CN114966527A - Uwb通讯系统定位装置及通过测距获取粗略方位角的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种UWB通讯系统定位装置，包括UWB信号发射终端、UWB信号接收终端及操控软件系统，UWB信号发射终端与一个UWB信号接收终端构成一个检测组，且同一检测组的UWB信号发射终端、UWB信号接收终端间无线连接，操控软件系统嵌于UWB信号接收终端内，并通过UWB信号接收终端与UWB信号发射终端建立数据连接。其获取粗略方位角的方法包括系统设置及检测作业等两个步骤。本发明一方面系统构成结构简单，使用灵活方便，通用性好，且运行中可实现不依赖传统的通讯基站进行通讯信号中继服务，即可获得像个目标间的间距及相对方位角，从而实现目标测距、方位角快速定位。

Description

UWB通讯系统定位装置及通过测距获取粗略方位角的方法
技术领域
本发明涉及一种UWB通讯系统定位装置及通过测距获取粗略方位角的方法，属信息通讯技术领域。
背景技术
UWB：超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术是一种无线载波通信技术。通过两个搭载UWB的设备之间的长距离通讯，进行测距以及方向角的确认来达到在使用场地寻车的目的。
目前基于UWB技术的车辆寻找系统均采用基站加标签方式，该方式就要求使用场地必须事先部署大量UWB基站，才可以完成精确定位。而由于目前如车辆、集群无人机系统等大量密集排布的设备场景增加，因此对快速、便捷的定位方法需求越来越大，而由于目前该技术对铜须基站的需求，致此技术无法在实际生活场景中应用。
因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的UWB最小通讯系统定位系统及方法，以满足实际使用的需要。
发明内容
为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种UWB通讯系统定位装置及方法。
一种UWB通讯系统定位装置，包括UWB信号发射终端、UWB信号接收终端及操控软件系统，UWB信号发射终端与一个UWB信号接收终端构成一个检测组，且同一检测组的UWB信号发射终端、UWB信号接收终端间无线连接，操控软件系统嵌于UWB信号接收终端内，并通过UWB信号接收终端与UWB信号发射终端建立数据连接。
进一步的，所述的UWB信号发射终端包括承载壳、基于UWB芯片的无线通讯电路、多路直流电源、接线端子、通讯天线及驱动电路，所述承载壳为横断面呈矩形的闭合腔体结构，所述基于UWB芯片的无线通讯电路、多路直流电源、驱动电路均嵌于承载壳内，所述接线端子嵌于承载壳外表面，并与多路直流电源和驱动电路电气连接，所述通讯天线至少一条，嵌于承载壳内，环绕承载壳轴线呈螺旋状嵌于承载壳侧壁内表面，并与基于UWB芯片的无线通讯电路电气连接，所述驱动电路另与基于UWB芯片的无线通讯电路、多路直流电源、接线端子、通讯天线电气连接。
进一步的，所述的UWB信号接收终端包括连接机构、防护壳、基于UWB芯片的无线通讯电路、无线通讯电路、驱动电路、数据处理电路、串口通讯电路、操控界面、接线端子及通讯天线，所述防护壳外表面与连接机构连接，且连接机构至少两个，并环绕防护壳轴线均布，所述基于UWB芯片的无线通讯电路、无线通讯电路、驱动电路、数据处理电路、串口通讯电路均嵌于防护壳内，所述数据处理电路与驱动电路电气连接，且驱动电路分别与基于UWB芯片的无线通讯电路、无线通讯电路、串口通讯电路、操控界面、接线端子及通讯天线电气连接，所述操控界面、接线端子均嵌于防护壳外表面，所述通讯天线嵌于防护壳内，并与防护壳侧壁内表面连接。
进一步的，所述的驱动电路、数据处理电路均为以DSP芯片、FPGA芯片中任意一种为基础的电路系统，且驱动电路、数据处理电路均设晶振计时电路，且所述数据处理电路另设SD卡电路。
