CN219936088U - 一种基于超宽带技术的xr设备定位系统和xr设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于超宽带技术的XR设备定位系统和XR设备，该系统包括多个定位设备，设置其中一个定位设备为锚点基站，设置剩余定位设备为从属基站；锚点基站包括第一超宽带测量模块、第一超宽带定位标签和第一天线，从属基站包括第二超宽带测量模块、第二超宽带定位标签和第二天线；第一天线，接收第二超宽带定位标签发出的超宽带脉冲信号；第一超宽带测量模块，根据超宽带脉冲信号，确定第二超宽带定位标签与第一超宽带测量模块之间的距离信息和方向角信息，而第一超宽带定位标签，向第二超宽带测量模块发送超宽带脉冲信号，解决了无法在避免建设固定基站的同时，基于超宽带技术实现XR设备的精准定位的问题，有效降低设备定位成本。

Description

一种基于超宽带技术的XR设备定位系统和XR设备

技术领域

本实用新型涉及室内定位技术领域，特别是涉及一种基于超宽带技术的XR设备定位系统和XR设备。

背景技术

超宽带(Ultra Wide Band，简称为UWB)技术是一种无载波通信技术，利用纳秒级非正弦波窄脉冲传输数据，使得其所占的频谱范围较宽，具备数据传输速率高、抗多径干扰能力强以及功耗低等优点，且相较于蓝牙定位和WIFI定位等常见定位方法，超宽带定位技术在距离测量的精度上表现出显著优势。因此，超宽带技术常常被应用于室内定位，以满足高精度定位需求。

在现有技术中，当超宽带技术应用于扩展现实(Extended Reality，简称为XR)可穿戴设备时，通常需要布置多个位置固定的定位基站，用于接收UWB信号并进行定位标签的位置信息计算，从而根据定位标签的位置信息，确定对应目标的实际位置。但是，随着应用场景的扩大，为了增加基站覆盖范围，需要大规模建设固定基站，无法在避免建设固定基站的同时，基于超宽带技术实现XR设备的精准定位，导致定位成本较高。

针对相关技术中无法在避免建设固定基站的同时，基于超宽带技术实现XR设备的精准定位的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

实用新型内容

基于此，有必要针对无法在避免建设固定基站的同时，基于超宽带技术实现XR设备的精准定位的问题，提供一种基于超宽带技术的XR设备定位系统和XR设备。

第一个方面，本实用新型提供一种基于超宽带技术的XR设备定位系统，所述系统包括多个定位设备，设置其中一个所述定位设备为锚点基站，设置剩余所述定位设备为从属基站，所述锚点基站与所述从属基站通信连接；所述锚点基站包括第一超宽带测量模块、第一超宽带定位标签和第一天线，所述从属基站包括第二超宽带测量模块、第二超宽带定位标签和第二天线；

所述第一天线，用于接收所述第二超宽带定位标签通过所述第二天线发出的超宽带脉冲信号；

所述第一超宽带测量模块与所述第一天线连接，用于根据接收到的所述超宽带脉冲信号，确定所述第二超宽带定位标签与所述第一超宽带测量模块之间的距离信息和方向角信息；

所述第一超宽带定位标签与所述第一天线连接，用于向所述第二超宽带测量模块发送超宽带脉冲信号。

在其中一个实施例中，所述第一天线和所述第二天线均为阵列天线；

所述阵列天线包括至少三个天线单元；所述天线单元的间距为半波长。

在其中一个实施例中，所述系统还包括数据处理主机，所述数据处理主机与所述定位设备连接。

在其中一个实施例中，所述系统还包括全球定位系统模块，所述全球定位系统模块与所述数据处理主机连接。

在其中一个实施例中，所述系统还包括全球定位系统天线单元，所述全球定位系统天线单元与所述全球定位系统模块连接。

在其中一个实施例中，所述数据处理主机包括监控服务器。

在其中一个实施例中，所述系统还包括显示器，所述显示器与所述数据处理主机连接。

在其中一个实施例中，所述系统还包括报警器，所述报警器与所述数据处理主机连接。

在其中一个实施例中，所述系统还包括供电装置，所述供电装置与所述定位设备连接。

第二个方面，本实用新型提供一种XR设备，所述XR设备包括如第一个方面中任一项所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统。

