CN112788533A - 一种融合5g通信和uwb的室内定位方法、装置和系统 - Google Patents

一种融合5g通信和uwb的室内定位方法、装置和系统 Download PDF

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CN112788533A CN202011456350.0A CN202011456350A CN112788533A CN 112788533 A CN112788533 A CN 112788533A CN 202011456350 A CN202011456350 A CN 202011456350A CN 112788533 A CN112788533 A CN 112788533A
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张赢
曹春诚
嵇泽林
蹇杭利
李江
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Hulun Buir Power Supply Company State Grid Inner Mongolia Eastern Electric Power Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
Northeast Electric Power University
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Hulun Buir Power Supply Company State Grid Inner Mongolia Eastern Electric Power Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
Northeast Dianli University
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Abstract

本发明涉及一种融合5G通信和UWB的室内定位方法、装置和系统，通过使用5G测向技术(AOA)测量被定位物体的方位信息，使用UWB测距技术(TOA)测量被定位物体的距离信息，融合二者得到被定位物体的具体位置坐标，能够充分发挥UWB基站定位测距精度高和5G基站测向精度高的优势，共同完成室内定位任务，不仅成本低，定位精度也可以满足室内高精度定位的需求。

Description

一种融合5G通信和UWB的室内定位方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，特别是涉及一种融合5G通信和UWB的室内定位方法、装置和系统。
背景技术
随着产业和生活方式的变迁，室内物体的高精度位置信息已经成为了一个重要参数。虽然GPS技术已经广泛应用，但由于建筑物等对卫星定位信号的遮挡，导致室内定位精度无法满足高精度定位要求。而常用的传统室内定位方式有WIFI定位，蓝牙定位和超声波定位，但这些定位方式均存在定位精度不高的问题。为了解决现有技术的问题，迫切需要提供一种高精度的室内定位方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种融合5G通信和UWB的室内定位方法、装置和系统，通过融合使用5G测向技术测量的物体角度信息和使用UWB测距技术测量的被定位物体距离信息，计算被定位物体的具体位置坐标，能够实现室内物体的高精度定位。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种融合5G通信和UWB的室内定位装置，包括：
UWB定位基站和5G微基站；
所述UWB定位基站布置于建筑物中，且每一栋建筑物中至少设置一个所述UWB定位基站；
所述5G微基站布置于所述建筑物中，且每一栋建筑物中至少设置一个所述5G微基站；
所述UWB定位基站用于测量被定位物体的距离信息；
所述5G微基站用于测量所述被定位物体的角度信息；
融合所述距离信息和所述角度信息得到所述被定位物体的具体位置坐标。
一种利用融合5G通信和UWB的室内定位装置的室内定位方法，包括：
以被定位物体所在建筑物中的所述UWB定位基站为球心，以所述UWB定位基站与所述被定位物体的距离为半径，得到一个球体；
根据所述被定位物体所在建筑物中的所述5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息确定定位直线，所述被定位物体与所述5G微基站之间的连线形成的线段在所述定位直线上；
获取所述定位直线与所述球体的定位交点；
