CN116801189B - 一种UWB的AoD的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种UWB的AoD的方法，设备包括基站和标签，基站包括多个UWB天线、与UWB天线数量一致的UWB基带、时钟源和MCU，UWB天线分别与对应的UWB基带连接，每个UWB基带分别与时钟源以及MCU连接。基站受到标签发送的Poll帧后分别通过三个UWB天线在一定的时间间隔间分别向标签发送Response帧，标签根据接收到三个Response帧的相位差得到标签相对基站的方位角α并将其发回给基站，基站通过DS‑TWR公式计算出标签相对基站的距离，从而结合方位角α得到标签相对基站的位置。通过将方位角计算部分由标签完成，从而能够降低基站的计算量，实现设计目的。
Description
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，特别涉及一种UWB的AoD的方法。
背景技术
传统的UWB的AoA方法都是在基站端接收标签的UWB信号，并利用多个天线阵子接收到同一信号产生的相位差，来计算标签相对基站的方向。该方式中，基站每接收到一帧标签的信号，就需要读取CIR，计算PDoA，以及AoA，计算过程中有大量双精度三角函数的运算导致基站的运算负担比较重，而在计算的过程中，也无法再次处理其他标签的信号，因此该系统的标签容量也较低。如果为了运算效率，选择能力强的处理器，也会增加基站的成本，而如果将计算在标签内部完成，基站只起到一个接收、发送和汇总的作用，则能够降低基站的工作量，降低基站的成本，使得基站有更多时间来处理标签的信号从而能够提高单个系统能同时容纳的最大标签量。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种通过标签实现方位角计算，从而能够降低基站的工作量，降低基站的成本，使得基站有更多时间来处理标签的信号并提高单个系统能同时容纳的最大标签量的UWB的AoD的方法。
本发明提出一种UWB的AoD的方法，设备包括基站和标签，所述基站包括多个UWB天线、与所述UWB天线数量一致的UWB基带、时钟源和MCU，所述UWB天线分别与对应的所述UWB基带连接，每个所述UWB基带分别与所述时钟源以及所述MCU连接；
具体方法如下：
所述基站接收到所述标签发送的Poll帧后，分别通过三个UWB天线在回复时间t1、t2和t3向所述标签发送Response帧，所述回复时间t1、t2和t3之间的间隔时间为预设的延迟时间td；
所述标签根据接收到三个所述Response帧的相位通过所述延迟时间补偿成同一时刻后先计算出两两之间的相位差，并根据所述相位差得到所述标签相对所述基站的方位角α；
所述标签将所述方位角α写入Final帧中，并发回给所述基站，所述基站通过DS-TWR 公式计算出所述标签相对所述基站的距离，从而结合所述方位角α得到所述标签相对所述基站的位置；
相较于现有技术而言，通过将方位角计算部分由所述标签完成，从而能够降低所述基站的计算量，使得所述基站有更多时间来处理更多的所述标签的信号从而能够提高单个系统能同时容纳的最大标签量，实现设计目的。
优选地，所述UWB天线共有三个，且三个所述UWB天线呈正三角形排布。
优选地，所述Response帧之间的间隔要大于50ns且小于1/4个symbol时间，从而使得三个Response帧在时空中混叠在一起。
优选地，还包括电源，通过所述电源给所述UWB天线、UWB基带以及所述MCU供电。
本发明的UWB的AoD的方法的有益效果为：
通过将方位角计算部分由标签完成，从而能够降低基站的计算量，使得基站有更多时间来处理更多的标签的信号从而能够提高单个系统能同时容纳的最大标签量，实现设计目的。
对于实际使用中有多个标签同时获取位置的情况下，由于将方位角计算部分由标签完成，由于降低了标签等待其它标签计算的时间，因此提高了整体的获取位置的速度。
附图说明
图1为本发明的UWB的AoD的方法的结构框图；
图2为本发明的UWB的AoD的方法的UWB天线的排布图；
图3为本发明的UWB的AoD的方法的基站接收Response时的脉冲图；