进一步的，所述UWB信号发射终端、UWB信号接收终端均设辅助驱动蓄电池。
进一步的，所述操控软件系统为APP软件系统，且操控软件系统中另设电磁波时差计算函数。
进一步的，所述电磁波时差计算函数为：
Figure BDA0003652005300000031
其中：
Tprop：需要测算的电磁波飞行的时间差；
Tround1：A设备上第一次发送消息到第二次发送消息之间的时间差；
Treply1：B设备上第一次回复消息到第二次回复消息之间的时间差；
Tround2：A设备上第二次发送消息到第三次发送消息之间的时间差；
Treply2：B设备上第二次回复消息到第三次回复消息之间的时间差。
一种基于UWB通讯系统定位装置的通过测距获取粗略方位角的方法，包括如下步骤：
S1，系统设置，首先设置一个UWB信号发射终端和一个UWB信号接收终端，并在UWB信号接收终端中安装运行操控软件系统，然后使UWB信号发射终端和UWB信号接收终端间建立数据连接，并通过协调UWB信号发射终端和UWB信号接收终端的晶振时钟电路，使UWB信号发射终端和UWB信号接收终端同步运行,并由操控软件系统设定UWB信号发射终端发射信号频率，最后将UWB信号发射终端安装至指定目标位置，将UWB信号接收终端安装至移动测距目标处，并同时驱动UWB信号发射终端和UWB信号接收终端运行；
S2,检测作业，移动测距目标携带UWB信号接收终端运行至UWB信号发射终端信号发射范围，由UWB信号接收终端根据S1步骤设定的发射信号频率，在随移动测距目标运行中，同步接收UWB信号发射终端，然后根据接收的UWB信号发射终端的信号，通过操控软件系统的电磁波时差计算函数进行UWB信号发射终端和UWB信号接收终端测距作业，然后以UWB信号发射终端为圆心，UWB信号发射终端和UWB信号接收终端测距间间距为半径，相邻两次测距作业时UWB信号接收终端之间间距为弦长，即可利用半径和弦长计算当前UWB信号接收终端与UWB信号发射终端之间方位角。
本发明一方面系统构成结构简单，使用灵活方便，通用性好，且运行中可实现不依赖传统的通讯基站进行通讯信号中继服务，即可获得像个目标间的间距及相对方位角，从而实现目标测距、方位角快速定位。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明系统结构示意图；
图2为UWB信号发射终端结构示意图；
图3为UWB信号接收终端结构示意图；
图4为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1—3所示，一种UWB通讯系统定位装置，包括UWB信号发射终端1、UWB信号接收终端2及操控软件系统3，UWB信号发射终端1与一个UWB信号接收终端2构成一个检测组，且同一检测组的UWB信号发射终端1、UWB信号接收终端2间无线连接，操控软件系统3嵌于UWB信号接收终端2内，并通过UWB信号接收终端2与UWB信号发射终端1建立数据连接。
本实施例中，所述的UWB信号发射终端1包括承载壳11、基于UWB芯片的无线通讯电路12、多路直流电源13、接线端子14、通讯天线15及驱动电路16，所述承载壳11为横断面呈矩形的闭合腔体结构，所述基于UWB芯片的无线通讯电路12、多路直流电源13、驱动电路16均嵌于承载壳11内，所述接线端子14嵌于承载壳11外表面，并与多路直流电源13和驱动电路16电气连接，所述通讯天线15至少一条，嵌于承载壳11内，环绕承载壳11轴线呈螺旋状嵌于承载壳11侧壁内表面，并与基于UWB芯片的无线通讯电路12电气连接，所述驱动电路16另与基于UWB芯片的无线通讯电路12、多路直流电源13、接线端子14、通讯天线15电气连接。