本实用新型提供的一种基于超宽带技术的XR设备定位系统和XR设备，与现有技术相比，该系统包括多个定位设备，设置其中一个定位设备为锚点基站，设置剩余定位设备为从属基站，锚点基站与从属基站通信连接；锚点基站包括第一超宽带测量模块、第一超宽带定位标签和第一天线，从属基站包括第二超宽带测量模块、第二超宽带定位标签和第二天线；第一天线，用于接收第二超宽带定位标签通过第二天线发出的超宽带脉冲信号；第一超宽带测量模块与第一天线连接，用于根据接收到的超宽带脉冲信号，确定第二超宽带定位标签与第一超宽带测量模块之间的距离信息和方向角信息，而第一超宽带定位标签与第一天线连接，用于向第二超宽带测量模块发送超宽带脉冲信号，从而实现不同设备之间的相互定位，解决了无法在避免建设固定基站的同时，基于超宽带技术实现XR设备的精准定位的问题，有效降低设备定位成本。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的基于超宽带技术的XR设备定位系统的结构框图；

图2为本实用新型一实施例的含有定位系统的XR设备的内部功能结构图；

图3为本实用新型一优选实施例的多个XR设备实现相互定位的结构框图。

附图标记：100、定位设备；110、锚点基站；111、第一超宽带测量模块；112、第一超宽带定位标签；113、第一天线；120、从属基站；121、第二超宽带测量模块；122、第二超宽带定位标签；123、第二天线；200、数据处理主机；210、监控服务器；300、全球定位系统模块；400、全球定位系统天线单元；500、显示器；600、报警器；700、供电装置；10、当前XR主机；20、其他XR主机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型提供一种基于超宽带技术的XR设备定位系统，图1为本实用新型一实施例的基于超宽带技术的XR设备定位系统的结构框图，如图1所示，该系统包括多个定位设备，设置其中一个定位设备为锚点基站110，设置剩余定位设备为从属基站120，锚点基站110与从属基站120通信连接；锚点基站110包括第一超宽带测量模块111、第一超宽带定位标签112和第一天线113，从属基站120包括第二超宽带测量模块121、第二超宽带定位标签122和第二天线123；

第一天线113，用于接收第二超宽带定位标签122通过第二天线123发出的超宽带脉冲信号；

第一超宽带测量模块111与第一天线113连接，用于根据接收到的超宽带脉冲信号，确定第二超宽带定位标签122与第一超宽带测量模块111之间的距离信息和方向角信息；

第一超宽带定位标签112与第一天线113连接，用于向第二超宽带测量模块121发送超宽带脉冲信号。

具体地，定位系统包括多个定位设备，设置其中一个定位设备为锚点基站110，设置剩余定位设备为从属基站120，且锚点基站110与各个从属基站120通信连接。锚点基站110包括第一超宽带测量模块111、第一超宽带定位标签112和第一天线113，以及从属基站120包括第二超宽带测量模块121、第二超宽带定位标签122和第二天线123，其中，第一超宽带测量模块111和第二超宽带测量模块121可以根据接收到的超宽带脉冲信号，确定对应定位设备的位置信息，而第一超宽带定位标签112和第二超宽带定位标签122均可以向其他定位设备发出超宽带脉冲信号。

进一步地，在每个XR主机上部署一个定位设备，在进行设备定位时，锚点基站110与作为定位目标的从属基站120建立连接，从而能够接收从属基站120中第二超宽带定位标签122发出的超宽带脉冲信号。而锚点基站110中第一超宽带测量模块111根据接收到的超宽带脉冲信号，确定第二超宽带定位标签122与第一超宽带测量模块111之间的距离信息和方向角信息，以确定从属基站120对应设备的位置信息。

