CN112770268B - 组网定位方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组网定位方法、系统、设备及存储介质，其中，该方法包括：通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据，定位信标及定位主基站均设置有蓝牙通讯设备；基于蓝牙广播定位数据，对定位信标进行组网定位。定位信标通过蓝牙通讯来调制UWB通讯实现大面积基站和多个定位信标并行定位，还能通过定位主基站上的蓝牙通讯来获取最佳定位区域和每个定位信标定位组网相位周期时间，实现快速组网和定位，从而避免了使用UWB通讯获取占用UWB定位的通讯时间，从而实现定位信标快速自动组网，自动获取定位信标的定位周期规律，提高定位速度，增加可定位信标的个数，解决基站因局域限制问题。

Description

组网定位方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种组网定位方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

由于UWB信号频段和通道的本身特性，2个UWB设备发射的信号之间存在严重干扰和信号冲突碰撞问题，因此一个UWB设备接收不到2个UWB设备同一时间刻发送的信号，会导致UWB接收端接收严重出错，甚至可能损坏接收器一直接收不到数据，而多基站的情况下，因此需要对UWB信标的开始测距相位时间进行分配组网，对每个信标的周期测距相位时间进行规划和调整，避免测距定位时刻存在两个或以上UWB设备信号交叉碰撞情况，会导致测距定位数据混乱，无法测距和定位。在大面积大规模多信标并行定位情况下，定位信标需要进行定位组网周期相位同步和获取最近主基站ID号，现有的UWB定位采用飞行时间测距法TOF定位方式(UWB双向测距定位测距方式)在满足定位效率的前提下只能满足基站区域块定位，即基站只能按照区域块进行部署，无法满足UWB基站的大面积无缝衔接，其原因是信标点每次定位时需要获取最近基站ID，会极大占用UWB一部分通讯测距时间，会降低UWB定位测距效率，减少可定位信标个数。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种组网定位方法、系统、设备及存储介质，其克服了上述技术问题。

根据本发明的第一个方面，提供了一种组网定位方法，应用于定位信标，所述方法包括：通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据，其中，所述蓝牙广播定位数据用于定位信标进行组网定位，而且，所述定位信标及所述定位主基站均设置有蓝牙通讯设备；基于所述蓝牙广播定位数据，对所述定位信标进行组网定位。

可选的，在所述通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据之前，所述方法包括：通过蓝牙通讯扫描并获取预设范围内所有主基站的广播信号，其中，所述广播信号包括：所述主基站对应的蓝牙广播定位数据；将广播RSSI最强的广播信号的主基站确定为所述定位主基站，并将确定的定位主基站覆盖区域确定为所述预设定位区域。

可选的，所述蓝牙广播定位数据包括:所述定位主基站的ID和处于空闲状态的定位相位时间区间；而且，所述定位信标和所述定位主基站定位通讯的相位时间区间包括多个所述定位相位时间区间，所述预设定位区域中还包括：至少两个从基站；基于所述蓝牙广播定位数据，对所述定位信标进行组网定位，包括：基于所述定位主基站的ID，计算出预计组网相位周期时间；在处于所述预计组网相位周期时间时，向所述定位主基站发出组网请求，以使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网；对所述定位信标与所述定位主基站之间的距离以及所述定位信标与每个从基站之间的距离进行测量计算，以在所述预设定位区域中对所述定位信标进行定位。

可选的，使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网，包括：获取所述定位信标与所述定位主基站进行信息交互时发送信息及接收信息的记录时间；基于所述记录时间，通过预设组网算法使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网。

可选的，所述预设组网算法包括：飞行时间测距法TOF。

可选的，所述定位主基站的ID与所述从基站的ID均是唯一且不重叠；对所述定位信标与所述定位主基站之间的距离以及所述定位信标与每个从基站之间的距离进行测量计算，以在所述预设定位区域中对所述定位信标进行定位，包括：基于所述定位主基站的ID及所述从基站的ID，向所述定位主基站及所述从基站依次发送测距请求信号；结合所述定位主基站及所述从基站分别响应所述测距请求信号的反馈，得到所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据以及所述定位信标与所述从基站之间的距离数据；将得到的距离数据均发送至所述定位主基站，以供所述定位主基站对该些距离数据进行解算，得到所述定位信标的定位坐标。

可选的，在结合所述定位主基站响应所述测距请求信号的反馈，得到所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据之后，所述方法还包括：判断所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据是否大于预设阈值；若是，则判定所述定位信标已离开所述预设定位区域，而且，所述处于空闲状态的空闲定位相位时间区间被释放；否则，确定将所述距离数据均发送至所述定位主基站以得到所述定位信标的定位坐标。

根据本发明的第二个方面，提供了一种组网定位系统，所述系统包括：获取模块，用于通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据，其中，所述蓝牙广播定位数据用于定位信标进行组网定位，而且，所述定位信标及所述定位主基站均设置有蓝牙通讯设备；组网定位模块，用于基于所述蓝牙广播定位数据，对所述定位信标进行组网定位。

