CN110768681A - 一种基于uwb通信的定位电路、定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

一种基于UWB通信的定位电路、定位系统及定位方法，包括封装于一个基站的射频通信模块、第一超宽带模块、开关切换模块、第二超宽带模块以及主控模块，射频模块包括第一天线单元和多个第二天线单元，多个第二天线单元等间距分布于以第一天线单元为圆心的圆周上，根据第一天线单元接收到的射频信号，输出第一超宽带通信信号；并根据控制信号依序控制多个第二天线单元所在的供电支路进行导通或关断，并当供电支路导通时，则根据射频信号输出一路驱动信号；接着根据多个第二天线单元对应的供电支路输出的驱动信号，对应输出多路第二超宽带通信信号；最后根据第一超宽带通信信号和多路第二超宽带通信信号，获取待测试设备在预设坐标系下的位置。

Description

一种基于UWB通信的定位电路、定位系统及定位方法

技术领域

本申请属于定位技术领域，尤其涉及一种基于UWB(超宽带)通信的定位电路、基于UWB通信的定位系统及基于UWB通信的定位方法。

背景技术

作为GPS定位的最后一公里，室内无线定位的应用市场随着GPS定位的广泛应用也越来越广阔。目前，定位技术主要有蓝牙RSSI(参考信号强度)定位、蓝牙AOA/AOD(到达角/发射角)定位、WIFI定位、LBS(移动位置服务) 和UWB(超宽带)定位。其中UWB定位以其厘米级精度，位列室内定位精度之首。

现有UWB定位通常采用TOA(到达时间)或者TDOA(到达时间差)方案。其中，TOA至少需要3个基站(每个基站包括一个UWB模组)，TDOA 至少需要4个基站才能实现空间三维坐标定位，这就无形中增加了定位的成本。

因此，现有的空间三维坐标定位技术存在着需要多个基站才能实现，增加了定位成本的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于UWB通信的定位电路、基于UWB通信的定位系统及基于UWB通信的定位方法，旨在解决现有的空间三维坐标定位技术存在着需要多个基站才能实现，增加了定位成本的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种基于UWB通信的定位电路，包括：

射频通信模块，用于发射和接收射频信号，所述射频通信模块包括第一天线单元和多个第二天线单元，多个所述第二天线单元等间距分布于以所述第一天线单元为圆心的圆周上；

第一超宽带模块，与所述第一天线单元连接，用于根据所述第一天线单元接收到的所述射频信号，输出第一超宽带通信信号；

开关切换模块，与多个所述第二天线单元连接，用于根据控制信号依序控制多个所述第二天线单元所在的供电支路进行导通或关断，并当所述供电支路导通时，则根据所述射频信号输出一路驱动信号；

