CN113030859B - 一种基于时分多址的uwb室内定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于时分多址的UWB室内定位方法,步骤包括:在定位区域内设置N个基站BS i ;终端MS发射一次UWB信号并记录发送时间戳TMST;基站BS i 接收到UWB信号后记录接收时间戳TBSR1(i);中心基站发射一次UWB信号并记录发送时间戳TBST;定位基站接收到UWB信号后记录接收时间戳TBSR2(i);参数构建定位解算矩阵求得终端MS的坐标。该UWB室内定位方法利用N个基站BS i 进行组合定位,能够有效增强终端MS的定位精度,实现基站的负载平衡;利用两次发射UWB信号从而通过TDOA定位方法进行终端MS定位,降低UWB室内定位系统的部署成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种UWB室内定位方法,尤其是一种基于时分多址的UWB室内定位方法。
背景技术
UWB超宽带技术与传统通信技术有极大的差异,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。超宽带室内定位可用于各个领域的室内精确定位和导航,包括人和大型物品,例如贵重物品仓储、矿井人员定位、机器人运动跟踪、汽车地库停车等。
以人员定位和物品定位为例,现有技术中会将UWB移动设备佩戴或固定在人员和物品之上,并在定位区域内设立至少3座基站,采取TOF或TDOA的计算方法完成区域内人员和物品的实时定位和管理。工作过程是:(1)、TOF算法:UWB移动设备分别和至少3座基站完成POLL、RESPONSE、REPORT三帧通信,并通过飞行时间差乘以光速,计算UWB移动设备和每座基站之间的距离,再通过空间坐标系进行解析几何计算,确定UWB设备所在位置;(2)、TDOA算法:UWB移动设备向至少3座基站发送1次通信帧,其中每2个UWB基站通过接收到此通信帧的时间差得到的距离差为固定值,即可绘制出以2个UWB基站作为焦点的双曲线,通过3座基站的排列组合,得到三条双曲线的相交点,确定UWB设备所在位置。
随着UWB室内定位技术的不断应用,特别是人员密集场所、强制监管场所、物流行业对于系统容量需求的不断增长,UWB室内定位系统的容量提升势在必行。现有的UWB室内定位技术包括TOF定位、TDOA定位等,每种定位技术都需要一定的无线通信交互,对于高精度实时定位系统来说,系统的实时性和稳定性十分重要,而现有的UWB室内定位技术,系统容量低,通信抗干扰性能差,系统实时性差,不具备大容量的人员和物品的定位需求,不利于大容量装机时的实时稳定运行。
发明内容
发明目的:提供一种基于时分多址的UWB室内定位方法,具有较高的定位精度,且通信抗干扰性能强,能够满足大容量的人员和物品的定位需求。
技术方案:本发明所述的基于时分多址的UWB室内定位方法,包括如下步骤:
进一步的,步骤2.3中,本地工作时间算法如下:
进一步的,步骤2.4中,本地校时差值算法如下:
进一步的,步骤6中,根据两次发送UWB信号时记录的参数构建定位解算矩阵时,具体步骤为:
步骤6.2,根据中心基站发射的UWB信号时记录的参数构建矩阵为:
步骤6.3,根据步骤6.1得到:
于是,进一步计算得到如下差值矩阵:
再根据步骤6.2得到定位基站与中心基站的UWB计时器相对偏差为:
于是有:
本发明与现有技术相比,其有益效果是:利用个基站进行组合定位,从而能够有效增强终端的定位精度,实现基站的负载平衡;利用先后两次进行UWB信号发射,从而能够通过UWB的TDOA定位方法进行终端定位,降低UWB室内定位系统的部署成本,提升UWB室内定位系统的装机容量,提升终端的续航性能;利用基于双曲线方程的位置坐标解算法,从而能够有效提升解算速度,提高解算精度;利用本地工作时间算法和本地校时差值算法,从而能够有效降低终端与系统时间的同步偏差,提升大容量装机时的实时性和稳定性;利用终端和基站的单元模块化细分,从而能够有效降低终端和基站的内部耦合程度,提升UWB室内定位系统的可维护性和稳定性,并降低基站的部署成本,提升终端的续航性能。
附图说明
图1为本发明的方法流程图;
图4为本发明的时分多址方法的原理示意图;
图5为本发明的基于UWB的TDOA室内定位方法的流程示意图;
图6为本发明的TDOA室内定位方法的解算方法的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1:
如图1和5所示,本发明所述的基于时分多址的UWB室内定位方法,包括如下步骤:
利用个基站进行组合定位,从而能够有效增强终端的定位精度,实现基站的负载平衡;利用先后两次进行UWB信号发射,从而能够通过UWB的TDOA定位方法进行终端定位,降低UWB室内定位系统的部署成本,提升UWB室内定位系统的装机容量,提升终端的续航性能。
利用本地工作时间算法和本地校时差值算法,从而能够有效降低终端与系统时间的同步偏差,提升大容量装机时的实时性和稳定性。
进一步的,步骤2.3中,本地工作时间算法如下:
进一步的,步骤2.4中,本地校时差值算法如下:
进一步的,步骤6中,根据两次发送UWB信号时记录的参数构建定位解算矩阵时,具体步骤为:
步骤6.2,根据中心基站发射的UWB信号时记录的参数构建矩阵为:
步骤6.3,根据步骤6.1得到:
于是,进一步计算得到如下差值矩阵:
再根据步骤6.2得到定位基站与中心基站的UWB计时器相对偏差为:
于是有:
利用基于双曲线方程的位置坐标解算法,从而能够有效提升解算速度,提高解算精度。
利用基站的单元模块化细分,能够有效降低基站内部模块单元之间的耦合程度,提升UWB室内定位系统的可维护性和稳定性,并降低基站的部署成本。
利用终端的单元模块化细分,能够有效降低终端内部模块单元之间的耦合程度,提升UWB室内定位系统的可维护性和稳定性,并提升终端的续航性能。
如上所述,尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明,但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下,可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (9)
1.一种基于时分多址的UWB室内定位方法,其特征在于,包括如下步骤:
5.根据权利要求1所述的基于时分多址的UWB室内定位方法,其特征在于,步骤6中,根据两次发送UWB信号时记录的参数构建定位解算矩阵时,具体步骤为:
步骤6.2,根据中心基站发射的UWB信号时记录的参数构建矩阵为:
步骤6.3,根据步骤6.1得到:
于是,进一步计算得到如下差值矩阵:
再根据步骤6.2得到定位基站与中心基站的UWB计时器相对偏差为:
于是有:
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