若所述定位交点只有一个，则所述定位交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
一种融合5G通信和UWB的室内定位方法，还包括：所述定位交点为多个时，计算任意两个所述定位交点之间的距离值，并选取所述距离值最小的对应的两个定位交点的中点；
确定所述中点与所述球心构成的线段所在的方向直线；
所述方向直线与所述球体的多个方向交点中，距离所述中点最近的方向交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
可选的，所述以被定位物体所在建筑物中的所述UWB定位基站为球心，以所述UWB定位基站与被定位物体的距离为半径，得到一个球体，具体方法包括：
以建筑物的东南角为原点，以地板和墙壁的交线分别为x轴和y轴，以铅垂线为z轴建立三维坐标系，则所述UWB定位基站的坐标为(x1,y1,z1)，对应的所述球体的坐标方程为：
(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2＝(Ct)2
其中，C为光速，t为电磁脉冲信号从所述UWB定位基站传递至所述被定位物体经历的单程时间。
可选的，所述根据所述被定位物体所在建筑物中的所述5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息确定定位直线，具体方法包括：
所述角度信息通过到达角度的定位方法计算得到；
当所述5G微基站的数量为两个时，第一5G微基站在所述三维坐标系中的坐标为(x2,y2,z2)，第二5G微基站在所述三维坐标系中的坐标为(x3,y3,z3)，则第一定位直线的坐标方程为：
Figure BDA0002829311140000021
其中，
Figure BDA0002829311140000022
为所述第一5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息，θ1为所述第一定位直线与所述三维坐标系的xoy平面之间的水平转角，
Figure BDA00028293111400000310
为所述第一定位直线与z坐标轴之间的垂直转角；
第二定位直线的坐标方程：
Figure BDA0002829311140000031
其中，
Figure BDA0002829311140000032
为所述第二5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息，θ2为所述第二定位直线与所述三维坐标系的xoy平面之间的水平转角，
Figure BDA0002829311140000033
为所述第二定位直线与z坐标轴之间的垂直转角。
可选的，所述获取所述定位直线与所述球体的定位交点，具体方法包括：
联立所述球体的坐标方程、所述第一定位直线的坐标方程和所述第二定位直线的坐标方程：
Figure BDA0002829311140000034
得到4个定位交点坐标，分别为：
Figure BDA0002829311140000035
Figure BDA0002829311140000036
Figure BDA0002829311140000037
Figure BDA0002829311140000038
其中
Figure BDA0002829311140000039
Figure BDA0002829311140000041
Figure BDA0002829311140000042
Figure BDA0002829311140000043
Figure BDA0002829311140000044
Figure BDA0002829311140000045
其中
a＝cosθ1
b＝sinθ1
Figure BDA00028293111400000411
d＝cosθ2
e＝sinθ2
Figure BDA0002829311140000046
可选的，根据两点间的距离公式：
Figure BDA0002829311140000047
计算任意两个定位交点之间的距离值，其中(xm,ym,zm)和(xn,yn,zn)表示任意两个定位交点的坐标。
可选的，所述方向直线的坐标方程为：
Figure BDA0002829311140000048
其中，(x4,y4,z4)表示为所述中点的坐标，
Figure BDA0002829311140000049
Figure BDA00028293111400000410
通过联立方向直线的坐标方程和所述球体的坐标方程得到方向交点坐标；
通过所述两点间的距离公式计算所述方向交点与所述中点之间的距离。
一种融合5G通信和UWB的室内定位系统，包括：
球体确定模块、定位直线确定模块、融合模块和第一坐标计算模块；