同时，所述的UWB信号接收终端2包括连接机构21、防护壳22、基于UWB芯片的无线通讯电路12、无线通讯电路23、驱动电路16、数据处理电路25、串口通讯电路26、操控界面24、接线端子14及通讯天线15，所述防护壳22外表面与连接机构21连接，且连接机构21至少两个，并环绕防护壳22轴线均布，所述基于UWB芯片的无线通讯电路12、无线通讯电路23、驱动电路16、数据处理电路25、串口通讯电路26均嵌于防护壳22内，所述数据处理电路25与驱动电路16电气连接，且驱动电路16分别与基于UWB芯片的无线通讯电路12、无线通讯电路23、串口通讯电路26、操控界面24、接线端子14及通讯天线15电气连接，所述操控界面24、接线端子14均嵌于防护壳22外表面，所述通讯天线15嵌于防护壳22内，并与防护壳22侧壁内表面连接。
同时，所述的驱动电路16、数据处理电路26均为以DSP芯片、FPGA芯片中任意一种为基础的电路系统，且驱动电路16、数据处理电路26均设晶振计时电路，且所述数据处理电路26另设SD卡电路。
进一步说明的，所述UWB信号发射终端1、UWB信号接收终端2均设辅助驱动蓄电池。
此外，所述操控软件系统3为APP软件系统，且操控软件系统3中另设电磁波时差计算函数。
需要特别说明的，所述电磁波时差计算函数为：
Figure BDA0003652005300000061
其中：
Tprop：需要测算的电磁波飞行的时间差；
Tround1：A设备上第一次发送消息到第二次发送消息之间的时间差；
Treply1：B设备上第一次回复消息到第二次回复消息之间的时间差；
Tround2：A设备上第二次发送消息到第三次发送消息之间的时间差；
Treply2：B设备上第二次回复消息到第三次回复消息之间的时间差。
一种基于UWB通讯系统定位装置的通过测距获取粗略方位角的方法，包括如下步骤：
S1，系统设置，首先设置一个UWB信号发射终端和一个UWB信号接收终端，并在UWB信号接收终端中安装运行操控软件系统，然后使UWB信号发射终端和UWB信号接收终端间建立数据连接，并通过协调UWB信号发射终端和UWB信号接收终端的晶振时钟电路，使UWB信号发射终端和UWB信号接收终端同步运行,并由操控软件系统设定UWB信号发射终端发射信号频率，最后将UWB信号发射终端安装至指定目标位置，将UWB信号接收终端安装至移动测距目标处，并同时驱动UWB信号发射终端和UWB信号接收终端运行；
S2,检测作业，移动测距目标携带UWB信号接收终端运行至UWB信号发射终端信号发射范围，由UWB信号接收终端根据S1步骤设定的发射信号频率，在随移动测距目标运行中，同步接收UWB信号发射终端，然后根据接收的UWB信号发射终端的信号，通过操控软件系统的电磁波时差计算函数进行UWB信号发射终端和UWB信号接收终端测距作业，然后以UWB信号发射终端为圆心，UWB信号发射终端和UWB信号接收终端测距间间距为半径，相邻两次测距作业时UWB信号接收终端之间间距为弦长，即可利用半径和弦长计算当前UWB信号接收终端与UWB信号发射终端之间方位角。
本发明一方面系统构成结构简单，使用灵活方便，通用性好，且运行中可实现不依赖传统的通讯基站进行通讯信号中继服务，即可获得像个目标间的间距及相对方位角，从而实现目标测距、方位角快速定位。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种UWB通讯系统定位装置，其特征在于：所述的UWB通讯系统定位装置包括UWB信号发射终端、UWB信号接收终端及操控软件系统，所述UWB信号发射终端与一个UWB信号接收终端构成一个检测组，且同一检测组的UWB信号发射终端、UWB信号接收终端间无线连接，所述操控软件系统嵌于UWB信号接收终端内，并通过UWB信号接收终端与UWB信号发射终端建立数据连接。