图4为本发明的UWB的AoD的方法的流程框图；
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。
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。
参照图1至图4，提出本发明的UWB的AoD的方法的一实施例：
一种UWB的AoD的方法，设备包括基站和标签，基站包括三个UWB天线、与UWB天线数量一致的UWB基带、时钟源、电源和MCU，UWB天线分别与对应的UWB基带连接，每个UWB基带分别与时钟源以及MCU连接，通过电源给UWB天线、UWB基带以及MCU供电。标签为单天线标签。
具体方法如下：
标签向基站发送Poll帧；
基站接收到标签发送的Poll帧后，分别通过三个UWB天线在回复时间t1、t2和t3向标签发送Response帧，在本实施例中，预设的延迟时间为80ns，其中t2=t1+80ns，t3=t1+160ns，Response帧之间的间隔要大于50ns且小于1/4个symbol时间，从而使得三个Response帧在时空中混叠在一起；
标签端接收混叠在一起的Response帧，在脉冲信道响应CIR中会收到连续的三个峰，如图3，其分别代表收到基站的三个Response帧，由于UWB天线之间的间距很短，只有半波长，远小于80ns的传播距离。因此标签端收到的第一个峰对应的是t1时间发出的信号，第二个峰对应的是t2时间发出的信号，第三个峰对应的是t3时间发出的信号。
标签将基站三个天线发射信号的相位补偿成同一时刻后，两两之间的相位差则对应着标签相对基站的角度关系，从而计算出方位角α，具体计算方式如下：
①相位补偿：
②计算相位差：
③计算方位角：
其中F为信号的频率；
标签将方位角α以及Final帧发送时间写入Final帧中，并发回给基站；
基站收到Final帧后记录下Final帧接收时间，根据Final帧发送时间和Final帧接收时间并通过DS-TWR 公式计算出标签相对基站的距离，从而结合方位角α得到标签相对基站的位置。
相较于现有技术而言，通过将方位角计算部分由标签完成，从而能够降低基站的计算量，使得基站有更多时间来处理更多的标签的信号从而能够提高单个系统能同时容纳的最大标签量，实现设计目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种UWB的AoD的方法，其特征在于，
设备包括基站和标签，所述基站包括多个UWB天线、与所述UWB天线数量一致的UWB基带、时钟源和MCU，所述UWB天线分别与对应的所述UWB基带连接 ，每个所述UWB基带分别与所述时钟源以及所述MCU连接；
具体方法如下：
所述基站接收到所述标签发送的Poll帧后，分别通过三个UWB天线在回复时间t1、t2和t3向所述标签发送Response帧，所述回复时间t1、t2和t3之间的间隔时间为预设的延迟时间td；
所述标签根据接收到三个所述Response帧的相位通过所述延迟时间补偿成同一时刻后先计算出两两之间的相位差，并根据所述相位差得到所述标签相对所述基站的方位角α；
所述标签将所述方位角α写入Final帧中，并发回给所述基站，所述基站通过DS-TWR 公式计算出所述标签相对所述基站的距离，从而结合所述方位角α得到所述标签相对所述基站的位置；
相较于现有技术而言，通过将方位角计算部分由所述标签完成，从而能够降低所述基站的计算量，使得所述基站有更多时间来处理更多的所述标签的信号从而能够提高单个系统能同时容纳的最大标签量，实现设计目的。
2.根据权利要求1所述的UWB的AoD的方法，其特征在于，所述UWB天线共有三个，且三个所述UWB天线呈正三角形排布。
3.根据权利要求1所述的UWB的AoD的方法，其特征在于，所述Response帧之间的间隔要大于50ns且小于1/4个symbol时间，从而使得三个Response帧在时空中混叠在一起。
4.根据权利要求1所述的UWB的AoD的方法，其特征在于，还包括电源，通过所述电源给所述UWB天线、UWB基带以及所述MCU供电。
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