所述球体确定模块用于以被定位物体所在建筑物中的UWB定位基站为球心，以UWB定位基站与所述被定位物体的距离为半径，得到一个球体；
所述定位直线确定模块用于根据被定位物体所在建筑物中的所述5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息确定定位直线，所述被定位物体与所述5G微基站之间的连线形成的线段在所述定位直线上；
所述融合模块用于获取所述定位直线与所述球体的定位交点；
所述第一坐标计算模用于在所述定位交点只有一个，则判定所述定位交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
一种融合5G通信和UWB的室内定位系统，还包括：第二坐标计算模块；所述第二坐标计算模块用于在所述定位交点为多个时，计算任意两个所述定位交点之间的距离值，并选取所述距离值最小的对应的两个定位交点的中点；确定所述中点与所述球心构成的线段所在的方向直线；所述方向直线与所述球体的多个方向交点中，距离所述中点最近的方向交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明融合了5G基站定位和UWB基站定位技术，使用5G测向技术(AOA)测量物体的角度信息，使用UWB测距技术(TOA)测量被定位物体的距离信息，融合二者得到被定位物体的具体位置坐标，提高了室内定位的精度。
本发明充分利用了现有的5G通信基站MIMO天线的测向能力，由于MIMO天线阵列的使用，其测向准确度在各类基站定位中是比较高的，定位结果有较大的准确度，而且受墙壁和建筑环境影响程度相较于测距而言也会低一些，同时本发明结合了UWB基站定位技术，由于UWB基站在无墙壁遮挡的环境中测得的距离值是很准确的，因而将二者结合起来发挥各自优势，共同完成室内定位任务，定位精度也可以满足室内高精度定位的需求。
随着5G的发展，其覆盖范围越来越广，而5G所具有的一些新特性为其在室内定位的应用提供了条件，从而可以利用已经布设好的5G通信网络参与定位，充分利用现代通信网络的定位价值，在定位系统建设前期只需要布设少量UWB定位基站即可实现广域覆盖的室内定位，极大地降低了高精度室内定位系统的前期布设成本。因此，本发明利用已经布设好的5G基站结合UWB定位基站来实现室内广域大范围定位，较现有WIFI定位，蓝牙定位和超声波定位等技术实现广域连续覆盖定位的建设成本更低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种融合5G通信和UWB的室内定位装置的示意图；
图2为本发明实施例2提供的单独使用TOA定位方法的原理图；
图3为本发明实施例2提供的单独使用AOA定位方法的原理图；
图4为本发明实施例2提供的融合5G通信和UWB的室内定位方法中只有一个定位交点的原理图；
图5为本发明实施例3提供的融合5G通信和UWB的室内定位方法中，一个UWB球体与多个定位直线存在多个定位交点的原理图；
图6为本发明实施例3提供的融合5G通信和UWB的室内定位方法中，定位直线角度的示意图；
图7为本发明实施例3提供的融合5G通信和UWB的室内定位方法中，多个UWB球体与多个定位直线存在多个定位交点的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种融合5G通信和UWB的室内定位方法、装置和系统，通过使用5G测向技术测量物体的角度信息，使用UWB测距技术测量被定位物体的距离信息，融合二者计算得到被定位物体的具体位置坐标，提高了室内定位的精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
首先介绍UWB通信技术：UWB通信技术是一种全新的通信技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽，UWB技术具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、能提供精确定位精度等优点。因此，UWB通信技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且定位精度很高。
UWB定位技术是在UWB通信技术上发展而来的定位技术，其使用的是双向飞行时间法(TW-TOF,two way-time offlight)，每个定位基站模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳，被定位物体A的发射机在其时间戳上的Ta1时刻发射请求性质的脉冲信号，定位基站模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被A在自己的时间戳Ta2时刻接收。由此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S，重复此过程便可以得到被定位物体距各个基站的距离，而后通过几何运算便可以得出被定位物体的位置信息。