其中，每个定位设备可以作为锚点基站，与其他定位设备建立连接，接收其他定位设备发出的超宽带脉冲信号，并根据超宽带脉冲信号确定其他定位设备相对于自身的位置信息，包括距离信息和方向角信息。

需要知道的是，在本实施例中，根据现有技术中相关方法计算距离信息和方向角信息。其中，采用飞行时间(Time of Flight，简称为TOF)测距算法，计算第二超宽带定位标签122与第一超宽带测量模块111之间的距离信息，以及采用基于到达相位差的定位算法(Phase Difference of Arrival，PDOA算法)，计算第二超宽带定位标签122与第一超宽带测量模块111之间的方向角信息。

在现有技术中，当超宽带技术应用于XR可穿戴设备时，通常需要布置多个位置固定的定位基站，用于接收UWB信号并进行定位标签的位置信息计算，从而根据定位标签的位置信息，确定对应目标的实际位置。但是，随着应用场景的扩大，为了增加基站覆盖范围，需要大规模建设固定基站，无法在避免建设固定基站的同时，基于超宽带技术实现XR设备的精准定位，导致定位成本较高。而本申请与现有技术相比，设置多个定位设备，并在每个定位设备中配置超宽带测量模块和超宽带定位标签，每个定位设备中的超宽带测量模块，可以根据其他定位设备中超宽带定位标签发出的超宽带脉冲信号，确定其他定位设备的位置信息，从而在无需设置额外基站的情况下，实现设备之间的相互定位。

具体地，上述定位系统包括多个定位设备，设置其中一个定位设备为锚点基站110，设置剩余定位设备为从属基站120，锚点基站110与从属基站120通信连接；锚点基站110包括第一超宽带测量模块111、第一超宽带定位标签112和第一天线113，从属基站120包括第二超宽带测量模块121、第二超宽带定位标签122和第二天线123；第一天线113，用于接收第二超宽带定位标签122通过第二天线123发出的超宽带脉冲信号；第一超宽带测量模块111与第一天线113连接，用于根据接收到的超宽带脉冲信号，确定第二超宽带定位标签122与第一超宽带测量模块111之间的距离信息和方向角信息，而第一超宽带定位标签112与第一天线113连接，用于向第二超宽带测量模块121发送超宽带脉冲信号，从而实现不同设备之间的相互定位，解决了无法在避免建设固定基站的同时，基于超宽带技术实现XR设备的精准定位的问题，有效降低设备定位成本。

下面结合图2对定位系统中与定位设备100连接的各组件及其连接关系进行详细说明。

在其中一个实施例中，第一天线113和第二天线123均为阵列天线；

阵列天线包括至少三个天线单元；天线单元的间距为半波长。

具体地，在各个定位设备100中，第一天线113和第二天线123均为阵列天线，且结构相同。每个定位设备100的阵列天线包括至少三个天线单元用于接收其他定位设备100中超宽带定位标签发出的超宽带脉冲信号，以及向其他定位设备100中超宽带测量模块发出超宽带脉冲信号。

需要知道的是，本实施例设置阵列天线至少有三个天线单元，适用于XR主机在室内三维空间中的定位，并设置天线单元的间距为半波长，以消除栅瓣的影响。

通过本实施例，设置第一天线113和第二天线123均为阵列天线，每个阵列天线包括至少三个天线单元，且天线单元的间距为半波长，从而能够接收和发出超宽带脉冲信号，实现XR主机在室内三维空间中的定位。

在其中一个实施例中，系统还包括数据处理主机200，数据处理主机200与定位设备100连接。

具体地，本实施例中定位系统包括数据处理主机200，该数据处理主机200与定位设备100连接。在每个定位设备100根据超宽带脉冲信号，确定对应定位设备100的室内位置信息之后，将该室内位置信息传输至数据处理主机200。

进一步地，在数据处理主机200中，对定位设备100的室内位置信息进行处理，以满足不同的应用需求。例如，根据接收到的室内位置信息，筛选出位置在预设范围内的定位设备100或出现在目标位置的定位设备100，以及基于预设时间段内的连续位置信息，计算某一定位设备100的移动轨迹等。