第二超宽带模块，与所述开关切换模块连接，用于根据多个所述第二天线单元对应的供电支路输出的所述驱动信号，对应输出多路第二超宽带通信信号；以及

主控模块，用于生成所述控制信号，并根据所述第一超宽带通信信号和多路所述第二超宽带通信信号，获取待测试设备在预设坐标系下的位置；

其中，所述射频通信模块、所述第一超宽带模块、所述开关切换模块、所述第二超宽带模块以及主控模块封装于一个基站。

在其中的一个实施例中，所述开关切换模块包括单刀8掷开关。

在其中的一个实施例中，所述第一天线单元和多个所述第二天线单元集成于PCB板上。

在其中的一个实施例中，多个所述第二天线单元等间距分布于以所述第一天线单元为圆心，半径为40毫米的圆周上。

在其中的一个实施例中，多个所述第二天线单元包括8个天线单元。

在其中的一个实施例中，所述第一超宽带模块和所述第二超宽带模块均包括超宽带定位芯片。

在其中的一个实施例中，还包括：

网络模块，与所述主控模块连接，所述网络模块用于实现所述主控模块和后台服务器进行数据交互。

在其中的一个实施例中，还包括：

电源模块，与所述主控模块连接，所述电源模块用于对所述主控模块进行供电。

本申请实施例的第二方面提供了一种基于UWB通信的定位系统，包括：

待测试设备；和

基站，与所述待测试设备进行通信连接，所述基站包括如上述所述的定位电路，用于获取所述待测试设备在预设坐标系下的位置。

本申请实施例的第三方面提供了一种基于上述定位电路的定位方法，包括：

采用射频通信模块发射和接收射频信号，所述射频通信模块设有第一天线单元和多个第二天线单元，多个所述第二天线单元等间距分布于以所述第一天线单元为圆心的圆周上；

采用第一超宽带模块根据所述第一天线单元接收到的所述射频信号，输出第一超宽带通信信号；

采用开关切换模块根据控制信号依序控制多个所述第二天线单元所在的供电支路进行导通或关断，并当所述供电支路导通时，则根据所述射频信号输出一路驱动信号；

采用第二超宽带模块根据多个所述第二天线单元对应的供电支路输出的所述驱动信号，对应输出多路第二超宽带通信信号；

采用主控模块生成所述控制信号，并根据所述第一超宽带通信信号和多路所述第二超宽带通信信号，获取待测试设备在预设坐标系下的位置。

上述一种基于UWB通信的定位电路、定位系统及定位方法，包括封装于一个基站的射频通信模块、第一超宽带模块、开关切换模块、第二超宽带模块以及主控模块，其中，射频模块包括第一天线单元和多个第二天线单元，多个第二天线单元等间距分布于以第一天线单元为圆心的圆周上，通过第一超宽带模块根据第一天线单元接收到的射频信号，输出第一超宽带通信信号；开关切换模块根据控制信号依序控制多个第二天线单元所在的供电支路进行导通或关断，并当供电支路导通时，则根据射频信号输出一路驱动信号；接着第二超宽带模块根据多个第二天线单元对应的供电支路输出的驱动信号，对应输出多路第二超宽带通信信号；最后通过主控模块根据第一超宽带通信信号和多路第二超宽带通信信号，获取待测试设备在预设坐标系下的位置。由此通过天线单元的排列方案实现了超宽带单基站定位，优化了定位精度，并且减少了定位模组的数量，从而降低了超宽带模块的面积定位成本；定位电路能够普遍性地适用于各个不同的外界环境中，以实时获取待测试设备的准确位置，实用价值较高，解决了现有的空间三维坐标定位技术存在着需要多个基站才能实现，增加了定位成本的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的基于UWB通信的定位电路的模块结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的基于UWB通信的定位电路的示例电路图；

图3为对应图2中第一天线单元和多个第二天线单元的位置结构示意图；

图4为对应图2中第一天线单元和多个第二天线单元的预设坐标系的设定原理示意图。

图5为本申请一实施例提供的基于UWB通信的定位系统的结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的基于UWB通信的定位方法的具体步骤流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，若需要确定一个物体在坐标系下的具体位置，则需要确认两个参数：距离值和角度值；基于此，本申请实施例中的定位电路通过天线单元的阵列方案能够精确地获取待测试设备在预设参考系下的距离值和角度值，不但减少了待测试设备在定位测量过程中的中间变量，简化了待测试设备的定位测量步骤，同时减少了超宽带模块的数量，实现单基站部署即可覆盖一定范围的空间坐标定位，极大地提高了对于待测试设备的定位测量精度；因此定位电路具有较为广泛的适用范围。

请参阅图1，本申请实施例提供的基于UWB通信的定位电路的模块结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述基于UWB通信的定位电路，包括射频通信模块101、第一超宽带模块102、开关切换模块104、第二超宽带模块103以及主控模块105。射频通信模块101、第一超宽带模块102、开关切换模块104、第二超宽带模块103以及主控模块105封装于一个基站。

射频通信模块101，用于发射和接收射频信号，射频通信模块101包括第一天线单元1011和多个第二天线单元1012，多个第二天线单元1012等间距分布于以第一天线单元1011为圆心的圆周上。

具体地，射频通信模块101具有信号生成功能，通过射频通信模块101能够实现射频通信功能，并且根据射频信号可改变电子元器件的运行状态，以启动定位电路对于待测试设备的定位测量功能，射频通信模块101具有较高的通信效率和通信精确性，提高了定位电路的定位控制效率，进而通过射频信号能够操控待测试设备的定位测量步骤，控制步骤较为简化。

