CN215067314U - 一种基于gps和uwb的高精度定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于GPS和UWB的高精度定位系统，包括：定位设备、用户终端和云端服务器，所述定位设备和所述用户终端分别与所述云端服务器通信连接；所述定位设备设有GPS定位模块、通信模块和第一UWB定位模块，所述GPS定位模块用于通过所述通信模块将所述定位设备的位置信息上传至所述云端服务器，所述第一UWB定位模块用于发送UWB脉冲信号；所述用户终端设有可与所述第一UWB定位模块配对连接的第二UWB定位模块，用于接收所述UWB脉冲信号。本实用新型在减少UWB基站部署的同时，还能获取到定位设备的精确位置信息，实现高精度定位。

Description

一种基于GPS和UWB的高精度定位系统

技术领域

本实用新型属于定位技术领域，具体涉及一种基于GPS和UWB的高精度定位系统。

背景技术

现有技术中，GPS(Global Positioning System，高精度无线电导航的定位系统)以其全天候且不间断的实时高精度三维定位、三维测速和授时信息，在日常生活和工业生产等多方面发挥着重要作用。人们通过GPS配合电子地图来进行导航和定位，然而，这种定位方式只能定位到目标在地图上某一区域，但接近后只能通过肉眼去寻找。一旦目标处于地下停车场或多层楼房等环境时，由于GPS信号弱，通常无法实现精确定位。

随着技术的发展，UWB(Ultra Wide Band，超宽带)技术逐渐被应用到日常生活的目标定位中，然而，现有的UWB定位技术需要部署多个对应的UWB基站对进行信号的收发和处理，从而实现精准定位，导致硬件部署成本过高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于GPS和UWB的高精度定位系统，用于解决现有技术中存在的至少一个问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种基于GPS和UWB的高精度定位系统，包括：定位设备、用户终端和云端服务器，所述定位设备和所述用户终端分别与所述云端服务器通信连接；

所述定位设备设有GPS定位模块、通信模块和第一UWB定位模块，所述GPS定位模块用于通过所述通信模块将所述定位设备的位置信息上传至所述云端服务器，所述第一UWB定位模块用于发送UWB脉冲信号；

所述用户终端设有可与所述第一UWB定位模块配对连接的第二UWB定位模块，用于接收所述UWB脉冲信号。

在一种可能的设计中，所述定位设备还设有设备标识上传模块，用于将所述定位设备的UWB标识上传至所述云端服务器。

在一种可能的设计中，所述第一UWB定位模块为嵌设在所述定位设备上的第一UWB芯片。

在一种可能的设计中，所述第二UWB定位模块为嵌设在所述用户终端上的第二UWB芯片。

在一种可能的设计中，所述第二UWB定位模块为外置在所述用户终端上的UWB标签。

在一种可能的设计中，所述用户终端为智能手机。

在一种可能的设计中，所述智能手机中设有设备标识获取模块，用于获取所述定位设备的UWB标识。

在一种可能的设计中，所述GPS定位模块与所述云端服务器无线通信连接。

有益效果：

1.本实用新型通过将定位设备和用户终端分别与云端服务器通信连接；并在定位设备中设置GPS定位模块和第一UWB定位模块，所述GPS定位模块与所述云端服务器通信连接，以将所述定位设备的位置信息上传至所述云端服务器，所述第一UWB定位模块用于发送UWB脉冲信号；用户终端设有可与第一UWB定位模块配对连接的第二UWB定位模块，用于接收所述UWB脉冲信号。本实用新型通过先利用GPS定位模块发送定位设备的模糊定位信息，用户从用户终端获取到该模糊定位信息后，可根据地图等导航到该模糊定位，然后通过用户终端上设置的第二UWB定位模块与第一UWB定位模块进行配对连接，通过接收所述UWB脉冲信号获取到定位设备的精确位置信息，实现高精度定位。

2.本实用新型能够解决现有的GPS定位在室内信号不佳、定位不准确以及定位漂移的问题，实现室内厘米级精确目标定位。

3.本实用新型中设置的第一UWB定位模块无需对应设置多个UWB定位基站来接收和转发UWB的脉冲信号，只需要用户手持终端中的第二UWB定位模块与所述第一UWB定位模块进行配对连接，就能实现近距离精确定位，节约硬件成本。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于GPS和UWB的高精度定位系统的结构示意图。

其中，1-定位设备；11-GPS定位模块；12-通信模块；13-第一UWB定位模块；14-设备标识上传模块；2-用户终端；21-第二UWB定位模块；22-设备标识获取模块；3-云端服务器。

具体实施方式

为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种基于GPS和UWB的高精度定位系统，包括：定位设备1、用户终端2和云端服务器3，所述定位设备1和所述用户终端2分别与所述云端服务器3通信连接；所述定位设备1设有GPS定位模块11、通信模块12和第一UWB定位模块13，所述GPS定位模块11用于通过所述通信模块12将所述定位设备11的位置信息上传至所述云端服务器3，所述第一UWB定位模块13用于发送UWB脉冲信号；所述用户终端2设有可与所述第一UWB定位模块13配对连接的第二UWB定位模块21，用于接收所述UWB脉冲信号。

其中，优选的，为了所述用户终端2能够识别所述定位设备1，所述定位设备1还设有设备标识上传模块14，用于将所述定位设备1的UWB标识上传至所述云端服务器3，以使所述用户终端2从所述云端服务器3获取所述定位设备1的UWB标识，以为后续所述第一UWB定位模块13和所述第二UWB定位模块21的配对连接提供匹配基础；因此，对应的，所述用户终端2中，例如智能手机中设有设备标识获取模块22，用于获取所述定位设备1的UWB标识。