根据本发明的第三个方面，提供了一种电子设备，包括处理器和存储器；所述存储器用于存储计算机指令，所述处理器用于运行所述存储器存储的计算机指令，以实现上述的一种组网定位方法。

根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述的一种组网定位方法。

本发明有益效果如下：定位信标可以通过蓝牙通讯获取到预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据，而定位主基站也可以广播该蓝牙广播定位数据。其中，所述蓝牙广播定位数据用于定位信标进行组网定位，从而，即可通过蓝牙通讯来调制UWB通讯实现大面积基站和多个定位信标并行定位，还能通过定位主基站上的蓝牙通讯来获取最佳定位区域和每个定位信标定位组网相位周期时间，实现快速组网和定位，从而避免了使用UWB通讯获取占用UWB定位的通讯时间，从而实现定位信标快速自动组网，自动获取定位信标的定位周期规律，提高定位速度，增加可定位信标的个数，解决基站因局域限制问题。

附图说明

图1为本发明第一实施例组网定位方法的流程框图；

图2(a)为本发明中定位信标的组成电路；

图2(b)为本发明中从基站的组成电路；

图2(c)为本发明中定位主基站的组成电路；

图3为本发明中蓝牙广播定位数据的内容示意图；

图4为本发明中主从定位基站部署位置分布关系图；

图5为本发明中定位信标进行定位组网的流程示意图；

图6为本发明中处于空闲状态的相位组网和相位释放逻辑关系图；

图7为本发明中定位信标组网相位周期时间示意图；

图8为本发明第三实施例组网定位系统的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

为了便于理解本发明实施例，下面通过几个具体实施例对本发明的实施过程进行详细的阐述。

图1为本发明第一实施例一种组网定位方法的流程框图。根据图1所示，本发明第一实施例提供了一种组网定位方法。具体的，该方法可应用于定位信标，该方法包括：

S11：通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据；

在本实施例中，该定位主基站和定位信标上分别增加有一个蓝牙通讯电路，当然，在另一实施例中，也可以是所述定位信标及所述定位主基站均设置有蓝牙通讯设备。

当然，在本实施例中，该定位信标的数量设置为一个或多个。即：这些定位信标分别获取对应预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据。

S21：基于所述蓝牙广播定位数据，对所述定位信标进行组网定位。

在本实施例中，并不对此处涉及的组网定位算法进行限定，其包括但不限于：飞行时间测距法TOF定位方式(UWB双向测距定位测距方式)。

故此，该定位信标可以通过蓝牙通讯获取到预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据，而定位主基站也可以广播该蓝牙广播定位数据。其中，所述蓝牙广播定位数据用于定位信标进行组网定位，从而，即可通过蓝牙通讯来调制UWB通讯实现大面积基站和多个定位信标并行定位，还能通过定位主基站上的蓝牙通讯来获取最佳定位区域和每个定位信标定位组网相位周期时间，实现快速组网和定位，从而避免了使用UWB通讯获取占用UWB定位的通讯时间，从而实现定位信标快速自动组网，自动获取定位信标的定位周期规律，提高定位速度，增加可定位信标的个数，解决基站因局域限制问题。

此外，在上述S11之前，该方法还包括以下实现步骤：

S101：通过蓝牙通讯扫描并获取预设范围内所有主基站的广播信号，其中，所述广播信号包括：所述主基站对应的蓝牙广播定位数据；

S102：将广播RSSI最强的广播信号的主基站确定为所述定位主基站，并将确定的定位主基站覆盖区域确定为所述预设定位区域。

在本实施例中，该定位信标需要将信标端蓝牙工作设置为蓝牙扫描模式，若蓝牙扫描的时间为半个定位周期Ts，定位信标刷新定位速率的时间为Ts，当一个扫描周期后没有扫描任何定位主基站的蓝牙信号，表示定位信标周围没有定位主基站，则定位信标会停止扫描，进入低功耗，预设间隔时间后，定位信标再次开启周期扫描，若扫描到任何主基站的蓝牙广播信号，则一个扫描周期Ts后，定位信标将所有扫描到广播信号按照的RSSI信号强度排序，选出信号最强的定位主基站广播信号，并以该主基站为定位信标的定位主基站，而该定位主基站所覆盖的区域则为该定位信标的预设定位区域，因为是定位信标接收RSSI信号强度越强，则表示定位信标距离该定位主基站的距离越近，定位信标在最近基站下的定位精度就越高，定位稳定性就越好。

此外，在另一实施例中，该蓝牙广播定位数据包括:所述定位主基站的ID和处于空闲状态的定位相位时间区间；而且，所述定位信标和所述定位主基站定位通讯的相位时间区间包括多个所述定位相位时间区间，所述预设定位区域中还包括：至少两个从基站；

在此情况下，上述S21的一种实现方式包括：

S211：基于所述定位主基站的ID，计算出预计组网相位周期时间；

在本实施例中，该定位信标在获得定位主基站的ID后，需要计算其与定位主基站进行组网的时间，从而，需要预先计算出预计组网相位周期时间。

S212：在处于所述预计组网相位周期时间时，向所述定位主基站发出组网请求，以使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网；