第一超宽带模块102，与第一天线单元1011连接，用于根据第一天线单元 1011接收到的射频信号，输出第一超宽带通信信号。

开关切换模块104，与多个第二天线单元1012连接，用于根据控制信号依序控制多个第二天线单元1012所在的供电支路进行导通或关断，并当供电支路导通时，则根据射频信号输出一路驱动信号。

其中，控制信号具有通断控制功能，进而通过控制信号能够实时地改变开关切换模块104的内部多条供电支路的导通或者关断状态，开关切换模块104 能够根据射频信号输出多路驱动信号，基于驱动信号可实现超宽带通信功能。因此，本实施例中的开关切换模块104同时接入控制信号和射频信号，通过控制信号实时地操控多条供电支路进行导通，当每一条供电支路导通时，供电支路实现电能传输功能，以输出驱动信号；通过结合多条供电支路能够同步输出多路驱动信号，以实现对于待测试设备的定位测试功能。开关切换模块104具有较高的控制精度和控制效率，利用开关切换模块104的供电支路的导通状态或者关断状态，以实现待测试设备的定位驱动功能，进一步简化了待测试设备的定位控制步骤，提高了对于待测试设备的定位控制效率，有利于提高定位电路的适用范围。

第二超宽带模块103，与开关切换模块104连接，用于根据多个第二天线单元1012对应的供电支路输出的驱动信号，对应输出多路第二超宽带通信信号。

具体地，上述第一超宽带模块102和第二超宽带模块103均采用无线载波通信技术，其不是采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很大；尽管使用无线通信，但其数据传输速率可以达到几百兆比特每秒以上，使用超宽带技术可在非常宽的带宽上传输信号。由于 UWB技术具有数据传输速率高(达1Gbit/s)、抗多径干扰能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、截获率低、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点，因此，在该方案中可实现定位更为精准的效果。

主控模块105，用于生成控制信号，并所述第一超宽带通信信号和多路所述第二超宽带通信信号，获取待测试设备在预设坐标系下的位置。

具体的，预设坐标系为预先设定的参考坐标系，通过参考坐标系能够更加便捷地描述每一个物体的实际位置，以便于对于待测试设备进行更加科学、合理的定位测量功能；射频通信模块101中的每一个天线单元在参考坐标系下位于特定的坐标，那么待测试设备与多个天线单元之间保持特定的相对位置关系，进而多个天线单元能够更加全方位地与待测试设备保持无线通信，以实现对于待测试设备的精确测量，定位电路具有较高的通信兼容性和稳定性；其中，多个第二天线单元1012所在的供电支路均与开关切换模块104连接，当一条供电支路进行导通时，则对应的第二天线单元1012能够实时地输出驱动信号，通过驱动信号能够调节第二超宽带模块103的通信状态，以使得第二超宽带模块103 发出一路超宽带通信信号，第二天线单元1012具有较高的通信兼容性和稳定性，进而位于预设坐标系中多个第二天线单元1012输出的多路驱动信号，与待测试设备保持实时的无线通信功能，第二超宽带模块103具有更高的通信控制精度和操作简便性，根据第二超宽带模块103发出的多路超宽带通信信号能够实现对于待测试设备的精确定位功能，操作简便。

并且，主控模块105具备位置分析和采集的功能，主控模块105与第一超宽带模块102和第二超宽带模块103连接，主控模块105能够根据待测试设备发射的超宽带通信信号确定待测试设备在预设坐标系的具体位置；示例性的，由于预先获知每个天线单元在预设坐标系的具体位置，进而当天线单元接收到发出待测试设备的超宽带通信信号时，根据超宽带通信信号在空气中直线传播的速度，结合主控模块105接收到多路超宽带通信信号的时间，则可得到待测试设备在预设坐标系的距离值，进而获取待测试设备与坐标原点的相对距离，根据相对距离可确定待测试设备的距离分布规律；示例性的，由于待测试设备相对于每一个天线单元具有特定的方位，并且待测试设备相对于多个天线单元具有不同的直线距离，因此当所有的天线单元分别将超宽带通信信号输出至待测试设备时，由于相对距离存在差异，那么不同的超宽带通信信号在大气中传输的时间不相同，待测试设备接收到的超宽带通信信号的相位也不相同，因此对于天线单元进行相位补偿后，可根据主控模块105接收到多路超宽带通信信号之间的相位差精确地确定待测试设备在预设坐标系中的角度值，因此根据主控模块105接收到的超宽带通信信号的相位差可得到角度值，无需对于待测试设备在预设坐标系下的角度值进行测量，节省了中间变量，保障了对于待测试设备在预设坐标系下的角度测量精度和角度测量效率，实用价值极高。

