CN114125703B - 一种基于uwb定位技术的双向通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UWB定位技术的双向通信系统及方法，所述系统包括：依次连接的中心应用服务器、位置解算服务器、数个UWB基站和数个UWB定位标签；UWB定位标签用于向UWB基站定时发送BLINK信号和请求参数下发信号，接收并响应来自所述UWB基站的推送消息；所述UWB基站用于接收所述BLINK信号和所述请求参数下发信号，将接收到BLINK信号的接收时间发送至位置解算服务器，以及接收来自中心应用服务器发送的推送消息，并根据请求参数下发信号将推送消息发送至对应的UWB定位标签。本发明在实现TDOA定位的同时，将数据下发到UWB定位标签，能够在不增加额外通信手段并且较小的功耗下实现数据双向传输。

Description

一种基于UWB定位技术的双向通信系统及方法

技术领域

本发明涉及UWB定位技术领域，特别是涉及一种基于UWB定位技术的双向通信系统及方法。

背景技术

随着定位技术的发展，UWB定位技术逐渐应用在越来越多的行业领域中，目前，常用的UWB定位算法包括双边测距(TWR)的UWB定位算法和基于差分飞行时间(TDOA)的UWB定位算法，TWR算法具有较好的精准度，但TWR系统所需要的定位基站较多，容纳的终端数量较少，且定位基站和主定位基站之间的通信区域限制了区域的大小。而TDOA算法虽然具有很好的精准度，相对容纳的定位终端数量更多，而定位基站的数量相对也比较少，可以在不更改系统或设置的情况下向系统添加定位基站，但TDOA算法主要为单向通信方式，标签功能单一，无法实现数据回传，并且无法实现定位标签的参数配置，需要在原有系统的基础上额外增加其他的通信方式进行通信配置，增加了实施成本和配置难度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种对UWB定位标签的通信方式进行增强，在实现TDOA定位的同时，将数据下发到UWB定位标签，能够在不增加额外通信手段并且较小的功耗下实现数据双向传输的基于UWB定位技术的双向通信系统及方法。

第一方面，本发明提供了一种基于UWB定位技术的双向通信系统，所述系统包括：

依次连接的中心应用服务器、位置解算服务器、数个UWB基站和数个UWB定位标签；

所述UWB定位标签用于向所述WUB定位标签覆盖范围内的数个所述UWB基站定时发送BLINK信号和请求参数下发信号，接收并响应来自所述UWB基站的推送消息；

所述UWB基站用于接收来自所述UWB定位标签的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号，并将接收到所述BLINK信号的接收时间发送至所述位置解算服务器，以及接收来自所述中心应用服务器通过所述位置解算服务器发送的所述推送消息，并根据所述请求参数下发信号将所述推送消息发送至对应的所述UWB定位标签；

所述位置解算服务器用于根据接收到的所述接收时间进行定位解算，得到所述UWB定位标签的定位信息，并将所述定位信息发送给所述中心应用服务器。

进一步地，所述UWB定位标签包括：

第一发送模式，用于以TDOA方式在预设的第一信道下按照预设的第一时长定时向所述UWB基站发送定位BLINK信号，并根据预设的第二时长，发送请求参数下发信号；

第一接收模式，用于在所述请求参数下发信号发送完成之后，切换到预设的第二信道，在预设的第三时长内，等待所述UWB基站的推送消息。

进一步地，所述UWB定位标签用于在所述预设的第三时长内，若收到所述推送消息，对所述推送消息进行处理，若否，则将信道切换至所述预设的第一信道进入所述第一发送模式。

进一步地，所述UWB基站包括：

第二接收模式，用于在所述预设的第一信道内接收所述UWB定位标签发送的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号；

第二发送模式，用于根据所述请求参数下发信号对应的所述推送消息，将信道切换至所述预设的第二信道，并将所述推送消息发送至所述UWB定位标签。

进一步地，所述系统还包括客户端，所述客户端用于根据用户请求向所述中心应用服务器发送所述推送消息。

第二方面，本发明提供了一种基于UWB定位技术的双向通信方法，所述方法包括：

UWB定位标签向所述UWB定位标签覆盖范围内的数个所述UWB基站定时发送BLINK信号和请求参数下发信号；

所述UWB基站接收来自中心应用服务器通过位置解算服务器发送的推送消息，以及接收来自所述UWB定位标签的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号，将接收到所述BLINK信号的接收时间发送至所述位置解算服务器，并根据接收到的所述请求参数下发信号将所述推送消息发送至对应的所述UWB定位标签；