由于5G使用的波段频率高，其通信基站的覆盖范围相较于4G技术而言会缩小很多，再加上高频率电磁波的方向性好，衍射能力弱，所以其信号受建筑物墙壁等障碍物阻挡后衰减严重，进一步缩小了其覆盖范围，所以在室内环境的5G建设常常使用室内小基站来提供5G信号覆盖，本发明便是利用这些已经布设好的5G微基站结合UWB定位基站来实现室内定位的。对此，本发明提供了一种融合5G通信和UWB的室内定位装置，包括：
UWB定位基站和5G微基站；
所述UWB定位基站布置于建筑物中，且每一栋建筑物中至少设置一个所述UWB定位基站；
所述5G微基站布置于所述建筑物的中，且每一栋建筑物中至少设置一个所述5G微基站；
所述UWB定位基站用于测量被定位物体的距离信息；
所述5G微基站用于测量所述被定位物体的角度信息；
融合所述距离信息和所述角度信息得到所述被定位物体的具体位置坐标。
如图1所示为一个二层建筑，在建筑中有两个5G基站布置在图中所示位置，有一个UWB定位基站布置在该建筑中的某一层。
虽然单独使用UWB定位技术可以有效提高室内定位的精度，但是其需要大量的UWB定位基站，建设成本很高。而本实施例融合5G微基站和UWB定位基站，在定位系统建设前期只需要布设少量UWB定位基站，并利用已经布设好的5G微基站参与定位，即可实现广域覆盖的室内高精度定位，并且极大地降低了高精度室内定位系统的前期布设成本。
实施例2：
室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在空间中的位置监控。本发明使用的是基站定位式室内定位方法，在基于基站的室内定位方法中常用的位置解算方法为信号强度定位法，此种方法是通过检测被定位物体接收到的各个基站的信号强度来计算物体和各定位基站的距离，从而通过几何运算得到物体位置的定位方法，此种方法由于信号强度衰减速度受因素太多，导致在同一距离下的RSSI值(信号强度信号)波动较大，故而不适合作为高精度定位方法。
因此本发明提出了两种室内空间定位方法，第一种是被称作到达时间(timeofarrival,TOA)的定位方法，此种定位方法的原理图如图2所示，所谓到达时间就是电磁脉冲从定位基站到被定位物体所经过的时间，由于电磁波在空气中的传播速度为常数，可以很容易地计算出被定位物体到各个定位基站间的距离，如图2所示，三个UWB定位基站得到三个定位圆环，圆环的交点便是被定位物体的坐标值。
第二种是到达角度的定位方法(angle ofarrival,AOA)，到达角度定位方法是通过测量被定位物体与各个定位基站间的相对角度来测量被定位物体的坐标信息的，其原理如图3所示。在5G基站建设时，由于5G信号的频率高，其覆盖范围相较而言会小一些，且高频信号的衍射能力低，为了增强其信号衍射能力，5G技术使用了MIMO天线阵列，也就是多重收发天线阵列，在被定位物体与5G基站通信时，其信号到达MIMO天线阵列中的各个天线的时间、信号强度、信道特征都不同，基站可以根据这些信息测算出被定位物体与5G基站的空间角度信息，从而提供精确定位所需的AOA信息。
然而在实际应用中，由于定位误差的存在，导致图2中UWB定位的三个基站对物体具体位置的三个定位圆环无法具体汇聚于一点，被定位物体的实际位置无法确定。图3中当两个5G微基站发出的定位直线出现偏差时，两条定位直线也无法出现汇聚点来确定物体具体的位置。为了解决该问题，实现室内物体的高精度定位，本发明提出了一种实用的定位方法，其融合了TOA和AOA定位方法，包括：
以被定位物体所在建筑物中的所述UWB定位基站为球心，以所述UWB定位基站与所述被定位物体的距离为半径，得到一个球体；
根据所述被定位物体所在建筑物中的所述5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息确定定位直线，所述被定位物体与所述5G微基站之间的连线形成的线段在所述定位直线上；
获取所述定位直线与所述球体的定位交点；
若所述定位交点只有一个，则所述定位交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
如图4所示，当所述被定位物体所在建筑中分别只有一个UWB定位基站和一个5G微基站，且由UWB定位基站确定的球体与5G微基站确定的定位直线相切时，所述定位直线与所述球体的定位交点只有一个，因而该交点的坐标即为所述被定位物体的具体位置坐标。