示例性的，若待测试是设备接收到两路超宽带通信信号，其中第一路超宽带通信信号超前第二路超宽带通信信号的相位为180度，并且第一个天线单元接收第一路超宽带通信信号，第二个天线单元接收第二路超宽带通信信号，由于第一个天线单元和第二个天线单元之间的通信差异，经过校准补偿后，第一个天线单元的相位补偿值为+30度，第二个天线单元的相位补偿值为-30度，那么对于第一路超宽带通信信号和第二路超宽带通信信号分别进行相位补偿后，则相位补偿后的第一路超宽带通信信号相对于相位补偿后的第二路超宽带通信信号的实际超前相位120度；因此本实施例根据待测试设备接收到至少两路超宽带通信信号经过相位补偿后得到的相位差(120度)，可精确地得到待测试设备在预设坐标系的实际角度值和实际距离值，避免了多个天线单元之间的通信误差引起待测试设备的空间定位误差，极大地提高了对于定位电路对于待测试设备的定位测量精度和效率。

示例性的，主控模块105还根据用户的按键信息生成控制信号，通过控制信号能够改变定位电路的超宽带通信状态，控制简便，以使得定位电路根据用户的实际定位需求对于待测试设备进行定位，给用户带来良好的使用体验；因此本实施例通过主控模块105能够改变开关切换模块102内部供电支路的导通或者关断状态，以使得多条供电支路能够实时地输出多路驱动信号，定位电路启动对于待测试设备的定位测试过程，保障了定位电路的通信控制安全性和稳定性，定位电路能够适用于各个不同的通信环境，以实现对于待测试设备的快速定位功能。

由于天线阵列、UWB模组以及基站核心板都封装在一个基站里，单基站部署即可覆盖一定范围的空间坐标定位。

需要说明的是，本文中的“待测试设备”为本领域中各种物体，对此本文不做限定；比如“待测试设备”为移动终端等。

作为一种可选的实施方式，上述定位电路还包括网络模块107，与主控模块105连接，网络模块107用于实现主控模块105和后台服务器108进行数据交互。

作为一种可选的实施方式，上述定位电路还包括电源模块106，与主控模块105连接，电源模块106用于对主控模块105进行供电。

示例性，图2示出了本申请一实施例提供的基于UWB通信的定位电路的示例电路，请参阅图2，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为一种可选的实施方式，上述开关切换模块104包括单刀8掷开关。单刀8掷开关具有多个的信号输出端，进而根据控制信号选择导通单刀8掷开关中的其中多个输出端，则可形成多条供电支路，并发出多路驱动信号，以实现对于待测试设备的定位控制功能，因此本实施例中的开关切换模块104具有较高的开关控制精度和开关控制效率，保障了定位测试过程中的控制响应精度。

其中，单刀8掷开关,的切换时间小于2微秒；进而开关切换模块104根据控制信号可快速地导通不同的供电支路，以实现驱动信号的输出功能，结合单刀8掷开关能够对于待测试设备的定位测试过程进行精确、实时的操作，极大地提高了定位电路的定位控制效率，满足了用户的定位控制时间需求；因此本实施例中的开关切换模块104具有较为兼容和简化的电路结构，实现对于待测试设备的精确定位测试功能，控制响应速度较高。

示例性的，每个天线单元包括全向天线，其中全向天线能够向周围的所有方位进行均匀辐射，以保持天线单元的超宽带通信的稳定性和兼容性；因此本实施例中的天线单元具有较高的通信兼容性和通信稳定性，以实现对于待测试设备的精确定位功能，定位电路具有更高的通信稳定性和信号传输精确性，实用价值极高。

作为一种可选的实施方式，每个天线单元由导线绕制而成，进而当天线单元输出驱动信号时，则天线单元可实现无线信号收发功能，保障了天线单元的超宽带通信效率，简化了第一超宽带模块102和第二超宽带模块103的制造成本和应用成本。