所述位置解算服务器根据接收到的所述接收时间进行定位解算，得到所述UWB定位标签的定位信息，并将所述定位信息发送至所述中心应用服务器；

所述UWB定位标签接收并响应所述UWB基站发送的所述推送消息。

进一步地，所述方法还包括：

所述UWB定位标签以TDOA方式在预设的第一信道下按照预设的第一时长定时向所述UWB基站发送BLINK信号，并根据预设的第二时长，发送请求参数下发信号；

所述UWB定位标签在所述请求参数下发信号发送完成之后，从所述预设的第一信道切换到预设的第二信道，并在预设的第三时长内，等待所述UWB基站的推送消息。

进一步地，所述UWB定位标签在所述预设的第三时长内，若收到所述推送消息，对所述推送消息进行处理，若否，则将信道切换至所述预设的第一信道。

进一步地，所述方法还包括：

所述UWB基站在所述预设的第一信道内接收所述UWB定位标签发送的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号；

所述UWB基站根据所述请求参数下发信号对应的所述推送消息，将信道从所述预设的第一信道切换至所述预设的第二信道，将所述推送消息发送至所述UWB定位标签。

进一步地，客户端根据用户请求向所述中心应用服务器发送所述推送消息。

上述本发明提供了一种基于UWB定位技术的双向通信系统及方法。通过所述系统，对UWB定位标签的通信方式进行增强，本发明能够在实现TDOA定位的同时将数据下发到UWB定位标签，在不增加额外的通信设备下，以较小的功耗代价实现数据的双向通信，这对于现有的UWB定位技术领域来说，是非常有意义的。

附图说明

图1是本发明实施例中基于UWB定位技术的双向通信系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中UWB基站的工作流程示意图；

图3是本发明实施例中UWB定位标签的工作流程示意图；

图4是本发明实施例中基于UWB定位技术的双向通信方法的流程示意图；

图5是图4中步骤S10的流程示意图；

图6是图4中步骤S20的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参阅图1，本发明第一实施例提出的一种基于UWB定位技术的双向通信系统，包括：中心应用服务器1、位置解算服务器2、数个UWB基站3和数个UWB定位标签4，其中，和常规的UWB定位技术相同的是，中心应用服务器1通过以太网和交换机连接到位置解算服务器2，位置解算服务器2通过以太网和POE交换机与多个UWB基站相连接，UWB基站与多个UWB定位标签通过UWB无线通信相连接。UWB定位标签4会定时向其周围的UWB基站3发送定位的BLINK信号供位置解算服务器2进行定位解算，位置解算服务器2将定位结果发送给中心应用服务器1，其定位过程可参阅现有UWB定位解算方法，在此不再赘述。

现有的UWB定位系统的问题在于UWB定位标签的功能很单一，无法实现数据回传，也不能实现UWB定位标签的参数配置，为此，我们在现有的UWB定位系统上对UWB定位标签的通信方式进行了增强，以使UWB基站和UWB定位标签之间能够实现双向的数据传输。具体的过程如图2和图3所示。

如图2所示的UWB定位标签4工作流程图中，UWB定位标签4除了原有的定时以TDOA方式向四周的UWB基站3发送定位BLINK信号之外，我们还给UWB定位标签4增加了定时发送请求参数下发信号到UWB基站的功能。UWB定位标签4包括两种模式：发送模式和接收模式。

其中，在发送模式下，UWB定位标签4会按照预设的时长定时向周围的UWB基站3发送定位BLINK信号，同时，我们还提前预设了另外一种时长，用于定时向周围的UWB基站3发送请求参数下发信号，当UWB定位标签4发送定位BLINK信号之后，会判断是否到达了发送请求参数下发状态，若没有到达该状态，则等待预设的时间后继续发送定位BLINK信号，若到到该状态，则会向周围的UWB基站3发送请求参数下发信号，并会等待是否有回复消息，从而可以达到与UWB基站3之间的双向通信。