虽然由于测量误差的存在，本方法得到的位置信息也是有误差的，但由于UWB基站在无墙壁遮挡的环境中测得的距离值是很准确的，5G基站由于MIMO天线阵列的使用，其测向准确度在各类基站定位中是比较高的，其结果有较大的准确度，而且受墙壁和建筑环境影响程度相较于测距而言也会低一些。本发明利用了UWB基站定位测距精度高和5G基站测向精度高的特点，将二者结合起来发挥各自优势，共同完成室内定位任务，不仅成本低，定位精度也可以满足室内高精度定位的需求。
实施例3：
当实施例2中的所述定位直线与所述球体的定位交点为多个时，计算任意两个定位交点之间的距离值，并选取所述距离值最小的对应的两个定位交点的中点；
确定所述中点与所述球心构成的线段所在的方向直线；
所述方向直线与所述球体的多个方向交点中，距离所述中点最近的方向交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
当所述被定位物体所在建筑物中设置有多个UWB定位基站和多个5G微基站时，定位交点会有多个。如图5所示，当所述被定位物体所在建筑物中有一个UWB定位基站和两个5G微基站时，由两个5G微基站提供被定位物体的角度信息，得到两条空间定位直线，这两条直线和UWB定位基站确定的球体会产生四个定位交点，计算四个定位交点中任意两个定位交点之间的距离，取其中距离最小的两个定位交点，得到两个定位交点的中点坐标并延伸至UWB的球体上，便可以得到被定位物体的空间坐标。
具体定位算法：
要实现对物体的定位就要有一个统一的坐标系，本实施例以建筑物的东南角为原点，分别以地板和墙壁的交线为x轴和y轴，以铅垂线为z轴建立坐标系，其示意图如图1所示，其中UWB定位基站的坐标为(x1,y1,z1)，第一5G微基站的坐标为(x2,y2,z2)，第二5G微基站的坐标为(x3,y3,z3)。
开始定位后，UWB基站通过TOA定位方式得到一个如图1所示的球体，被定位物体就在球体上的某一点处，该球体的坐标方程为：
(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2＝(Ct)2
其中C为光速，t为电磁脉冲信号从所述UWB定位基站传递至所述被定位物体经历的单程时间。
与此同时，两个5G微基站也会得到被定位物体与5G基站的AOA信息，即第一5G微基站与被定位物体之间的角度信息为
Figure BDA0002829311140000101
第二5G微基站与被定位物体之间的角度信息为
Figure BDA0002829311140000102
其中θ1为第一定位直线与三维坐标系的xoy平面之间的水平转角，
Figure BDA0002829311140000103
为第一定位直线与z坐标轴之间的垂直转角，θ2为第二定位直线与三维坐标系的xoy平面之间的水平转角，
Figure BDA0002829311140000111
为第二定位直线与z坐标轴之间的垂直转角，其示意图如图6所示。通过定位直线的转角信息便可以推出第一定位直线的直角坐标方程和第二定位直线的直角坐标方程分别为：
Figure BDA0002829311140000112
Figure BDA0002829311140000113
联立球体的坐标方程和两个定位直线方程：
Figure BDA0002829311140000114
便可以得到四个定位交点，坐标分别为：
Figure BDA0002829311140000115
Figure BDA0002829311140000116
Figure BDA0002829311140000117
Figure BDA0002829311140000118
其中
Figure BDA0002829311140000119
Figure BDA00028293111400001110
Figure BDA0002829311140000121
Figure BDA0002829311140000122
Figure BDA0002829311140000123
Figure BDA0002829311140000124
其中
a＝cosθ1
b＝sinθ1
Figure BDA0002829311140000125
d＝cosθ2
e＝sinθ2
Figure BDA0002829311140000126
利用空中两点间公式
Figure BDA0002829311140000127
计算任意两个定位交点之间的距离值，可以得到6个距离值，其中(xm,ym,zm)和(xn,yn,zn)表示任意两个定位交点的坐标。取其中距离最小的两个定位交点作为定位点并求其中点(x4,y4,z4)，连接此中点与UWB定位基站得到一条方向直线，这条方向直线和球体的交点便为被定位物体的实际坐标位置。
所述方向直线的坐标方程为：
Figure BDA0002829311140000128
联立方向直线方程和球体方程即可得到两个方向交点坐标，则距离中点(x4,y4,z4)最近的点的坐标即为被定位物体的坐标，此时由于三点都在一条直线上，所以距离判定使用x坐标比较即可，无需经过复杂计算。