作为一种可选的实施方式，上述第一天线单元1011和多个第二天线单元 1012集成于PCB板上。

其中天线单元具有超宽带通信功能，进而通过天线单元能够向待测试设备发出相应的超宽带通信信号，以实现无线定位功能，通信兼容性较高；因此本实施例将一个天线单元集成设置于一个PCB板上，则保障了定位电路的内部电子元器件的集成性和控制简便性；则通过PCB板能够稳定地发出超宽带通信信号，保障了待测试设备的定位控制效率；同时，通过PCB板能够发出多路超宽带通信信号，以实现待测试设备的定位功能，极大地提高了超宽带通信的效率和超宽带通信精度，并且降低了定位电路的空间占用体积，给用户带来了更佳的使用体验，降低了定位电路的制造成本和应用成本。

作为一种可选的实施方式，多个第二天线单元1012等间距分布于以第一天线单元1011为圆心，半径为40毫米的圆周上。并且，多个第二天线单元1012 包括8个天线单元，相邻两个天线单元与圆心构成的夹角为45°。

示例性的，如图3所示，第一天线单元(图3采用ANT0表示)位于圆心位置，多个第二天线单元(图3采用ANT1、ANT2、ANT3、ANT4、ANT5、 ANT6、ANT7以及ANT8表示)的中心在半径R＝40mm的圆上(仅作为一种优化值，实际可以因基站设计尺寸而作调整)，相邻天线的与圆心构成的夹角为45°。天线实际尺寸受PCB板影响较大，板厚2mm，FR-4基材，铜厚0.035mm 时直径约为11.05mm，内部菱形边长4.78mm。

此外，天线相位校准时，可以把Beacon放到ANT0正上方固定高处H处，则：

因此，将φ1～8补偿到φ0+△φ处即可，本实施例对于天线单元的相位补偿值的检测步骤较为简便，根据每个天线单元的相位补偿值能够对于每个天线单元接收的超宽带通信信号进行相位补偿，以使得所有的天线单元都能够在一致的通信环境下与待测试设备进行超宽带通信，提高了对于待测试设备的定位测试精度和效率；适用范围较广。

其次，在该实施例中，采用采用PDOA(到达相位差)和TOA(到达时间)结合的算法：

如图4的天线阵列所示，通过一个具体的实例来说明定位电路的工作步骤，具体如下：为简化计算把坐标原点建在圆心A0处，半径记为R，假设信号源在上方球体H(x,y,z)点，已知H点到A1,A2,A8点的距离和到A0点距离之差为定值:

HA0＝ct0

由此可以得出两组双曲面方程：

式中i＝1,2问题转化成解双曲线方程，解法如下：

设Ai(xi,yi,0),i＝0,1,2,则：

(1)式平方，有：

HA_i ²＝(x-x_i)²+(y-y_i)²+z²＝x_i ²+y_i ²-2x_ix-2y_iy+x²+y²+z² (2)

由HAi,0＝HAi-HA0知：

HA_i ²＝(HA_i,0+HA₀)² (3)

(3)式带入(2)式有：

HA_i,0 ²+HA₀ ²+2HA_i,0HA₀＝x_i ²+y_i ²-2x_ix-2y_iy+x²+y²+z² (4)

(2)式i＝0时，有：

HA₀ ²＝x₀ ²+y₀ ²-2x₀x-2y₀y+x²+y²+z²＝x²+y²+z² (5)

(4)式-(5)式，有：

HA_i,0 ²+2HA_i,0HA₀＝x_i ²+y_i ²-2x_ix-2y_iy (6)

为使方程简化，设HA_1，0,HA_2，0＝a,b,HA0＝ct0(均为已知量)

分别将i＝1,2时的坐标(xi,yi,0)带入(6)式：

a²+2act₀＝R²-2Ry (7)

有：

把y带入(8)式，有：

把x，y，l带入(5)式有：

至此x,y,z求解完毕。

其他天线组的求解与此类似，也可以直接通过坐标旋转变换，采用上述算法依次求解出ANT0,1,2三天线组、ANT0,3,4三天线组、ANT0,5,6三天线组、 ANT0,7,8三天线组计算出的坐标，分别记为(xi,yi,zi),i＝1,2,3,4,则最终坐标可直接取平均值：