当同一环境内有很多UWB定位标签4时，为减少UWB定位标签4接收到过多的干扰消息，在UWB定位标签4发送请求参数下发信号后，会立即切换信道，在一个非定位的信道上进行等待UWB基站3的推送消息。在实际情况下，UWB定位标签4在信道2上发送定位BLINK信号和请求参数下发信号，在请求参数下发信号发送完成之后，会立即切换至信道3等待是否有推送消息到达。此时，UWB定位标签4进入接收模式，在接收模式下，UWB定位标签4会等待一定的时间，根据实验可得，我们将该段时间设置为10ms，在10ms内，若UWB定位标签4收到了来自UWB基站3的推送消息，则会立刻处理消息。若在该时间内没有收到推送消息，则会将UWB定位标签4的信道切换至发送模式下，在本实施例中即将信道由3切换回2，继续定时发送定位BLINK信号。应当理解的是，上述的UWB定位标签的发送过程以及设置的信道和时长只是一种优选的方式，具体的设置可以根据实施情况灵活配置，在此并不做具体的限制。

为了降低UWB定位标签4等待的时间过长而导致的功耗问题，我们采用了间歇请求UWB基站3下发参数的方式，并且还将UWB定位标签4增加了休眠模式，当UWB定位标签4在接收模式下等待预定的时长后仍未收到推送消息，则退出接收模式，进入休眠模式，在此模式下UWB定位标签4会进行休眠从而降低UWB定位标签4的功耗，直到到达发送定位BLINK信号时，才会切换信道进入发送模式。当然，休眠模式也是优选的方式，并非具体的限定，要根据情况灵活配置。

如图3所示的UWB基站3的工作流程图中，UWB基站3对应的也分为接收模式和发送模式两种，其中UWB基站3在初始化完成后会进入接收模式，在接收模式下就可以开始接收来自UWB定位标签4的信号，即定位BLINK信号和请求参数下发信号，当UWB基站3收到信号后会判断收到的信号是否为请求参数下发信号，若否，则不用理会信号，继续等待接收信号，若是请求参数下发信号，UWB基站3会检查推送消息队列中是否有该UWB定位标签4的尚未推送的推送消息，其中推送消息队列中的推送消息是通过以太网和位置结算服务器2的来自中心应用程序1发送的推送消息。

UWB基站3在收到请求参数下发信号之后，在推送消息队列中查找是否有该UWB定位标签4的推送消息，若无，则忽略该请求参数下发信号，若有，则将UWB定位标签4对应的推送消息从推送消息队列中取出，准备发送到对应的UWB定位标签4。此时，UWB基站3会从接收模式转为发送模式，为了规避开定位信道减少与其他标签的BLINK信号的碰撞干扰，增加消息推送的成功率，UWB基站3会切换信道后进入发送模式，并将推送消息发送到对应的UWB定位标签4，发送完成后，再次切换信道回到接收模式下等待接收信号。比如UWB基站3会在信道2上接收来自UWB定位标签4的信号，并切换到信道3上进行推送消息的发送。在实际情况中，UWB基站3在定位的时候即使没有标签消息推送，主基站也是会定时发送广播信号进行时钟同步，以提高TDOA计算的结果质量，UWB基站3对定位标签的消息推送并不是连续推送的，类似时钟同步，1s时间内只会推送特定的次数，由于每次推送的时间极短小于1ms执行时间，故对系统的定位信息影响甚小，可忽略不计。

本实施例中一种优选的方式是，系统还包括了客户端5，客户端5根据用户请求将推送消息发送到中心应用服务器1。在本实施例中推送消息包括参数配置和报警推送等，比如配置标签的定位BLINK信号上报速率是多少Hz，或者响应某一类的动作如危险区域报警、超时报警、脱岗报警等，本地可以执行声光提示，并且系统还可以将报警信息发送到客户端5以供客户及时了解情况。具体设置可以根据实际情况灵活配置，在此不再赘述。