通过本实施例，将获取的室内位置信息传输至数据处理主机200，从而能够在数据处理主机200中，对设备位置信息执行不同的操作，以满足各类应用场景。

在其中一个实施例中，系统还包括全球定位系统模块300，全球定位系统模块300与数据处理主机200连接。

具体地，上述数据处理主机200同时与全球定位系统模块300连接。全球定位系统模块300用于XR主机的室外定位，通过全球定位系统模块300获取XR主机的室外位置信息，并将该室外位置信息传输至数据处理主机200。

进一步地，根据XR主机的场景切换，可以主动切换室外定位和室内定位，达到设备定位精度要求，而在数据处理主机200中，可以将XR主机的室内位置信息和室外位置信息有机结合，以满足不同的应用需求。

通过本实施例，将XR主机的室外位置信息传输至数据处理主机200，并通过数据处理主机200，将室内位置信息和室外位置信息有机结合，有效提高设备定位精度。

在其中一个实施例中，系统还包括全球定位系统天线单元400，全球定位系统天线单元400与全球定位系统模块300连接。

具体地，全球定位系统天线单元400用于接收卫星信号，且全球定位系统天线单元400与全球定位系统模块300连接，通过接收到的卫星信号获取XR主机的室外位置信息，从而能够实现XR主机的室外定位。

在其中一个实施例中，数据处理主机200包括监控服务器210。

具体地，数据处理主机200与各个定位设备100连接，每个定位设备100根据超宽带脉冲信号确定对应XR主机的位置信息，并将位置信息传输至数据处理主机200。

进一步地，在数据处理主机200中，监控服务器210根据接收到的位置信息，判断当前XR主机与其他XR主机之间的距离是否在预设范围内，并将获取的其他XR主机位置信息以及距离判断结果，发送至与数据处理主机200连接的显示器500进行实时显示。

通过本实施例，在数据处理主机200中，对当前XR主机与其他XR主机的距离关系进行判断，从而能够监控设备是否过于靠近，并通过显示器500，实现设备位置信息的实时显示。

在其中一个实施例中，系统还包括报警器600，报警器600与数据处理主机200连接。

具体地，报警器600与数据处理主机200连接，通过数据处理主机200，判断当前XR主机与其他XR主机之间的距离是否在预设范围内，若XR主机之间的距离处于预设范围内，则控制报警器600产生报警信号，从而能够提醒用户设备之间的距离过近，有效防止设备发生碰撞。

在其中一个实施例中，系统还包括供电装置700，供电装置700与定位设备100连接。

具体地，供电装置700与定位设备100连接，且与数据处理主机200、全球定位系统模块300、显示器500以及报警器600连接进行供电。其中，在定位设备100的正常工作过程中，通过供电装置700对定位设备100进行供电，而在定位设备100中的第一超宽带定位标签112或第二超宽带定位标签122处于休眠或离线时，将供电装置700切换至断开状态，从而能够降低系统功耗。

下面通过优选实施例对本实施例进行描述和说明。

图3为本实用新型一优选实施例的多个XR设备实现相互定位的结构框图，如图3所示，该系统包括多个定位设备100，设置其中一个定位设备100为锚点基站110，设置剩余定位设备100为从属基站120，锚点基站110与从属基站120通信连接；在每个XR主机上部署一个定位设备100，当前XR主机10的定位设备100作为锚点基站110，其他XR主机20中定位设备100作为从属基站120；每个定位设备100与数据处理主机200；全球定位系统模块300与数据处理主机200连接，且与全球定位系统天线单元400连接；显示器500和报警器600均与数据处理主机200连接；供电装置700分别与定位设备100、数据处理主机200、全球定位系统模块300、显示器500和报警器600连接。