所以，当到达该预设组网相位周期时间时，该定位信标需要向定位主基站发出组网请求，从而使用该处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网。

S213：对所述定位信标与所述定位主基站之间的距离以及所述定位信标与每个从基站之间的距离进行测量计算，以在所述预设定位区域中对所述定位信标进行定位。

在组网完成后，在本实施例中，该定位信标可以对其相对于定位主基站的距离以及相对于从基站的距离进行测量计算，从而，可以根据该测量计算结果以实现对该定位信标进行定位。

此外，在另一实施例中，针对上述使用处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网的具体方式，其包括：获取所述定位信标与所述定位主基站进行信息交互时发送信息及接收信息的记录时间；基于所述记录时间，通过预设组网算法使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网。

具体的，图7为本发明中定位信标组网相位周期时间示意图。其中，Ti---表示定位主基站端的时间轴；Ti---表示定位信标端的时间轴；ti₁---表示主基站空闲相位在ti₁点周期时间；ti₂---表示主基站的广播时间点；ti₃---表示信标端预测相位组网对应主基站的时间点；ti₄---表示主基站空闲相位在ti₄点周期时间；t_b---表示蓝牙广播过程的时间；tj₁---表示信标在tj₁时刻扫描到广播数据；tj₂---表示信标在tj₂时刻停止扫描广播数据；tj₃---表示信标端预测相位组网的时间点；t_de---表示信标预测相位组网需要延时的时间；T_s---表示一个定位周期；N---表示一个定位周期内有N个可组网相位区间，表示N个可定位信标。故在本实施例中，根据图7所示，图7为定位信标端的蓝牙扫描获取定位主基站端蓝牙广播数据的相位组网周期相位时间和定位主基站的ID号的周期时间图。

其中，实现多信标的重要思路是将每个定位信标和定位主基站的定位通讯的相位时间区间划分为多个定位相位时间区间，图7中一个细小黑色小矩形条表示一个已使用的定位相位时间区间，一个定位周期Ts内有N个定位相位时间区间，表示该预设定位区域中定位主基站可支持N个UWB信标定位，用白色小矩形条表示一个待组网的定位相位时间区间(即：上述处于空闲状态的定位相位时间区间)。为解决信标组网问题，定位主基站的蓝牙广播时间间隔需要小于定位周期Ts，本文将定位主基站的蓝牙广播间隔设定为Ts/2，定位主基站的控制器系统时间为ti；某次定位主基站端蓝牙广播数据的时间为ti₂，在ti₂时间前最近的处于空闲状态的定位相位时间区间对应的时间记为ti₁，由于定位主基站的蓝牙广播数据包需要一段时间，记蓝牙广播时间为t_b，当定位信标端的蓝牙扫描到该广播信号时记扫描时间为tj₁，在tj₂时刻完成一个扫描周期，停止扫描，解析该广播数据，主要包括解析主基站ID号、定位主基站系统定时器广播时刻的时间ti₂和空闲相位时间ti₁，ti₁和ti₂均是采用主基站端的时基，ti₁和ti₂均是采用定位信标端的时基，两个时间相互独立，这里需要将两者的时间关联起来，其方法是在tj₂时刻信标扫描接收，假定定位信标计算出并预计在tj₃时刻可开始组网，则定位信标需要延时t_de时间后方可对接相位时间，才能避免该定位信标在组网过程中与其他信标产生信号冲突，于是，在tj₂时刻相对于广播开始时间的相位差TD₁为：

TD₁＝tj₂-tj₁+t_b

定位信标组网相位时间相对于广播时间的相位差T₁为

T₁＝ti₂-ti₁

在定位信标端tj₂时刻的主基站系统时间ti₃为

ti₃＝T₁+TD₁

预计信标最快经过N_s个整数周期后可对接组网相位时间，预计经过整数周期数N_s为：

N_s＝abs(ti₃/T_s)

则在ti₃时刻的相位延时时间T₂为：

T₂＝((ti₃/T_s)-N_s)/T_s

最后得到延时时间t_de为

t_de＝N_s*T_s–T₂

在ti₄时刻信标蓝牙关闭，开启UWB通讯，ti₄时刻向主基站发起组网请求，信标在ti₂时刻计算出下一次的处于空闲状态的定位相位时间区间的主基站端时间，同时计算预计还需要延时的时间t_de，定位信标延时t_de后在tj₃时刻向定位ie主基站开始发送组网请求，以上表示信标获取处于空闲状态的定位相位时间区间的时间的方法和过程，处于空闲状态的定位相位时间区间并非在下一个周期，若扫描停止时间在空闲相位时间之后，则该处于空闲状态的定位相位时间区间在下下个周期，于是，主基站端空闲相位组网是按照空闲组网相位区间中相位低到高的顺序组网，如图6所示的方法，方法表示信标组网使用区间和释放相位区间的顺序逻辑过程。