本实施例提供的基于UWB定位技术的双向通信系统，相比传统方法标签功能单一，无法实现数据回传和实现定位标签参数配置的问题，本发明能够在不需要额外增加其他通信方式进行通信配置的情况下，对UWB定位标签的通信方式进行增强，在实现TDOA定位的同时，将数据下发到UWB定位标签，能够在不增加额外通信手段并且较小的功耗下实现数据双向传输。

请参阅图4，基于同一发明构思，本发明第二实施例提出的基于UWB定位技术的双向通信方法，包括步骤S10～S40:

步骤S10，UWB定位标签向所述UWB定位标签覆盖范围内的数个所述UWB基站定时发送BLINK信号和请求参数下发信号。

其中，UWB定位标签发送BLINK信号和请求参数下发信号的步骤如图5所示：

步骤S101，所述UWB定位标签以TDOA方式在预设的第一信道下按照预设的第一时长定时向所述UWB基站发送BLINK信号，并根据预设的第二时长，发送请求参数下发信号。

步骤S102，所述UWB定位标签在所述请求参数下发信号发送完成之后，从所述预设的第一信道切换到预设的第二信道，并在预设的第三时长内，等待所述UWB基站的推送消息。

如果UWB定位标签在所述预设的第三时长内，若收到所述推送消息，对所述推送消息进行处理，否则就会将信道切换至所述预设的第一信道，准备下一次的BLINK信号发送。

步骤S20，所述UWB基站接收来自中心应用服务器通过位置解算服务器发送的推送消息，以及接收来自所述UWB定位标签的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号，将接收到所述BLINK信号的接收时间发送至所述位置解算服务器，并根据接收到的所述请求参数下发信号将所述推送消息发送至对应的所述UWB定位标签。

其中，UWB发送接收时间以供位置解算服务器进行定位解算的过程和常规定位方法相同，在此不再赘述。UWB基站发送推送消息和接收来自UWB定位标签的信号使用了不同的信道，具体的步骤如图6所示：

步骤S201，所述UWB基站在所述预设的第一信道内接收所述UWB定位标签发送的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号。

步骤S202，所述UWB基站根据所述请求参数下发信号对应的所述推送消息，将信道从所述预设的第一信道切换至所述预设的第二信道，将所述推送消息发送至所述UWB定位标签。

步骤S30，所述位置解算服务器根据接收到的所述接收时间进行定位解算，得到所述UWB定位标签的定位信息，并将所述定位信息发送至所述中心应用服务器。

步骤S40，所述UWB定位标签接收并响应所述UWB基站发送的所述推送消息。

本实施例中优选的，通过客户端接收用户请求，并根据用户请求向中心应用服务器发送推送消息。推送消息包括参数配置和报警推送。

本发明实施例提出的基于UWB定位技术的双向通信方法的技术特征和技术效果与本发明实施例提出的系统相同，在此不予赘述。上述基于UWB定位技术的双向通信系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

综上，本发明实施例提出的基于UWB定位技术的双向通信系统及方法，所述系统通过依次连接的中心应用服务器、位置解算服务器、数个UWB基站和数个UWB定位标签；所述UWB定位标签用于向所述WUB定位标签覆盖范围内的数个所述UWB基站定时发送BLINK信号和请求参数下发信号，接收并响应来自所述UWB基站的推送消息；所述UWB基站用于接收来自所述UWB定位标签的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号，并将接收到所述BLINK信号的接收时间发送至所述位置解算服务器，以及接收来自所述中心应用服务器通过所述位置解算服务器发送的所述推送消息，并根据所述请求参数下发信号将所述推送消息发送至对应的所述UWB定位标签；所述位置解算服务器用于根据接收到的所述接收时间进行定位解算，得到所述UWB定位标签的定位信息，并将所述定位信息发送给所述中心应用服务器。该方法在不需要额外增加其他通信方式进行通信配置的情况下，对UWB定位标签的通信方式进行增强，在实现TDOA定位的同时，将数据下发到UWB定位标签，实现了数据的双向通信。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于UWB定位技术的双向通信系统，其特征在于，包括：