根据上述实例可以得到，本实施例中的定位电路在无需直接检测待测试设备在预设坐标系下的角度值的基础上，仍然可精确地得到待测试设备在预设坐标系下的精确坐标，极大地简化了待测试设备的定位测试步骤，降低了定位测试成本；并且无需采用多个基站实现空间三维坐标定位，其只需单基站部署即可覆盖一定范围的空间坐标定位。

作为一种可选的实施方式，上述第一超宽带模块102和第二超宽带模块103 均均包括超宽带定位芯片(图2采用UWB定位芯片表示)。

作为一种可选的实施方式，上述主控模块105包括单片机芯片，示例性的，单片机芯片为STM32系列单片机芯片；进而本实施例利用单片机芯片对于待测试设备发射的超宽带通信信号能够精确地获取待测试设备在预设坐标系的实际坐标，定位测试的步骤较为简化，定位的精度较高，有效地降低了定位电路对于待测试设备的定位控制成本。

作为一种可选的实施方式，上述电源模块106包括具备预设电压值的直流电源。

作为一种可选的实施方式，上述网络模块107包括网络信号变压器，并通过RJ45网口与后台服务器108对接，以实现信号交互的效果。

图5示出了本实施例提供的基于UWB通信的定位系统的结构示意图，请参阅图5，定位系统30包括待测试设备20和基站10，基站10与待测试设备 20实现超宽带通信，通过基站10能够精确地得到待测试设备20的具体位置。

请参照上述图1至图5的具体实施方式，通过基站能够发出超宽带通信信号，并且根据待测试设备20接收到的超宽带通信信号精确地获取待测试设备20在预设坐标系下的距离值和角度值，以实现对于待测试设备20的精确定位功能；由于基站在对于待测试设备20进行定位的过程中，根据超宽带通信信号在基站内部的传输差异进行相位补偿，以避免了基站10的通信系统误差引起待测试设备20的定位误差，极大地保障了定位系统30的定位精度；并且基站10 根据待测试设备20接收到超宽带通信信号的相位差，以及经过相位补偿后，可得到待测试设备20的在预设坐标系中的角度值和距离值；本实施例中的定位系统30设置多个天线单元的阵列排布，并且只需两个UWB模组即可实现，进一步降低了待测试设备20的定位测试成本，简化了定位控制步骤，定位系统30 具有更高的适用范围和实用价值；从而有效地解决了现有的空间三维坐标定位技术存在着需要多个基站才能实现，增加了定位成本的问题。

由于基站在不同外界环境中具有相应的超宽带通信性能；因此本实施例通过将多个天线单元按照预先设定的排布方式进行定位测试，进而位于不同地理区域的多个天线单元能够对于待测试设备20实现全方位的定位测试，防止出现基站定位误差，减少了外界环境中的通信反射误差对于待测试设备20的定位测试过程造成干扰，提高了定位系统30的定位测试精度和兼容性；从而本实施例将基站10部署在地图环境，并且按照预先推荐的部署位置实现对于多个天线单元的位置排布设计，有效地覆盖了外界环境中所有的坐标点，当待测试设备20 位于任何类型的外界环境，通过对于多个天线单元的位置进行科学的排布，以实现对于待测试设备20的精确定位，避免了待测试设备位于边缘坐标区域而出现的检测误差的问题；同时通过对于多个天线单元进行规律排布设计，能够提高对于预设外界区域的空间利用率，进而可在保障对于待测试设备20的定位测试精度的基础之上，减少基站在外界环境中的布局数量，降低了定位系统30 的定位误差和定位控制成本；本实施例中的定位系统30能够实现对于待测试设备20的高效定位功能，以满足用户的定位测试需求。

图6示出了本实施例提供的基于UWB通信的定位方法的具体步骤流程，通过定位方法能够对于待测试设备进行精确、高效的定位，操作简便，清参阅图6，基于UWB通信的定位方法具体包括：