值得注意的是，从基站不增加蓝牙电路，该从基站主要是被动作用，主要是根据定位信标主动定位请求进行UWB双边双向测距，因此无需增加蓝牙电路。

而且，该定位主基站的ID与该从基站的ID均是唯一且不重叠；上述S213的一种实现方式包括：基于所述定位主基站的ID及所述从基站的ID，向所述定位主基站及所述从基站依次发送测距请求信号；结合所述定位主基站及所述从基站分别响应所述测距请求信号的反馈，得到所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据以及所述定位信标与所述从基站之间的距离数据；将得到的距离数据均发送至所述定位主基站，以供确定的所述定位主基站对该些距离数据进行解算，得到所述定位信标的定位坐标。

而且，在另一实施例中，该方法还包括：判断所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据是否大于预设阈值；若是，则判定所述定位信标已离开所述预设定位区域，而且，所述处于空闲状态的空闲定位相位时间区间被释放；否则，确定将所述距离数据均发送至所述定位主基站以得到所述定位信标的定位坐标。

具体的，图4为本发明中主从定位基站部署位置分布关系图。根据图4所示，图4中基站的部署规律是按照预设定位区域块规律部署，每个定位区域块有一个定位主基站和至少2个以上定位从基站。

而且，预先将定位主从基站进行顺序ID编号，所有基站按照每个预设定位区域划分，即一个定位区域只有一个定位主基站和至少两个从基站，每个定位区域的定位主从基站编号规则是：从基站的ID编号依次在在主基站ID号的基础上自动顺序递增1个计数单位，保证每个定位区域内主从基站的ID号连续，保证所有定位基站的ID唯一不重叠。

所以，由于一个小定位区域主从基站ID号具有顺序递增关系，且每个基站的ID号是唯一的，定位信标在上述步骤中获取了定位主基站的ID，同时对相位周期时间也进行了矫正；由于主从基站部署的ID满足顺序递增关系，只需要获取并确定主基站ID即可知从基站ID和基站数量，因此可向从基站进行测距请求，每次测距方法以主基站为准则进行测距，当定位信标没有更新定位主基站ID时候，信标将继续按照主基站ID以周期测距定位；从而，为了增加可定位信标的数目，测距法采用最通讯测距短时间方法，即双边双向测距法；测距顺序具有先后与主基站ID，从基站ID+1，从基站ID+2，从基站ID+3逐一顺序测距，每次距离后距离数据均在信标端，当信标完成一轮测距后将数据通过UWB传输到主基站，由主基站进行信标位置解算，再通过网络转发到远程服务器端。

为进一步方便理解本发明的技术方案，通过第二实施例对该方案进行详述：

本发明第二实施例实质通过蓝牙通讯来调制UWB通讯实现大面积基站和信标并行定位，本发明的核心点是在主基站端和信标端各增加蓝牙通讯电路，将每个定位周期的时间平均划分为多个信标定位测距的定位相位时间区间，采用蓝牙通讯替换UWB除定位信号的额外通讯，即：定位信标通过UWB发出定位信号，其余通讯均由蓝牙通讯完成，而额外通讯主要指获取最佳定位区域的最近主基站ID号和信标组网定位的定位相位时间区间，使得每个UWB信标自动分配相位时间，实现快速自动组网，从而增加了可定位信标的个数，解决多基站大规模面积使用的局限性。

具体实施是，本文采用UWB定位主基站和UWB定位从基站的网络拓扑关系，其网络拓扑和基站部署图示意图如图3所示，将定位主从基站进行顺序ID编号，所有基站按照每个定位区域划分，即一个定位区域只有一个定位主基站和2-5个从基站，每个定位区域的定位主从基站编号规则是：从基站的ID编号是依次在定位主基站ID号的基础上自动顺序递增1个计数单位，保证每个定位区域内主从基站的ID号连续，保证所有基站的ID唯一不重叠。

