CN110958687B - 基于wusb实现高精度定位的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于WUSB实现高精度定位的方法和系统，所述包括以下步骤：定位基站通过WUSB播发定位导航信号并完成定位基站时间同步，所述定位基站包括一个主站和至少三个从站，从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步；移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；移动终端通过独立定位方式向定位服务器发送定位结果；或者移动终端通过辅助定位方式向定位服务器发送测量结果，定位服务器解算出定位结果并返回给移动终端。本发明将扩展后WUSB技术集成到WI‑FI AP或移动通信基站上以及消费及移动终端中，使WI‑FI AP和无线通信基站具备厘米级和亚米级定位能力，使基于UWB定位技术更容易部署和推广。

Description

基于WUSB实现高精度定位的方法及系统
技术领域
本发明涉及高精度定位技术领域，具体涉及一种基于WUSB实现高精度定位的方法及系统。
背景技术
UWB(Ultra-Wide Band，超宽带)信号是带宽大于500MHz或基带带宽和载波频率的比值大于0.2的脉冲信号(UWBWG，2001)，具有很宽的频带范围，UWB的频带从3.1GHz～10.6GHz，信号的发射功率在-41dBm以下
WUSB(Wireless USB，无线通用串行总线)的无线传输技术是基于WiMedia联盟(WiMedia Alliance)的UWB的无线广播技术。它能在3米范围内以480Mb/s作传输，并能在10米范围内以110Mb/s作传输
基于UWB的技术当前有两个方向：
1)UWB定位导航，使用独立的定位网络，提供高精度定位，通常可达到10CM的定位精度，覆盖半径可达300m。但定位网络没有数据通讯能力，专网专用。定位基站或终端与定位服务器之间的数据通讯需借助与Wi-Fi或其他网络。
2)WUSB数据通讯：在0到300m的范围内提供100Mbps到1Gbps的无线数据通讯通道。只用作数据通讯，无定为能力。
基于UWB的定位技术可实现厘米级定位，但是当前的基于UWB定位方案都需要部署独立的基站和定位标签，专网专用，系统兼容性和扩展性都比较差，且系统基本不具备数据通信能力。
当前基于UWB技术定位方案架构如图1所示，具体如下：
1)定位流程(定位标签辅助定位)
各UWB定位基站通过网线连接到同步控制器进行时间同步；
UWB定位标签发射定位脉冲信号；
至少4个UWB基站接收并测量UWB定位标签信号，并将测量结果上报定位服务器；
定位服务器结合4个站上报的测量结果，解算出定位标签的位置信息；
定位服务器将解算得到的定位标签的位置信息推送给定位标签或者上送给其它应用
2)定位流程(定位标签独立定位)
各UWB定位基站通过网线连接到同步控制器进行时间同步；
各UWB基站广播定位导航信号；
定位标签接收至少4个定位基站的导航信号并测量；
定位标签根据测量结果，独立完成位置解算；
定位标签将解算结果上送到上层应用。
当前基于UWB定位技术存在以下问题：
1)专网专用，独立建网
当前基于UWB技术的定位方案，需要独立部署UWB基站，组成一个定位专网；UWB定位基站只为UWB定位标签提供定位服务，UWB定位标签无法通过UWB定位基站进行数据通信。这将大大增基于UWB技术定位方案的部署成本，不利于普及和推广
2)独立的有线同步网络，网络扩展性差
当前基于UWB技术的定位方案需要各定位基站通过网线连接到时间同步控制器进行时间同步，增加了部署复杂度，方案扩展性差。
3)定位标签兼容性差
当前基于UWB的定位方案，需采用特定的定位标签作为定位终端，实现最终的定位，该定位标签只支持UWB定位，兼容性差，体积也比较大，用户使用基于UWB定位技术时，需购买独立的标签，增加了使用成本。
发明内容
本发明旨在扩展WUSB技术的数据报文类型及通讯流程，使WUSB可以播发导航定位信号，从而使WUSB技术具备导航定位能力，融合定位和通讯，并将扩展后WUSB技术集成到WI-FI AP(Access Point，访问节点)或移动通信基站上以及消费及移动终端中，以提升传统无线定位技术的精度，使信号覆盖区域定位精度达到厘米级。
本发明将WUSB集成到WI-FI或移动基站中提供UWB定位基站的功能；在移动用户终端中集成WUSB接收导航信号，实现高精度定位。采用WUSB技术，系统集成度高，兼容性好，易扩展，并且WUSB具备很强的短距离数据通信能力。
综上所述，本发明解决了传统无线定位技术定位精度不高的问题以及当前基于UWB定位技术扩展性差，且无数据通信能力的问题，是一种通信，导航一体化解决方案。本发明采用的技术方案如下：
一种基于WUSB实现高精度定位的方法，包括以下步骤：
定位基站通过WUSB播发定位导航信号并完成定位基站时间同步，所述定位基站包括一个主站和至少三个从站，从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步；
移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；
移动终端通过独立定位方式向定位服务器发送定位结果；或者移动终端通过辅助定位方式向定位服务器发送测量结果，定位服务器解算出定位结果并返回给移动终端。
进一步地，所述定位基站为集成WUSB的移动基站或者WI-FI AP。
进一步地，所述移动终端集成WUSB，通常为手机等其他当前通信用移动终端。
进一步地，所述移动终端可以通过WUSB接入基站与定位服务器进行通信。
进一步地，移动终端独立定位具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号，并结算出定位结果；
移动终端将解算的定位结果返回给定位服务器。
进一步地，移动终端辅助定位包括移动终端辅助定位网络侧发起方法，具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；