S1001：采用射频通信模块发射和接收射频信号，射频通信模块设有第一天线单元和多个第二天线单元，多个第二天线单元等间距分布于以第一天线单元为圆心的圆周上；

S1002：采用第一超宽带模块根据第一天线单元接收到的射频信号，输出第一超宽带通信信号；

S1003：采用开关切换模块根据控制信号依序控制多个第二天线单元所在的供电支路进行导通或关断，并当供电支路导通时，则根据射频信号输出一路驱动信号；

其中每一条供电支路用于输出一路驱动信号，那么多条供电支路在控制信号的驱动下输出多路驱动信号，经过对于多路驱动信号的信号形式转换后得到多路超宽带通信信号，根据多路超宽带通信信号能够实现超宽带通信功能，进而将多路超宽带通信信号输出至待测试设备，由于每一路超宽带通信信号具有特定的超宽带通信方式，因此根据待测试设备接收到的多路超宽带通信信号实现对于待测试设备的实时定位功能，保障了定位测试精度。

S1004：采用第二超宽带模块根据多个第二天线单元对应的供电支路输出的驱动信号，对应输出多路第二超宽带通信信号；

S1005：采用主控模块生成控制信号，并根据第一超宽带通信信号和多路第二超宽带通信信号，获取待测试设备在预设坐标系下的位置。

当根据驱动信号发出超宽带通信信号时，由于信号的转换和信号的传输过程存在一定的延时或者误差，这将导致多路超宽带通信信号的传输无法保持一致，这种多路超宽带通信信号的通信传输误差将会影响待测试设备的定位精度和定位效率；因此本实施通过对于每一路超宽带通信信号进行相位补偿后，排除通信传输误差对于定位测试过程所造成的干扰，根据待测试设备接收到多路超宽带通信信号之间的相位差直接得到待测试设备在预设坐标系下的实际位置，并且根据多路超宽带通信信号求其平均值，获取待测试设备的位置。

需要说明的是，图6中的定位方法与图1中的定位电路相对应，因此关于图6中定位方法的具体步骤的实施方式可参照图1至图5的实施例，此处不再详细赘述。

上述一种基于UWB通信的定位电路、定位系统及定位方法的优点体现在以下几点：

1.双UWB模组即可实现三维定位，降低了整个方案成本；

2.单基站定位降低了网络布局施工难度，缩短施工周期；

3.多组天线定位可以取多组数据计算平均值，提高坐标精度；

4.PCB天线阵列设计制造简单，一致性高，安装可靠。

综上所述，本申请实施例中的一种基于UWB通信的定位电路、定位系统及定位方法，包括封装于一个基站的射频通信模块、第一超宽带模块、开关切换模块、第二超宽带模块以及主控模块，其中，射频模块包括第一天线单元和多个第二天线单元，多个第二天线单元等间距分布于以第一天线单元为圆心的圆周上，通过第一超宽带模块根据第一天线单元接收到的射频信号，输出第一超宽带通信信号；开关切换模块根据控制信号依序控制多个第二天线单元所在的供电支路进行导通或关断，并当供电支路导通时，则根据射频信号输出一路驱动信号；接着第二超宽带模块根据多个第二天线单元对应的供电支路输出的驱动信号，对应输出多路第二超宽带通信信号；最后通过主控模块根据第一超宽带通信信号和多路第二超宽带通信信号，获取待测试设备在预设坐标系下的位置。由此通过天线单元的排列方案实现了超宽带单基站定位，优化了定位精度，并且减少了定位模组的数量，从而降低了超宽带模块的面积定位成本；定位电路能够普遍性地适用于各个不同的外界环境中，以实时获取待测试设备的准确位置，实用价值较高，解决了现有的空间三维坐标定位技术存在着需要多个基站才能实现，增加了定位成本的问题。

在本文对各种器件、电路、装置、系统和/或方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

在整个说明书中对“各种实施方式”、“在实施方式中”、“一个实施方式”或“实施方式”等的引用意为关于实施方式所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”等在整个说明书中的适当地方的出现并不一定都指同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何适当的方式组合。因此，关于一个实施方式示出或描述的特定特征、结构或特性可全部或部分地与一个或多个其它实施方式的特征、结构或特性进行组合，而没有假定这样的组合不是不合逻辑的或无功能的限制。任何方向参考(例如，加上、减去、上部、下部、向上、向下、左边、右边、向左、向右、顶部、底部、在…之上、在…之下、垂直、水平、顺时针和逆时针)用于识别目的以帮助读者理解本公开内容，且并不产生限制，特别是关于实施方式的位置、定向或使用。