此外，在本实施例中，定位主基站增加蓝牙电路的主要作用是：

1、蓝牙周期广播主基站的参数，回馈答复定位信标广播的命令参数，广播信标组网参数信息和处于空闲状态的定位相位时间区间；

2、根据UWB信标(上述定位信标)主动定位请求帧进行UWB双边双向测距；

3、统一定位解算区域内定位信标坐标，统一上传距离数据或定位数据；

值得注意的是，从基站不增加蓝牙电路，从基站主要是被动作用，主要是根据UWB信标主动定位请求进行UWB双边双向测距，因此无需增加蓝牙电路。

定位信标增加蓝牙电路的主要作用是：

1、通过蓝牙扫描探嗅最佳定位区域并获取周围所有主基站广播信息；

2、按照广播的参数数据进行区域内相位周期组网定位；

3、计算预计组网相位周期时间，并在该预计组网相位周期时间时，主动发起定位请求，实现与主从基站测距定位。

具体的实现方法是，根据图2(a)、图2(b)和图2(c)所示，在主基站电路和信标电路上各增加一个蓝牙通讯电路，定位主基站由主控制器(STM32F4)、UWB收发器电路(DW1000)和UWB天线、蓝牙芯片电路(CC2640R2F)和蓝牙倒F天线、W5500以太网进而POE网络接口、无线WiFi电路以及12V-DC5.5/2.5接头和电源管理组成的；定位信标主要由低功耗主处理器Coter-M3+蓝牙收发电路(CC2640R2F)、UWB收发器(DW1000)和UWB天线、蓝牙电路和蓝牙天线、3.7V锂电池和电源充电管理电路模块组成，(定位信标电路说明：CC2640R2F是一款低功耗主处理器Coter0-M3+蓝牙收发电路集成在一起的芯片，从而电路省去了独立控制器电路，大大降低了信标功耗)；定位从基站主要由主基站由主控制器(STM32F4)、UWB收发器电路(DW1000)和UWB天线、以及12V-DC5.5/2.5接头和电源管理组成。在图2(a)、图2(b)和图2(c)中，其中，RF1为蓝牙倒F收发天线(内置)；RF2为UWB定位收发天线(内置)；RF3为无线WiFi收发天线(外置)；Cortex-M3+蓝牙电路为使用TI的CC2640R2F芯片，集成蓝牙电路和主控制器于一体的芯片。

此外，在本实施例中，增加蓝牙电路的好处是：①蓝牙是低功耗通讯设备，在扫描或广播时的功耗可降低至uA级别，②信标上蓝牙可在接收范围内扫描到多个定位主基站蓝牙广播的数据信息，方便筛选出最佳定位区域；故增加蓝牙通讯的主要目的是：①定位信标通过扫描以获取最佳定位区域，而获取最佳定位区域实质是获取信标距离位置最近的定位主基站ID信息，原理为：信标距离主基站定位区域越近，信标扫描到的RSSI信号越强，定位稳定性越好，定位精度越高；②定位信标从定位主基站广播的信息中获取组网参数信息，定位主基站会实时更新空闲定位相位周期时区；③减少UWB通讯测距定位占用的时间，若采用信标UWB获取最佳定位区域占用通讯定位的时间。

在实际应用中，每个定位信标是到处移动的，可从一个定位区域到另一个定位区域，因此信标对每个定位区域组网是动态变化的过程，若有定位信标进入或离开定位区域(定位区域指的是满足定位信标能定位的最小基站区域范围)，每个定位区域的通讯测距定位是不断变化更新的。因此本方法核心点是将每个定位信标通过基站定位所需时间看成一个通讯定位相位时间区间α，则在一个定位周期Ts内最多有N＝Ts/α个通讯定位相位时间区间，表示在这个区域内可并行实现N个定位信标同时定位，每个定位信标是动态的过程，若定位信标在该定位区域内移动，则该定位信标在定位区域的定位相位时间区间不改变，当定位信标移动到下一个定位区域后，本定位区域的主基站将释放该段定位相位时间区间为空闲状态，以备有新的定位信标出现在本定位区域，将重新组网占用该定位相位时间区间，实现定位效率的最大化。定位相位时间区间的时间由该区域的主基站定时器进行调度管理，由主基站的控制器STM32F4进行主控执行。

而且，当一个定位信标进入一个定位区域时，其组网定位流程：

第1步：定位信标扫描周围主基站的广播数据、获取最近主基站广播数据参数；

第2步：定位信标解算最新空闲相位时间，且定位信标计算预计组网时间；

第3步：定位信标向定位基站发起组网和首次测距请求，主基站确定执行组网；

第4步：定位主基站回馈组网确定信号，定位信标再次矫正定位相位时间区间，相对主基站为时间参考，信标组网时间误差再次矫正；

第5步：根据ID号编号规则和定位区域的主从基站依次顺序测距，定位主基站监测定位信标是否离开区域。

第6步：定位信标完成一轮测距，将距离数据发到定位主基站进行一次定位解算，一次定位完成，则下一个测距周期则返回上一步，当定位10次后返回第4步骤进行时间矫正。

其定位流程的步骤表示定位信标从组网获取到组网成功再到定位计算的过程和逻辑，如图5所示，为具体的组网定位流程，具体实现的方法和步骤如下：

1、定位主基站的系统定时器组网时间将一直开启，定位主基站将周期广播蓝牙广播定位数据，定时器主要作用是给该区域的定位信标分配组网相位周期的基准时间，控制器驱动蓝牙芯片电路每T_s/2的周期时间广播出定位主基站ID号、基站系统定时器广播时刻的时间ti和处于空闲状态的定位相位时间区间的时间，广播内容如图3所示，信标蓝牙会在周期T_s扫描一次数据，ti时间属于在定位主基站端的计时时间，tj时间属于在信标端计时时间，两者计时时间之间本质是独立的；

2、获取并解析最近定位基站端蓝牙广播数据，主要是定位信标获取主基站端ID号和组网周期相位时间。首先定位信标低功耗主控制器驱动蓝牙芯片进行模式选择，将信标端蓝牙工作设置为蓝牙扫描模式，蓝牙扫描的时间为半个定位周期T_s，信标刷新定位速率的时间为T_s，当一个扫描周期T_s后没有扫描任何定位基站的蓝牙信号，表示信标周围没有定位基站，则信标会停止扫描，进入低功耗，10s后信标再次开启周期扫描，若扫描到任何定位主基站的蓝牙广播信号，则一个扫描周期T_s后信标主控制器对所有扫描到的RSSI信号强度排序，选出信号最强的主基站参数数据，以此主基站为信标的定位小区域，以主基站ID号作为参考进行测距定位，其原理是定位信标接收RSSI信号强度越强，则表示定位信标距离该定位主基站的距离越近，定位信标在最近基站下的定位精度就越高，定位稳定性就越好。