依次连接的中心应用服务器、位置解算服务器、数个UWB基站和数个UWB定位标签；

所述UWB定位标签用于向所述UWB定位标签覆盖范围内的数个所述UWB基站定时发送BLINK信号和请求参数下发信号，接收并响应来自所述UWB基站的推送消息；

所述UWB定位标签包括：

第一发送模式，用于以TDOA方式在预设的第一信道下按照预设的第一时长定时向所述UWB基站发送定位BLINK信号，并根据预设的第二时长，发送请求参数下发信号；

第一接收模式，用于在所述请求参数下发信号发送完成之后，切换到预设的第二信道，在预设的第三时长内，等待所述UWB基站的推送消息；

所述UWB基站用于接收来自所述UWB定位标签的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号，并将接收到所述BLINK信号的接收时间发送至所述位置解算服务器，以及接收来自所述中心应用服务器通过所述位置解算服务器发送的所述推送消息，并根据所述请求参数下发信号将所述推送消息发送至对应的所述UWB定位标签；

所述位置解算服务器用于根据接收到的所述接收时间进行定位解算，得到所述UWB定位标签的定位信息，并将所述定位信息发送给所述中心应用服务器。

2.根据权利要求1所述的基于UWB定位技术的双向通信系统，其特征在于，所述UWB定位标签用于在所述预设的第三时长内，若收到所述推送消息，对所述推送消息进行处理，若否，则将信道切换至所述预设的第一信道进入所述第一发送模式。

3.根据权利要求2所述的基于UWB定位技术的双向通信系统，其特征在于，所述UWB基站包括：

第二接收模式，用于在所述预设的第一信道内接收所述UWB定位标签发送的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号；

第二发送模式，用于根据所述请求参数下发信号对应的所述推送消息，将信道切换至所述预设的第二信道，并将所述推送消息发送至所述UWB定位标签。

4.根据权利要求1所述的基于UWB定位技术的双向通信系统，其特征在于，所述系统还包括客户端，所述客户端用于根据用户请求向所述中心应用服务器发送所述推送消息。

5.一种基于UWB定位技术的双向通信方法，其特征在于，包括：

UWB定位标签向所述UWB定位标签覆盖范围内的数个所述UWB基站定时发送BLINK信号和请求参数下发信号；具体为：

所述UWB定位标签以TDOA方式在预设的第一信道下按照预设的第一时长定时向所述UWB基站发送BLINK信号，并根据预设的第二时长，发送请求参数下发信号；

所述UWB定位标签在所述请求参数下发信号发送完成之后，从所述预设的第一信道切换到预设的第二信道，并在预设的第三时长内，等待所述UWB基站的推送消息；

所述UWB基站接收来自中心应用服务器通过位置解算服务器发送的推送消息，以及接收来自所述UWB定位标签的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号，将接收到所述BLINK信号的接收时间发送至所述位置解算服务器，并根据接收到的所述请求参数下发信号将所述推送消息发送至对应的所述UWB定位标签；

所述位置解算服务器根据接收到的所述接收时间进行定位解算，得到所述UWB定位标签的定位信息，并将所述定位信息发送至所述中心应用服务器；

所述UWB定位标签接收并响应所述UWB基站发送的所述推送消息。

6.根据权利要求5所述基于UWB定位技术的双向通信方法，其特征在于，所述UWB定位标签在所述预设的第三时长内，若收到所述推送消息，对所述推送消息进行处理，若否，则将信道切换至所述预设的第一信道。

7.根据权利要求6所述基于UWB定位技术的双向通信方法，其特征在于，所述根据接收到的所述请求参数下发信号将所述推送消息发送至对应的所述UWB定位标签的步骤包括：

所述UWB基站在所述预设的第一信道内接收所述UWB定位标签发送的所述BLINK信号和所述请求参数下发信号；

所述UWB基站根据所述请求参数下发信号对应的所述推送消息，将信道从所述预设的第一信道切换至所述预设的第二信道，将所述推送消息发送至所述UWB定位标签。

8.根据权利要求5所述的基于UWB定位技术的双向通信方法，其特征在于，客户端根据用户请求向所述中心应用服务器发送所述推送消息。