权利要求7所述的基于超宽带技术的室内田径场定位方法，其特征在于，所述云服务器根据标准信号计算超宽带标签的位置之前还包括：

云服务器将携带相同超宽带标签ID的标准信号归类，得到标准信号组；

云服务器根据标准信号组来计算对应超宽带标签的位置，进而得到被定位物体的位置。

9.如权利要求8所述的基于超宽带技术的室内田径场定位方法，其特征在于，云服务器将携带相同超宽带标签ID的标准信号归类之后还包括：

云服务器选取标准信号组中对应标准时间靠前的四个标准信号；

云服务器根据四个标准信号来计算对应超宽带标签的位置。

10.如权利要求9所述的基于超宽带技术的室内田径场定位方法，其特征在于，所述云服务器根据四个标准信号来计算对应超宽带标签的位置之后还包括：

云服务器根据极短时间内超宽带标签的位置的变化量计算出超宽带标签的速率，进而得到被定位物体的速率。