3、定位信标计算预计组网相位周期时间，而主基站通过蓝牙扫描信标组网请求，而且，UWB功能关闭。

如图7所示，是定位信标和定位主基站从组网前到定位后的相位周期时间图，具体指定位信标端的蓝牙扫描获取基站端蓝牙广播数据的相位(组网周期相位时间？)和定位ID号的周期时间图；实现多信标的重要思路是将每个定位信标和定位主基站的定位通讯的相位时间区间划分为多个定位相位时间区间，图7中一个细小黑色小矩形条表示一个已使用的定位相位时间区间，一个定位周期Ts内有N个定位相位时间区间，表示该预设定位区域中定位主基站可支持N个UWB信标定位，用白色小矩形条表示一个待组网的定位相位时间区间(即：上述处于空闲状态的定位相位时间区间)。为解决信标组网问题，定位主基站的蓝牙广播时间间隔需要小于定位周期Ts，本文将定位主基站的蓝牙广播间隔设定为Ts/2，定位主基站的控制器系统时间为ti；某次定位主基站端蓝牙广播数据的时间为ti₂，在ti₂时间前最近的处于空闲状态的定位相位时间区间对应的时间记为ti₁，由于定位主基站的蓝牙广播数据包需要一段时间，记蓝牙广播时间为t_b，当定位信标端的蓝牙扫描到该广播信号时记扫描时间为tj₁，在tj₂时刻完成一个扫描周期，停止扫描，解析该广播数据，主要包括解析主基站ID号、定位主基站系统定时器广播时刻的时间ti₂和空闲相位时间ti₁，ti₁和ti₂均是采用主基站端的时基，ti₁和ti₂均是采用定位信标端的时基，两个时间相互独立，这里需要将两者的时间关联起来，其方法是在tj₂时刻信标扫描接收，假定定位信标计算出并预计在tj₃时刻可开始组网，则定位信标需要延时t_de时间后方可对接相位时间，才能避免该定位信标在组网过程中与其他信标产生信号冲突，于是，在tj₂时刻相对于广播开始时间的相位差TD₁为：

TD₁＝tj₂-tj₁+t_b

定位信标组网相位时间相对于广播时间的相位差T₁为

T₁＝ti₂-ti₁

在定位信标端tj₂时刻的主基站系统时间ti₃为

ti₃＝T₁+TD₁

预计信标最快经过N_s个整数周期后可对接组网相位时间，预计经过整数周期数N_s为：

N_s＝abs(ti₃/T_s)

则在ti₃时刻的相位延时时间T₂为：

T₂＝((ti₃/T_s)-N_s)/T_s

最后得到延时时间t_de为

t_de＝N_s*T_s–T₂

在ti₄时刻信标蓝牙关闭，开启UWB通讯，ti₄时刻向主基站发起组网请求，信标在ti₂时刻计算出下一次的处于空闲状态的定位相位时间区间的主基站端时间，同时计算预计还需要延时的时间t_de，定位信标延时t_de后在tj₃时刻向定位ie主基站开始发送组网请求，以上表示信标获取处于空闲状态的定位相位时间区间的时间的方法和过程，处于空闲状态的定位相位时间区间并非在下一个周期，若扫描停止时间在空闲相位时间之后，则该处于空闲状态的定位相位时间区间在下下个周期，于是，主基站端空闲相位组网是按照空闲组网相位区间中相位低到高的顺序组网，如图6所示的方法，方法表示信标组网使用区间和释放相位区间的顺序逻辑过程。

4、组网反馈确定并校准定位相位误差偏移，其目的包括：①可避免多个空闲信标同时出现组网请求；②可再次校准信标与基站定位的相位偏差，由于存在多个定位信标，没有固定参考，将主基站的时间设置为标准参考时间，在步骤2可确定最近定位主基站ID号和组网的相位时间，定位信标记录发送组网请求时间tj₃，主基站端接收到组网请求并记录接收时间ti₄，定位主基站确定组网后将ti₄反馈到信标端，因此，信标端预计主基站在ti₄时刻的时间为:

ti₂+t_b+(tj₃-tj₁)

因此信标端下次组网的时间需要减去矫正时间T_drp:

T_drp＝ti₄-(ti₂+t_b+(tj₃-tj₁))