作为一种可选的实施方式，如图7所示，当所述被定位物体所在建筑物有三个UWB定位基站和两个5G微基站时，由两个5G微基站分别确定的两条定位直线，与三个UWB定位基站分别确定的球体会产生多个定位交点，计算多个定位交点中任意两个定位交点之间的距离，取其中距离最小的两个定位交点的中点坐标并延伸至UWB的球体上便可以得到被定位物体的具体位置坐标。
本领域技术人员可以理解的是，本实施例所提供的上述一个UWB定位基站和两个5G微基站的情况以及三个UWB定位基站和两个5G微基站的情况，仅用于使本领域技术人员更好的理解本实施例所公开的方案，不应理解为对本发明的限制。
实施例4：
本发明还提供了一种融合5G通信和UWB的室内定位系统，包括：
球体确定模块、定位直线确定模块、融合模块和第一坐标计算模块；
所述球体确定模块用于以被定位物体所在建筑物中的UWB定位基站为球心，以UWB定位基站与所述被定位物体的距离为半径，得到一个球体；
所述定位直线确定模块用于根据所述被定位物体所在建筑物中的所述5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息确定定位直线，所述被定位物体与所述5G微基站之间的连线形成的线段在所述定位直线上；
所述融合模块用于获取所述定位直线与所述球体的定位交点；
所述第一坐标计算模用于在所述定位交点只有一个，则判定所述定位交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
实施例5：
如实施例4中的一种融合5G通信和UWB的室内定位系统，还包括：第二坐标计算模块；
所述第二坐标计算模块用于在所述定位交点为多个时，计算任意两个定位交点之间的距离值，并选取所述距离值最小的对应的两个定位交点的中点；确定所述中点与所述球心构成的线段所在的方向直线；所述方向直线与所述球体的多个方向交点中，距离所述中点最近的方向交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种融合5G通信和UWB的室内定位装置，其特征在于，包括：
UWB定位基站和5G微基站；
所述UWB定位基站布置于建筑物的中，且每一栋建筑物中至少设置一个所述UWB定位基站；
所述5G微基站布置于所述建筑物的中，且每一栋建筑物中至少设置一个所述5G微基站；
所述UWB定位基站用于测量被定位物体的距离信息；
所述5G微基站用于测量所述被定位物体的角度信息；
融合所述距离信息和所述角度信息得到所述被定位物体的具体位置坐标。
2.利用权利要求1所述室内定位装置的一种融合5G通信和UWB的室内定位方法，其特征在于，包括：
以被定位物体所在建筑物中的所述UWB定位基站为球心，以所述UWB定位基站与所述被定位物体的距离为半径，得到一个球体；
根据所述被定位物体所在建筑物中的所述5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息确定定位直线，所述被定位物体与所述5G微基站之间的连线形成的线段在所述定位直线上；
获取所述定位直线与所述球体的定位交点；
若所述定位交点只有一个，则所述定位交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
3.根据权利要求2所述的一种融合5G通信和UWB的室内定位方法，其特征在于，所述定位交点为多个时，计算任意两个所述定位交点之间的距离值，并选取所述距离值最小的对应的两个定位交点的中点；
确定所述中点与所述球心构成的线段所在的方向直线；
所述方向直线与所述球体的多个方向交点中，距离所述中点最近的方向交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
4.根据权利要求3所述的一种融合5G通信和UWB的室内定位方法，其特征在于，所述以被定位物体所在建筑物中的所述UWB定位基站为球心，以所述UWB定位基站与所述被定位物体的距离为半径，得到一个球体，具体方法包括：
以建筑物的东南角为原点，以地板和墙壁的交线分别为x轴和y轴，以铅垂线为z轴建立三维坐标系，则所述UWB定位基站的坐标为(x1,y1,z1)，对应的所述球体的坐标方程为：
(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2＝(Ct)2
其中，C为光速，t为电磁脉冲信号从所述UWB定位基站传递至所述被定位物体经历的单程时间。
5.根据权利要求4所述的一种融合5G通信和UWB的室内定位方法，其特征在于，所述根据所述被定位物体所在建筑物中的所述5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息确定定位直线，具体方法包括：