移动终端将测量结果发送给定位服务器；
定位服务器根据测量结果，解算出移动终端位置，并将定位结果返回给移动终端。
进一步地，移动终端辅助定位还包括移动终端辅助定位用户侧发起方法，具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
移动终端向定位服务器发起定位请求；
定位服务器确认定位请求并返回给移动终端；
移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号，并将测量结果发送给定位服务器；
定位服务器根据测量结果，解算出移动终端位置，并将定位结果返回给移动终端。
本发明还提供了一种基于WUSB实现高精度定位的系统，包括定位基站、移动终端和定位服务器，所述定位基站包括一个主站和至少三个从站，通过WUSB播发定位导航信号并完成定位基站时间同步；移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；移动终端通过独立定位方式向定位服务器发送定位结果；或者移动终端通过辅助定位方式向定位服务器发送测量结果，定位服务器解算出定位结果并返回给移动终端。
进一步地，所述从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步。
进一步地，所述系统采用TDOA定位算法。
本发明还提供了一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序执行如下步骤：
定位基站通过WUSB播发定位导航信号并完成定位基站时间同步，所述定位基站包括一个主站和至少三个从站，从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步；
移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；
移动终端通过独立定位方式向定位服务器发送定位结果；或者移动终端通过辅助定位方式向定位服务器发送测量结果，定位服务器解算出定位结果并返回给移动终端。
本发明的有益效果如下：
1)本发明将WUSB技术扩展后，集成到WI-FI的AP上或无线移动通信基站中以及移动终端中，使WI-FI的AP或移动通信基站兼具WUSB定位信标(beacon)的功能，获得厘米级或亚米级定位能力，同时不影响WI-FI和移动通信基站的数据通信能力；同时移动终端可以采用WUSB技术实现高性能短距数据通讯能力
2)本发明为WUSB增加一个小格式的同步帧类型，并增加基于WUSB的同步机制，通过无线实现各定位基站的时间同步。
3)本发明基于WUSB技术进行定位，WUSB是一种很成熟的技术标准，可以像蓝牙一样很容易的集成到各种移动终端中，并且集成WUSB的终端也可利用WUSB进行短距高速数据传输。
附图说明
图1为现有技术原理图；
图2为本发明基于WUSB定位技术网络架构图；
图3为本发明终端独立定位流程图；
图4为本发明终端辅助定位网络侧发起流程图；
图5为本发明终端辅助定位用户侧发起流程图。
具体实施方式
本发明旨在扩展WUSB技术的数据报文类型及通讯流程，使WUSB可以播发导航定位信号，从而使WUSB技术具备导航定位能力，融合定位和通讯，并将扩展后WUSB技术集成到WI-FI AP或移动通信基站上以及消费及移动终端中，对WUSB进行时间同步增强，使WI-FIAP和无线通信基站具备厘米级和亚米级定位能力，使基于UWB定位技术更容易部署和推广。下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
实施例一：
本发明提供了一种基于WUSB实现高精度定位的方法，图2是本发明基于WUSB定位技术网络架构图，具体如下：
1)基于TDOA定位算法；
2)通信基站或WI-FI AP中集成扩展WUSB作为定位基站(beacon)，通过WUSB播发定位导航信号并完成基站间时间同步；
3)定义一个WUSB时间同步帧或在帧头中定义用于时间同步的字段，时间同步设定同步主站，从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步；
4)移动终端中集成WUSB技术，同时支持定位和短距数据通信；
5)支持终端独立定位和终端辅助定位。
其中，终端独立定位流程如图3所示，具体步骤如下：
1)定位基站连续广播定位信号；
2)定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少4个不同位置定位基站的定位信号并计算位置；
3)定位终端将解算的位置信息返回给定位服务器。
终端辅助定位包括终端辅助定位网络侧发起和终端辅助定位用户侧发起，其中终端辅助定位网络侧发起流程如图4所示，具体步骤如下：
1)定位基站连续广播定位信号；
2)定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少4个不同位置定位基站的定位信号；
3)移动终端将测量结果发送给定位服务器；
4)定位服务器根据终端测量结果，解算出移动终端位置，并将结果返回给终端。
终端辅助定位用户侧发起流程如图5所示，具体步骤如下：
1)定位基站连续广播定位信号；
2)移动终端向定位服务器发起定位请求；
3)定位服务器确定定位请求；
4)移动终端测量至少4个不同位置定位基站的定位信号，将测量结果发送给定位服务器；
5)定位服务器根据终端测量结果，解算出移动终端位置，并将结果返回给终端。
实施例二：
本发明还提供了一种基于WUSB实现高精度定位的系统，所述系统包括定位基站、移动终端和定位服务器，所述定位基站包括一个主站和至少三个从站，通过WUSB播发定位导航信号并完成定位基站时间同步；移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；移动终端通过独立定位方式向定位服务器发送定位结果；或者移动终端通过辅助定位方式向定位服务器发送测量结果，定位服务器解算出定位结果并返回给移动终端。