则定位信标完成一个定位解算周期后下次测距时间周期变为(T_s-T_drp)，从而实现校准定位相位误差的偏移。

5、组网成功，开始UWB定位测距，如图4所示，部署规律是按照定位小区域块规律部署，每个定位区域块有一个定位主基站和至少2个以上定位从基站，由于一个小定位区域主从基站ID号具有顺序递增关系，且每个基站的ID号是唯一的，定位信标在上述步骤中获取了定位主基站的ID，同时对相位周期时间也进行了矫正；由于主从基站部署的ID满足顺序递增关系，只需要获取并确定主基站ID即可知从基站ID和基站数量，因此可向从基站进行测距请求，每次测距方法以主基站为准则进行测距，当定位信标没有更新定位主基站ID时候，信标将继续按照主基站ID以周期测距定位；从而，为了增加可定位信标的数目，测距法采用最通讯测距短时间方法，即双边双向测距法；测距顺序具有先后与主基站ID，从基站ID+1，从基站ID+2，从基站ID+3逐一顺序测距，每次距离后距离数据均在信标端，当信标完成一轮测距后将数据通过UWB传输到主基站，由主基站进行信标位置解算，再通过网络转发到远程服务器端。

由于信标组网频繁，主基站数据吞吐量很大，运算量较大，本发明使用STM32F4为主基站处理器，从基站每次答复测距信号结束后，当定位主基站检测到定位信标失去连接,就释放该定位相位时间区间，该定位相位时间区间状态从占用变为空闲，只有下次有新的定位信标请求后，才进行新一次组网流程，如图6所示。

6、组网周期时间校准，由于信标控制器时间和定位主基站控制器时间均存在晶振时钟偏差，定位次数累积时间越久，误差越大，严重会导致定位信标和定位基站的定位周期时间匹配衔接不上，导致前后相位的UWB定位信号冲突，为避免时钟偏移的误差，需要周期性对信标时间相位校正，解决方法是定位信标端每周期10s/次返回3骤进行时钟校正，其矫正的参数是在定位主基站回复定位请求的数据帧参数，通过减去偏移时钟误差对定位信标的时钟进行校正。同时定位主基站会定时一段时间检测所有定位信标是否失去连接，将失去连接的定位信标所占用的定位相位时间区间清空，以腾出处于空闲状态的定位相位时间区间，待下一次新定位信标组网。

本方法采用的是TOF定位方式，通过蓝牙广播和扫描方式寻找最佳定位区域，使用蓝牙通讯方式进行组网前计算和预测主基站空闲相位周期时间，极大减少了UWB非测距通讯的频次，增加了信标定位的区间和个数，可以很大程度上解决多信标并行大规模定位的问题。采用主基站+从基站的定位网络拓扑定位，可以解决多信标同时定位的信号冲突碰撞问题，每50*50m的定位小区域可同时实现1000个信标并行定位，多个定位小区域将可并行1000个信标定位，可大规模定位使用。

当然，还可以使用TDOA无线时钟同步法需要对UWB的时钟进行频繁的校正，是直接对电磁波皮秒级别的时间进行同步，UWB皮秒对时钟精度要求极高高，无线时钟同步法很难实现飞秒级别的时钟同步，目前市场上采用TDOA定位方法的精度只能做到50cm，且现场安装调试的难度很大；本文介绍的方法是基于TOF方式的蓝牙通讯实现的UWB多信标大规模并行定位法，精度仍然可保证在10cm-20cm，且现场的安装难度较小，无需皮秒级别的无线时钟同步。本文采用的方法是采用蓝牙电路通讯获取主基站参数信息，为基站UWB通讯腾出了相对空闲时间，采用的是控制器的时钟进行组网的和相位偏移矫正的，将时间矫正级别变为us级别，使相位时间控制变得容易。

图8为本发明第三实施例组网定位的结构示意图。根据图8所示，本发明第三实施例提供了一种组网定位系统，包含于定位信标，所述系统包括：

获取模块110，用于通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据，其中，所述蓝牙广播定位数据用于定位信标进行组网定位；

组网定位模块120，用于基于所述蓝牙广播定位数据，对所述定位信标进行组网定位。

可选的，所述系统还包括：扫描模块，用于在所述通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据之前，通过蓝牙通讯扫描并获取预设范围内所有主基站的广播信号，其中，所述广播信号包括：所述主基站对应的蓝牙广播定位数据；定位主基站确定模块，用于将RSSI最强的广播信号所属主基站确定为所述定位主基站，并将所述定位主基站覆盖区域确定为所述预设定位区域。

可选的，因为蓝牙广播定位数据包括:所述定位主基站的ID和处于空闲状态的定位相位时间区间；而且，所述定位信标和所述定位主基站定位通讯的相位时间区间包括多个所述定位相位时间区间，所述预设定位区域中还包括：至少两个从基站；

所以，组网定位模块120包括：组网时间计算单元，用于基于所述定位主基站的ID，计算出预计组网相位周期时间；组网单元，用于在处于所述预计组网相位周期时间时，向所述定位主基站发出组网请求，以使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网；定位单元，用于对所述定位信标与所述定位主基站之间的距离以及所述定位信标与每个从基站之间的距离进行测量计算，以在所述预设定位区域中对所述定位信标进行定位。

可选的，所述定位单元还具体用于：获取所述定位信标与所述定位主基站进行信息交互时发送信息及接收信息的记录时间；基于所述记录时间，通过预设组网算法使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网。