2.根据权利要求1所述的一种UWB通讯系统定位装置，其特征在于：所述的UWB信号发射终端包括承载壳、基于UWB芯片的无线通讯电路、多路直流电源、接线端子、通讯天线及驱动电路，所述承载壳为横断面呈矩形的闭合腔体结构，所述基于UWB芯片的无线通讯电路、多路直流电源、驱动电路均嵌于承载壳内，所述接线端子嵌于承载壳外表面，并与多路直流电源和驱动电路电气连接，所述通讯天线至少一条，嵌于承载壳内，环绕承载壳轴线呈螺旋状嵌于承载壳侧壁内表面，并与基于UWB芯片的无线通讯电路电气连接，所述驱动电路另与基于UWB芯片的无线通讯电路、多路直流电源、接线端子、通讯天线电气连接。
3.根据权利要求1所述的一种UWB通讯系统定位装置，其特征在于：所述的UWB信号接收终端包括连接机构、防护壳、基于UWB芯片的无线通讯电路、无线通讯电路、驱动电路、数据处理电路、串口通讯电路、操控界面、接线端子及通讯天线，所述防护壳外表面与连接机构连接，且连接机构至少两个，并环绕防护壳轴线均布，所述基于UWB芯片的无线通讯电路、无线通讯电路、驱动电路、数据处理电路、串口通讯电路均嵌于防护壳内，所述数据处理电路与驱动电路电气连接，且驱动电路分别与基于UWB芯片的无线通讯电路、无线通讯电路、串口通讯电路、操控界面、接线端子及通讯天线电气连接，所述操控界面、接线端子均嵌于防护壳外表面，所述通讯天线嵌于防护壳内，并与防护壳侧壁内表面连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种UWB通讯系统定位装置，其特征在于：所述的驱动电路、数据处理电路均为以DSP芯片、FPGA芯片中任意一种为基础的电路系统，且驱动电路、数据处理电路均设晶振计时电路，且所述数据处理电路另设SD卡电路。
5.根据权利要求1所述的一种UWB通讯系统定位装置，其特征在于：所述UWB信号发射终端、UWB信号接收终端均设辅助驱动蓄电池。
6.根据权利要求1所述的一种UWB通讯系统定位装置，其特征在于：所述操控软件系统为APP软件系统，且操控软件系统中另设电磁波时差计算函数。
7.根据权利要求6所述的一种UWB通讯系统定位装置，其特征在于：所述电磁波时差计算函数为：
Figure FDA0003652005290000021
其中：
Tprop：需要测算的电磁波飞行的时间差；
Tround1：A设备上第一次发送消息到第二次发送消息之间的时间差；
Treply1：B设备上第一次回复消息到第二次回复消息之间的时间差；
Tround2：A设备上第二次发送消息到第三次发送消息之间的时间差；
Treply2：B设备上第二次回复消息到第三次回复消息之间的时间差。
8.一种权力要求1所述的基于UWB通讯系统定位装置的通过测距获取粗略方位角的方法，其特征在于，所述的通过测距获取粗略方位角的方法包括如下步骤：
S1，系统设置，首先设置一个UWB信号发射终端和一个UWB信号接收终端，并在UWB信号接收终端中安装运行操控软件系统，然后使UWB信号发射终端和UWB信号接收终端间建立数据连接，并通过协调UWB信号发射终端和UWB信号接收终端的晶振时钟电路，使UWB信号发射终端和UWB信号接收终端同步运行,并由操控软件系统设定UWB信号发射终端发射信号频率，最后将UWB信号发射终端安装至指定目标位置，将UWB信号接收终端安装至移动测距目标处，并同时驱动UWB信号发射终端和UWB信号接收终端运行；
S2,检测作业，移动测距目标携带UWB信号接收终端运行至UWB信号发射终端信号发射范围，由UWB信号接收终端根据S1步骤设定的发射信号频率，在随移动测距目标运行中，同步接收UWB信号发射终端，然后根据接收的UWB信号发射终端的信号，通过操控软件系统的电磁波时差计算函数进行UWB信号发射终端和UWB信号接收终端测距作业，然后以UWB信号发射终端为圆心，UWB信号发射终端和UWB信号接收终端测距间间距为半径，相邻两次测距作业时UWB信号接收终端之间间距为弦长，即可利用半径和弦长计算当前UWB信号接收终端与UWB信号发射终端之间方位角。
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