优选地，所述从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步。
优选地，所述系统采用TDOA定位算法。
实施例三：
本发明还提供了一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行如下步骤：
定位基站通过WUSB播发定位导航信号并完成定位基站时间同步，所述定位基站包括一个主站和至少三个从站，从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步；
移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；
移动终端通过独立定位方式向定位服务器发送定位结果；或者移动终端通过辅助定位方式向定位服务器发送测量结果，定位服务器解算出定位结果并返回给移动终端。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于WUSB实现高精度定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
定位基站通过WUSB播发定位导航信号并完成定位基站时间同步，所述定位基站包括一个主站和至少三个从站，从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步；
移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；
移动终端通过独立定位方式向定位服务器发送定位结果；或者移动终端通过辅助定位方式向定位服务器发送测量结果，定位服务器解算出定位结果并返回给移动终端；
所述定位基站为集成WUSB的移动基站或者WI-FIAP；
所述移动终端集成WUSB；
所述的移动终端独立定位具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号，并结算出定位结果；
移动终端将解算的定位结果返回给定位服务器；
所述的移动终端辅助定位包括移动终端辅助定位网络侧发起方法，具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；
移动终端将测量结果发送给定位服务器；
定位服务器根据测量结果，解算出移动终端位置，并将定位结果返回给移动终端。
2.如权利要求1所述的一种基于WUSB实现高精度定位的方法，其特征在于，所述移动终端通过网络与定位服务器进行通信。
3.如权利要求1所述的一种基于WUSB实现高精度定位的方法，其特征在于，移动终端辅助定位还包括移动终端辅助定位用户侧发起方法，具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
移动终端向定位服务器发起定位请求；
定位服务器确认定位请求并返回给移动终端；
移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号，并将测量结果发送给定位服务器；
定位服务器根据测量结果，解算出移动终端位置，并将定位结果返回给移动终端。
4.一种基于WUSB实现高精度定位的系统，其特征在于，所述系统包括定位基站、移动终端和定位服务器，所述定位基站包括一个主站和至少三个从站，定位基站通过WUSB播发定位导航信号并完成定位基站时间同步；移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；移动终端通过独立定位方式向定位服务器发送定位结果；或者移动终端通过辅助定位方式向定位服务器发送测量结果，定位服务器解算出定位结果并返回给移动终端；
所述定位基站为集成WUSB的移动基站或者WI-FIAP；
所述移动终端集成WUSB；
所述的移动终端独立定位具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号，并结算出定位结果；
移动终端将解算的定位结果返回给定位服务器；
所述的移动终端辅助定位包括移动终端辅助定位网络侧发起方法，具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；
移动终端将测量结果发送给定位服务器；
定位服务器根据测量结果，解算出移动终端位置，并将定位结果返回给移动终端。
5.如权利要求4所述的一种基于WUSB实现高精度定位的系统，其特征在于，所述从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步。
6.如权利要求5所述的一种基于WUSB实现高精度定位的系统，其特征在于，所述系统采用TDOA定位算法。
7.一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序执行如下步骤：
定位基站通过WUSB播发定位导航信号并完成定位基站时间同步，所述定位基站包括一个主站和至少三个从站，从站通过WUSB无线方式实现与主站时间同步；
移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；
移动终端通过独立定位方式向定位服务器发送定位结果；或者移动终端通过辅助定位方式向定位服务器发送测量结果，定位服务器解算出定位结果并返回给移动终端；
所述定位基站为集成WUSB的移动基站或者WI-FIAP；
所述移动终端集成WUSB；
所述的移动终端独立定位具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号，并结算出定位结果；
移动终端将解算的定位结果返回给定位服务器；
所述的移动终端辅助定位包括移动终端辅助定位网络侧发起方法，具体包括以下步骤：
定位基站向移动终端连续广播定位信号；
定位服务器向移动终端发起定位请求，移动终端测量至少四个不同位置定位基站的定位信号；
移动终端将测量结果发送给定位服务器；
定位服务器根据测量结果，解算出移动终端位置，并将定位结果返回给移动终端。
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