所述角度信息通过到达角度的定位方法计算得到；
当所述5G微基站的数量为两个时，第一5G微基站在所述三维坐标系中的坐标为(x2,y2,z2)，第二5G微基站在所述三维坐标系中的坐标为(x3,y3,z3)，则第一定位直线的坐标方程为：
Figure FDA0002829311130000021
其中，
Figure FDA0002829311130000023
为所述第一5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息，θ1为所述第一定位直线与所述三维坐标系的xoy平面之间的水平转角，
Figure FDA0002829311130000024
为所述第一定位直线与z坐标轴之间的垂直转角；
第二定位直线的坐标方程：
Figure FDA0002829311130000022
其中，
Figure FDA0002829311130000025
为所述第二5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息，θ2为所述第二定位直线与所述三维坐标系的xoy平面之间的水平转角，
Figure FDA0002829311130000026
为所述第二定位直线与z坐标轴之间的垂直转角。
6.根据权利要求5所述的一种融合5G通信和UWB的室内定位方法，其特征在于，所述获取所述定位直线与所述球体的定位交点，具体方法包括：
联立所述球体的坐标方程、所述第一定位直线的坐标方程和所述第二定位直线的坐标方程：
Figure FDA0002829311130000031
得到4个定位交点坐标，分别为：
Figure FDA0002829311130000032
Figure FDA0002829311130000033
Figure FDA0002829311130000034
Figure FDA0002829311130000035
其中
Figure FDA0002829311130000036
Figure FDA0002829311130000037
Figure FDA0002829311130000038
Figure FDA0002829311130000039
Figure FDA00028293111300000310
Figure FDA00028293111300000311
其中
a＝cosθ1
b＝sinθ1
Figure FDA0002829311130000041
d＝cosθ2
e＝sinθ2
Figure FDA0002829311130000042
7.根据权利要求6所述的一种融合5G通信和UWB的室内定位方法，其特征在于，根据两点间的距离公式：
Figure FDA0002829311130000043
计算任意两个定位交点之间的距离值，其中(xm,ym,zm)和(xn,yn,zn)表示任意两个定位交点的坐标。
8.根据权利要求7所述的一种融合5G通信和UWB的室内定位方法，其特征在于，所述方向直线的坐标方程为：
Figure FDA0002829311130000044
其中，(x4,y4,z4)表示为所述中点的坐标，
Figure FDA0002829311130000045
Figure FDA0002829311130000046
通过联立方向直线的坐标方程和所述球体的坐标方程得到方向交点坐标；
通过所述两点间的距离公式计算所述方向交点与所述中点之间的距离。
9.一种融合5G通信和UWB的室内定位系统，其特征在于，包括：球体确定模块、定位直线确定模块、融合模块和第一坐标计算模块；
所述球体确定模块用于以被定位物体所在建筑物中的UWB定位基站为球心，以UWB定位基站与被定位物体的距离为半径，得到一个球体；
所述定位直线确定模块用于根据被定位物体所在建筑物中的5G微基站与所述被定位物体之间的角度信息确定定位直线，所述被定位物体与所述5G微基站之间的连线形成的线段在所述定位直线上；
所述融合模块用于获取所述定位直线与所述球体的定位交点；
所述第一坐标计算模用于在所述定位交点只有一个，则判定所述定位交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
10.根据权利要求9所述的一种融合5G通信和UWB的室内定位系统，其特征在于，还包括：第二坐标计算模块；
所述第二坐标计算模块用于在所述定位交点为多个时，计算任意两个所述定位交点之间的距离值，并选取所述距离值最小的对应的两个定位交点的中点；确定所述中点与所述球心构成的线段所在的方向直线；所述方向直线与所述球体的多个方向交点中，距离所述中点最近的方向交点的坐标即为所述被定位物体的坐标。
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