具体地，在每个XR主机上部署一个定位设备100，在当前XR主机10的定位设备100作为锚点基站110时，其他XR主机20中定位设备100作为从属基站120。当前XR主机10与其他XR主机20建立连接，由第一天线113接收第二超宽带定位标签122发出的超宽带脉冲信号，通过第一超宽带测量模块111，根据超宽带脉冲信号确定第二超宽带定位标签122与第一超宽带测量模块111之间的距离信息和方向角信息，以获取其他XR主机20相对于当前XR主机10的位置信息。

其中，各个定位设备100的结构相同，每个XR主机的定位设备100均可以作为锚点基站110，接收其他XR主机20中定位设备100发出的超宽带脉冲信号，并根据超宽带脉冲信号进行设备定位。

进一步地，将定位设备100获取的室内位置信息传输至数据处理主机200，并通过全球定位系统模块300获取当前XR主机10的室外位置信息，将室内位置信息和室外位置信息均传输至数据处理主机200。在数据处理主机200中，根据接收到的室内位置信息，筛选出位置在预设范围内的定位设备100或出现在目标位置的定位设备100，以及基于预设时间段内的连续位置信息，计算某一定位设备100的移动轨迹等，同时可以将XR主机的室内位置信息和室外位置信息有机结合，以满足不同的应用需求。

需要知道的是，数据处理主机200可以控制显示器500对获取的其他XR主机20位置信息进行实时显示，并当数据处理主机200检测到XR主机之间的距离在预设范围内，将控制报警器600发出报警信号，提示用户设备过于靠近。

通过本实施例，定位系统包括多个定位设备100，在每个XR主机上部署一个定位设备100，并在每个定位设备100中配置有超宽带测量模块和超宽带定位标签，每个定位设备100中的超宽带测量模块，可以根据其他定位设备100中超宽带定位标签发出的超宽带脉冲信号，确定其他定位设备100的位置信息，在无需设置额外基站的情况下，实现设备之间的相互定位。

此外，定位系统包括全球定位系统模块300，用于实现XR主机的室外定位，从而能够通过数据处理主机200，将获取的室内定位信息和室外定位信息进行有机结合，适用于不同的应用场景。

以上所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实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于超宽带技术的XR设备定位系统，其特征在于，所述系统包括多个定位设备，设置其中一个所述定位设备为锚点基站，设置剩余所述定位设备为从属基站，所述锚点基站与所述从属基站通信连接；所述锚点基站包括第一超宽带测量模块、第一超宽带定位标签和第一天线，所述从属基站包括第二超宽带测量模块、第二超宽带定位标签和第二天线；

所述第一天线，用于接收所述第二超宽带定位标签通过所述第二天线发出的超宽带脉冲信号；

所述第一超宽带测量模块与所述第一天线连接，用于根据接收到的所述超宽带脉冲信号，确定所述第二超宽带定位标签与所述第一超宽带测量模块之间的距离信息和方向角信息；

所述第一超宽带定位标签与所述第一天线连接，用于向所述第二超宽带测量模块发送超宽带脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线均为阵列天线；

所述阵列天线包括至少三个天线单元；所述天线单元的间距为半波长。

3.根据权利要求1所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统，其特征在于，所述系统还包括数据处理主机，所述数据处理主机与所述定位设备连接。

4.根据权利要求3所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统，其特征在于，所述系统还包括全球定位系统模块，所述全球定位系统模块与所述数据处理主机连接。

5.根据权利要求4所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统，其特征在于，所述系统还包括全球定位系统天线单元，所述全球定位系统天线单元与所述全球定位系统模块连接。

6.根据权利要求3所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统，其特征在于，所述数据处理主机包括监控服务器。

7.根据权利要求3所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统，其特征在于，所述系统还包括显示器，所述显示器与所述数据处理主机连接。

8.根据权利要求3所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统，其特征在于，所述系统还包括报警器，所述报警器与所述数据处理主机连接。

9.根据权利要求1所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统，其特征在于，所述系统还包括供电装置，所述供电装置与所述定位设备连接。

10.一种XR设备，其特征在于，所述XR设备包括如权利要求1至权利要求9中任一项所述的基于超宽带技术的XR设备定位系统。