CN110099352A - 一种uwb定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法 - Google Patents

一种uwb定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于UWB定位技术领域，具体涉及一种UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，包括如下步骤：S1、按照定位节点接收角度，分别赋予不同定位基站接收信号角度θi,j(i=1,2,3…N,j=1,2,3…M)，其中N为该定位基站所在层数，M为该基站编号；S2、初始设置为二维定位场景，根据θi,j值的正负情况来判断该定位标签位于第几层基站之间。用定位标签与定位基站接收信号角度的正负值变化来智能切换所需定位基站，减少了定位标签与当前定位无关的基站链接，优化了基站的使用率，从而降低了整个定位系统的平均功耗。

Description

一种UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智 能切换方法
技术领域
本发明属于UWB定位技术领域，具体涉及一种UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法。
背景技术
随着人们生存活动空间的日渐庞大与复杂，室内定位技术和基于位置的服务也在发展起来，安装在各个位置的定位基站和附着在物体、人体上的定位标签也越来越多。这些定位标签大多数实时与定位基站传输定位原始数据，然后传输至后台处理。UWB（超宽带信号）具有极宽的信号带宽，使其在非金属障碍物的穿透能力、抗多径能力和抗干扰能力方面具有独特的优势，从而广泛用于室内精准定位。
在常用定位场景中，二维平面定位与三维空间定位运用比较多，这两种定位场景的基站布局以及定位算法不同，在一定平面范围内二维定位需要三个定位基站，三维空间定位至少需要四个定位基站，而二维与三维定位需求在应用场景中同时存在。现有技术中，直接使用三维基站布局和定位算法来满足定位需求，这种方法存在较大缺陷，例如，在同一平面层面只需要二维定位就能满足时，若都是直接使用三维定位，一是浪费定位硬件节点中电池容量资源，增加成本，二是增加不必要的后台处理消耗；同时，定位标签直接与一定空间范围内的定位基站进行通信，再进行定位解算，增加了系统功耗。
综上可知，相关技术存在缺陷，亟待完善。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，用定位标签与定位基站接收信号角度的正负值变化来智能切换所需定位基站，减少了定位标签与当前定位无关的基站链接，优化了基站的使用率，从而降低了整个定位系统的平均功耗。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，包括如下步骤：
S1、按照定位节点接收角度，分别赋予不同定位基站接收信号角度θi,j(i=1,2,3…N,j=1,2,3…M)，其中N为该定位基站所在层数，M为该基站编号；
S2、初始设置为二维定位场景，根据θi,j值的正负情况来判断该定位标签位于第几层基站之间；
S3、水平方向移动定位标签，此时只利用定位标签邻近的上层定位基站进行二维定位；
S4、垂直方向移动定位标签，使得基站的θi,j的值发生变化；
S5、当之前位于定位标签相邻的上方基站θi,j的值由正变为负时，定位标签则终止与之前位于标签下方基站的通信；
其中，定位标签始终与其相邻的上方定位基站建立通信链接，且只与定位标签相邻的上、下方定位基站间保持连接。用定位标签与定位基站接收信号角度的正负值变化来智能切换所需定位基站，减少了定位标签与当前定位无关的基站链接，优化了基站的使用率，从而降低了整个定位系统的平均功耗。
作为本发明所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法的一种改进，在步骤S1中，所述定位节点用于定位标签与定位基站间的通讯。
作为本发明所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法的一种改进，所述定位节点包括UWB通信模块、阵列智能天线和处理器。
作为本发明所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法的一种改进，所述UWB通信模块用于测算定位标签与定位基站之间的距离从而传输到后台进行定位解算。
作为本发明所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法的一种改进，所述阵列智能天线用于测算定位基站与标签发送信号的角度。
作为本发明所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法的一种改进，所述处理器为OCTEON Fusion-M处理器。
作为本发明所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法的一种改进，在步骤S2中，在定位节点中利用特殊的收发天线可以得到定位标签与若干定位基站信号在同一水平面的角度，若定位标签与定位基站在同一水平面，该角度为0度。
作为本发明所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法的一种改进，定位标签位于定位基站垂直高度上方，接收信号角度变化范围为0-180度；定位标签位于定位基站垂直高度下方，接收信号角度变化范围为-180-0度。
作为本发明所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法的一种改进，定位基站按层级布局，同一层面定位基站位于同一水平面，相邻层级间定位基站的垂直距离相同，且相邻定位基站的水平间距与相邻层级间定位基站的垂直间距相同。