其中，优选的，为了使所述第一UWB定位模块13以较小的体积嵌入至所述定位设备1中，节约硬件成本，所述第一UWB定位模块13为嵌设在所述定位设备1上的第一UWB芯片。

其中，优选的，为了使所述第二UWB定位模块21以较小的体积嵌入至所述用户终端2中，所述第二UWB定位模块21为嵌设在所述用户终端2上的第二UWB芯片；当然，可以理解的是，所述第二UWB定位模块21也可以为外置在所述用户终端2上的UWB标签。

其中，优选的，所述用户终端2为智能手机；当然可以理解的是，所述用户终端2也可以是平板电脑或可穿戴式设备等其他移动终端，具体不做限定。

在一种可能的设计中，所述GPS定位模块11与所述云端服务器3无线通信连接，例如采用GPRS(General packet radio service，通用分组无线服务)，包括2G/3G/4G通信连接，或者NBIOT通信连接。

在本申请实施例中，所述基于GPS和UWB的高精度定位系统的运用原理为：

首先，在所述定位设备1中设置GPS定位模块11、通信模块12和第一UWB定位模块13，且所述GPS定位模块11通过所述通信模块12与云端服务器3通信连接，其中，第一UWB定位模块13中写入有TOF(time-of-flight，飞行时间)测距算法和PDOA(Phase-Difference-of-Arrival，信号到达相位差)方位算法，用于发送UWB脉冲信号；则所述GPS定位模块11通过自身的GPS定位并基于通信模块12的GPRS通信，可将所述定位设备1的位置信息上传至所述云端服务器3；

然后，所述云端服务器3在接收到所述定位设备1的位置信息后，可通过电子地图将位置信息进行展示，用户则可通过用户终端2获取该位置信息，而由于GPS定位的缺陷，该位置信息只是一个模糊定位信息，不够精确；

然后，用户通过用户终端2经过导航等方式到达该模糊定位信息后，通过设于用户终端2上的第二UWB定位模块21，扫描附近的UWB脉冲信号，此时所述设备标识上传模块14会将所述定位设备1的UWB设备标识上传至所述云端服务器33，则用户通过登入该定位设备1，能够获得该定位设备1的UWB设备标识，以对所述第一UWB定位模块13进行识别配对，当配对成功时，能够通过接收所述UWB脉冲信号获取收该定位设备1的精确定位。

其中，需要说明的是，所述TOF测距算法是指一种双向测距技术，其利用数据信号在一对收发机之间往返的飞行时间来测量两点间的距离。将发射端发出数据信号和接收到接收端应答信号的时间间隔记为Tt,接收端收到发射端的数据信号和发出应答信号的时间间隔记为Tr。信号在这对收发机之间的单向飞行时间Tf＝(Tt-Tr)/2，则两点间的距离d＝c*Tf,其中c表示电磁波传播速度。

其中，需要说明的是，所述PDOA方位算法是一种室内定位算法，通过测量相位差求出信号往返的传播时间来计算往返距离。具体原理为：UWB基站上放置两个相同且间隔d<λ/2的天线，UWB标签上的信号到达两个天线的相位差就在-180°到180°范围内。利用测得的相位差换算成距离差(P)，利用飞行时间得到距离r，最后得到坐标值。其算法公式为：

其中，fc为信号频率；λ为信号波长；φ为发射信号和反射信号的相位差；

d的范围是[0,λ]。距离相差λ倍，则测量获得的相位相同。

有益效果：

1.本实施例通过先利用GPS定位模块11发送定位设备1的模糊定位信息，用户从用户终端2获取到该模糊定位信息后，可根据地图等导航到该模糊定位，然后通过用户终端2上设置的第二UWB定位模块21与第一UWB定位模块13进行配对连接，获取到定位设备1的精确位置信息，实现高精度定位。

2.本实施例能够解决现有的GPS定位在室内信号不佳、定位不准确以及定位漂移的问题，实现室内厘米级精确目标定位。

3.本实施例设置的第一UWB定位模块13无需对应设置多个UWB定位基站来接收和转发UWB的脉冲信号，只需要用户手持终端中的第二UWB定位模块21与所述第一UWB定位模块13进行配对连接，就能实现近距离精确定位，节约硬件成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于GPS和UWB的高精度定位系统，其特征在于，包括：定位设备、用户终端和云端服务器，所述定位设备和所述用户终端分别与所述云端服务器通信连接；

所述定位设备设有GPS定位模块、通信模块和第一UWB定位模块，所述GPS定位模块用于通过所述通信模块将所述定位设备的位置信息上传至所述云端服务器，所述第一UWB定位模块用于发送UWB脉冲信号；

所述用户终端设有可与所述第一UWB定位模块配对连接的第二UWB定位模块，用于接收所述UWB脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位设备还设有设备标识上传模块，用于将所述定位设备的UWB标识上传至所述云端服务器。

3.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述第一UWB定位模块为嵌设在所述定位设备上的第一UWB芯片。

4.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述第二UWB定位模块为嵌设在所述用户终端上的第二UWB芯片。

5.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述第二UWB定位模块为外置在所述用户终端上的UWB标签。

6.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述用户终端为智能手机。

7.根据权利要求6所述的定位系统，其特征在于，所述智能手机中设有设备标识获取模块，用于获取所述定位设备的UWB标识。

8.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述GPS定位模块与所述云端服务器无线通信连接。

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