虽然上面以某个详细程度描述了某些实施方式，但是本领域中的技术人员可对所公开的实施方式做出很多变更而不偏离本公开的范围。连接参考(例如，附接、耦合、连接等)应被广泛地解释，并可包括在元件的连接之间的中间构件和在元件之间的相对运动。因此，连接参考并不一定暗示两个元件直接连接/ 耦合且彼此处于固定关系中。“例如”在整个说明书中的使用应被广泛地解释并用于提供本公开的实施方式的非限制性例子，且本公开不限于这样的例子。意图是包含在上述描述中或在附图中示出的所有事务应被解释为仅仅是例证性的而不是限制性的。可做出在细节或结构上的变化而不偏离本公开。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于UWB通信的定位电路，其特征在于，包括：

射频通信模块，用于发射和接收射频信号，所述射频通信模块包括第一天线单元和多个第二天线单元，多个所述第二天线单元等间距分布于以所述第一天线单元为圆心的圆周上；

第一超宽带模块，与所述第一天线单元连接，用于根据所述第一天线单元接收到的所述射频信号，输出第一超宽带通信信号；

开关切换模块，与多个所述第二天线单元连接，用于根据控制信号依序控制多个所述第二天线单元所在的供电支路进行导通或关断，并当所述供电支路导通时，则根据所述射频信号输出一路驱动信号；

第二超宽带模块，与所述开关切换模块连接，用于根据多个所述第二天线单元对应的供电支路输出的所述驱动信号，对应输出多路第二超宽带通信信号；以及

主控模块，用于生成所述控制信号，并根据所述第一超宽带通信信号和多路所述第二超宽带通信信号，获取待测试设备在预设坐标系下的位置；

其中，所述射频通信模块、所述第一超宽带模块、所述开关切换模块、所述第二超宽带模块以及主控模块封装于一个基站。

2.根据权利要求1所述的定位电路，其特征在于，所述开关切换模块包括单刀8掷开关。

3.根据权利要求1所述的定位电路，其特征在于，所述第一天线单元和多个所述第二天线单元集成于PCB板上。

4.根据权利要求3所述的定位电路，其特征在于，多个所述第二天线单元等间距分布于以所述第一天线单元为圆心，半径为40毫米的圆周上。

5.根据权利要求4所述的定位电路，其特征在于，多个所述第二天线单元包括8个天线单元。

6.根据权利要求1所述的定位电路，其特征在于，所述第一超宽带模块和所述第二超宽带模块均包括超宽带定位芯片。

7.根据权利要求6所述的定位电路，其特征在于，还包括：

网络模块，与所述主控模块连接，所述网络模块用于实现所述主控模块和后台服务器进行数据交互。

8.根据权利要求1所述的定位电路，其特征在于，还包括：

电源模块，与所述主控模块连接，所述电源模块用于对所述主控模块进行供电。

9.一种基于UWB通信的定位系统，其特征在于，包括：

待测试设备；和

基站，与所述待测试设备进行通信连接，所述基站包括如权利要求1-8任一项所述的定位电路，用于获取所述待测试设备在预设坐标系下的位置。

10.一种基于如权利要求1所述的定位电路的定位方法，其特征在于，包括：

采用射频通信模块发射和接收射频信号，所述射频通信模块设有第一天线单元和多个第二天线单元，多个所述第二天线单元等间距分布于以所述第一天线单元为圆心的圆周上；

采用第一超宽带模块根据所述第一天线单元接收到的所述射频信号，输出第一超宽带通信信号；

采用开关切换模块根据控制信号依序控制多个所述第二天线单元所在的供电支路进行导通或关断，并当所述供电支路导通时，则根据所述射频信号输出一路驱动信号；

采用第二超宽带模块根据多个所述第二天线单元对应的供电支路输出的所述驱动信号，对应输出多路第二超宽带通信信号；

采用主控模块生成所述控制信号，并根据所述第一超宽带通信信号和多路所述第二超宽带通信信号，获取待测试设备在预设坐标系下的位置。

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