作为本发明所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法的一种改进，在步骤S5中，根据定位标签接收信号角度的变化来实现定位基站的切换。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明中定位标签切换定位基站的结构示意图；
其中：tag-定位标签；anchor-定位基站。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，定位节点的基本流程是以一定的频率，比如3Hz来进行测距通讯，每进行一次通讯就会得到该次信号的到达角度，然后根据这个到达角度的变化来判断定位标签所处的相对于基站层数的位置。一般的空间定位场景下，传统方法是定位标签直接与一定空间范围内的定位基站进行通信，再进行定位解算。本发明为了节省系统功耗，区分了二维定位与三维定位场景，引入了自适应智能基站切换方式，具体方法包括如下步骤：
T1、系统初始化阶段，定位标签与定位基站以3Hz的频率进行通信，定位标签首先发送通信信号由一定空间范围内的定位基站测算接收信号的角度θi,j，接下来定位标签选择θi,j值范围在(0,60]、[120,180]、[-60,0)或者[-180,-120]的基站进行通信连接（与定位标签邻近的上下层基站）；
T2、如果定位标签垂直移动距离在一定时间内没有超过每层定位基站的间隔，则定位标签会终止与其下方基站的通信，而保持与其上方定位基站的通信连接，同时在后台服务器调用二维定位算法进行二维平面定位，接着转步骤T5；
T3、如果定位标签在垂直方向上的移动距离超过了每层基站的间隔，并且基站接收角度θi,j的值由负变为正，则终止与之前标签下方所连接的基站通信，同时建立接收角度θi,j的值在[-60,0)或者[-180,-120]范围内的相邻上方基站的连接，保持与新的上下两层基站的测距通信并在后台调用三维定位算法进行定位解算，接着转步骤T5；
T4、如果定位标签在垂直方向上的移动距离超过了每层基站的间隔，并且基站接收角度θi,j的值由正变为负，则终止与之前标签上方所连接的基站通信，同时建立接收角度θi,j的值在(0,60]或者[120,180]范围内的相邻上方基站的连接，保持与新的上下两层基站的测距通信并在后台调用三维定位算法进行定位解算，接着转步骤T5；
T5、被定位标签终止通信连接的定位基站在5s后降低通信功耗，只进行接收信号的判断，若满足上述接收角度要求则被完全唤醒参与定位工作；
T6、重复步骤T2至T5，若定位算法解算失败则转步骤T1，重新初始化系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动，都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照定位节点接收角度，分别赋予不同定位基站接收信号角度θi,j(i=1,2,3…N,j=1,2,3…M)，其中N为该定位基站所在层数，M为该基站编号；
S2、初始设置为二维定位场景，根据θi,j值的正负情况来判断该定位标签位于第几层基站之间；
S3、水平方向移动定位标签，此时只利用定位标签邻近的上层定位基站进行二维定位；
S4、垂直方向移动定位标签，使得基站的θi,j的值发生变化；
S5、当之前位于定位标签相邻的上方基站θi,j的值由正变为负时，定位标签则终止与之前位于标签下方基站的通信；
其中，定位标签始终与其相邻的上方定位基站建立通信链接，且只与定位标签相邻的上、下方定位基站间保持连接。
2.如权利要求1所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于：在步骤S1中，所述定位节点用于定位标签与定位基站间的通讯。
3.如权利要求2所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于：所述定位节点包括UWB通信模块、阵列智能天线和处理器。
4.如权利要求3所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于：所述UWB通信模块用于测算定位标签与定位基站之间的距离从而传输到后台进行定位解算。
5.如权利要求3所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于：所述阵列智能天线用于测算定位基站与标签发送信号的角度。
6.如权利要求3所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于：所述处理器为OCTEON Fusion-M处理器。
7.如权利要求1所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于：在步骤S2中，在定位节点中利用特殊的收发天线可以得到定位标签与若干定位基站信号在同一水平面的角度，若定位标签与定位基站在同一水平面，该角度为0度。
8.如权利要求7所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于：定位标签位于定位基站垂直高度上方，接收信号角度变化范围为0-180度；定位标签位于定位基站垂直高度下方，接收信号角度变化范围为-180-0度。
9.如权利要求7所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于：定位基站按层级布局，同一层面定位基站位于同一水平面，相邻层级间定位基站的垂直距离相同，且相邻定位基站的水平间距与相邻层级间定位基站的垂直间距相同。
10.如权利要求1所述的UWB定位系统在二维和三维定位场景所需定位基站的智能切换方法，其特征在于：在步骤S5中，根据定位标签接收信号角度的变化来实现定位基站的切换。
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