可选的，所述预设组网算法包括：飞行时间测距法TOF。

可选的，所述定位主基站的ID与所述从基站的ID均是唯一且不重叠；所述定位单元还具体用于：基于所述定位主基站的ID及所述从基站的ID，向所述定位主基站及所述从基站依次发送测距请求信号；结合所述定位主基站及所述从基站分别响应所述测距请求信号的反馈，得到所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据以及所述定位信标与所述从基站之间的距离数据；将所述距离数据均发送至所述定位主基站，以供所述定位主基站对所述距离数据进行解算，得到所述定位信标的定位坐标。

可选的，所述系统还包括：所述方法还包括：判断模块，用于在结合所述定位主基站响应所述测距请求信号的反馈，得到所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据之后，判断所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据是否大于预设阈值；若是，则判定所述定位信标已离开所述预设定位区域，而且，所述处于空闲状态的空闲定位相位时间区间被释放；否则，确定将所述距离数据均发送至所述定位主基站以得到所述定位信标的定位坐标。

本发明第四实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器；所述存储器用于存储计算机指令，所述处理器用于运行所述存储器存储的计算机指令，以实现上述的一种组网定位方法。

本发明第四实施例中的一种电子设备所涉及的名词及实现原理具体可以参照本发明实施例中的第一至二实施例的一种组网定位方法，在此不再赘述。

本发明第五实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个模块，所述一个或者多个模块可被一个或者多个处理器执行，以实现上述的一种组网定位方法。

本发明第五实施例中的一种计算机可读存储介质所涉及的名词及实现原理具体可以参照本发明实施例中的第一至二实施例的一种组网定位方法，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种组网定位方法，应用于定位信标，其特征在于，所述方法包括：

通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据，其中，所述蓝牙广播定位数据用于所述定位信标进行组网定位，而且，所述定位信标及所述定位主基站均设置有蓝牙通讯设备；

基于所述蓝牙广播定位数据，对所述定位信标进行组网定位；所述蓝牙广播定位数据包括：所述定位主基站的ID和处于空闲状态的定位相位时间区间；所述预设定位区域中还包括：至少两个从基站；

基于所述蓝牙广播定位数据，对所述定位信标进行组网定位，包括：

基于所述定位主基站的ID，计算出预计组网相位周期时间；

在处于所述预计组网相位周期时间时，向所述定位主基站发出组网请求，以使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间并按照所述处于空闲状态的定位相位时间区间中相位低到高的顺序进行组网；

对所述定位信标与所述定位主基站之间的距离以及所述定位信标与每个从基站之间的距离进行测量计算，以在所述预设定位区域中对所述定位信标进行定位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据之前，所述方法包括：

通过蓝牙通讯扫描并获取预设范围内所有主基站的广播信号，其中，所述广播信号包括：所述主基站对应的蓝牙广播定位数据；

将广播RSSI最强的广播信号的主基站确定为所述定位主基站，并将确定的定位主基站覆盖区域确定为所述预设定位区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网，包括：

获取所述定位信标与所述定位主基站进行信息交互时发送信息及接收信息的记录时间；

基于所述记录时间，通过预设组网算法使用所述处于空闲状态的定位相位时间区间进行组网。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设组网算法包括：飞行时间测距法TOF。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位主基站的ID与所述从基站的ID均是唯一且不重叠；

对所述定位信标与所述定位主基站之间的距离以及所述定位信标与每个从基站之间的距离进行测量计算，以在所述预设定位区域中对所述定位信标进行定位，包括：

基于所述定位主基站的ID及所述从基站的ID，向所述定位主基站及所述从基站依次发送测距请求信号；

结合所述定位主基站及所述从基站分别响应所述测距请求信号的反馈，得到所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据以及所述定位信标与所述从基站之间的距离数据；

将得到的距离数据均发送至所述定位主基站，以供所述定位主基站对该些距离数据进行解算，得到所述定位信标的定位坐标。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在结合所述定位主基站响应所述测距请求信号的反馈，得到所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据之后，所述方法还包括：

判断所述定位信标与所述定位主基站之间的距离数据是否大于预设阈值；

若是，则判定所述定位信标已离开所述预设定位区域，而且，所述处于空闲状态的空闲定位相位时间区间被释放；否则，确定将所述距离数据均发送至所述定位主基站以得到所述定位信标的定位坐标。

7.一种应用于权利要求1至6中任一项所述的组网定位方法的组网定位系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于通过蓝牙通讯获取预设定位区域中定位主基站广播的蓝牙广播定位数据，其中，所述蓝牙广播定位数据用于定位信标进行组网定位，而且，所述定位信标及所述定位主基站均设置有蓝牙通讯设备；

组网定位模块，用于基于所述蓝牙广播定位数据，对所述定位信标进行组网定位。

8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；

所述存储器用于存储计算机指令，所述处理器用于运行所述存储器存储的计算机指令，以实现权利要求1至6中任一项所述的一种组网定位方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1至6中任一项所述的一种组网定位方法。

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