一種基于uwb的室內定位系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及無線室內定位領域，尤其涉及一種基于UWB的室內定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]室外定位技術，如全球定位系統(tǒng)(GPS)和北斗已成功應用于各個領域，包括室外營救，車載導航，物流運輸，是目前室外定位中最為成功的一種技術，但值得注意的是，由于GPS信號或者北斗信號無法有效穿透建筑物的墻壁等障礙物，這樣會導致室外定位誤差增大。GPS或者北斗的定位精度在幾十米范圍內，能夠滿足室外定位的要求。但是對于室內定位而言，精度必須精確到幾十厘米才能夠滿足需要，而室內定位技術必須結合無線傳感網絡，傳感器技術，信號處理技術等眾多交叉領域。
[0003]針對于室內外的無線定位技術多種多樣，比如紅外線、藍牙、Zigbee、Wi_F1、RFID、超寬帶UWB等。這些技術都分別適用于不用的環(huán)境也都有各自的優(yōu)勢與不足。
[0004]紅外線室內定位技術，如最早的室內定位系統(tǒng)ActiveBadget，由于紅外線自身的穿透力不強和環(huán)境中直射光線引起的散射，導致定位效果并不理想。
[0005]超聲波的主要優(yōu)點是傳播距離遠、方向性強。但是超聲波的定位功能往往不如紅外線技術，需要結合反射式方法(三角定位)來實現(xiàn)精確地定位。
[0006]藍牙技術的最主要優(yōu)點是功耗較低、對人體危害小，而且應用簡單、容易實現(xiàn)，體積較小，方便集成在PDA、PC和手機中，所以易于推廣。但是藍牙的造價比較高，穩(wěn)定性容易受環(huán)境影響。
[0007]RFID技術具有非接觸識別、非可視性、高速閱讀、NLOS等優(yōu)點。該技術的最大缺點是工作的距離比較近，不利于與其他系統(tǒng)進行聯(lián)合工作。
[0008]UWB技術以它自身的諸多優(yōu)勢嶄露頭角，并逐漸成為未來無線定位技術的研究熱點。它的優(yōu)點有:較低的功耗、很高的安全性、良好的抗多徑效果、很低的系統(tǒng)復雜度以及能夠精確提供定位精度等。更適合于作為士兵協(xié)同對抗這種對定位要求很高的室內環(huán)境使用。

【發(fā)明內容】

[0009]本實用新型所解決的技術問題在于提供一種基于UWB的室內定位系統(tǒng)和定位方法，利用UWB技術實現(xiàn)目標用戶在室內環(huán)境中的動態(tài)精確定位。
[0010]本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案:
[0011]—種基于UWB的室內定位系統(tǒng)，包括:若干個固定設置在室內的定位錨節(jié)點；設置于每個目標用戶上的移動標簽;固定設置在室內且用于實現(xiàn)各定位錨節(jié)點之間時間同步的同步器；以及，設置有無線訪問節(jié)點的服務器;其中，所述移動標簽和定位錨節(jié)點之間基于UWB進行數(shù)據傳輸，同步器與各定位錨節(jié)點之間進行校時通信，各定位錨節(jié)點通過無線訪問節(jié)點與服務器進行數(shù)據傳輸。
[0012]進一步的，本實用新型的基于UWB的室內定位系統(tǒng)，所述定位錨節(jié)點包括第一CPU、UWB無線接收器、第一W1-Fi模塊、第一LED指示燈和第一精確時鐘；其中，所述UWB無線接收器、第一 W1-Fi模塊、第一 LED指示燈和第一精確時鐘均與第一 CPU相連接。
[0013]進一步的，本實用新型的基于UWB的室內定位系統(tǒng)，所述移動標簽包括第二CPU、UWB發(fā)射芯片、運動傳感器、第二 LED指示燈和事件觸發(fā)按鈕;其中，所述UWB發(fā)射芯片、運動傳感器、第二 LED指示燈和事件觸發(fā)按鈕均與第二 CPU相連接。
[0014]進一步的，本實用新型的基于UWB的室內定位系統(tǒng)，所述同步器包括無線通信模塊、第三CPU、第三LED指示燈、第二精確時鐘和備用UWB無線接收器;其中，所述無線通信模塊、第三LED指示燈、第二精確時鐘和備用UWB無線接收器均與第三CPU相連接。
[0015]進一步的，本實用新型的基于UWB的室內定位系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信模塊采用W1-Fi功能模塊。
[0016]進一步的，本實用新型的基于UWB的室內定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位錨節(jié)點的數(shù)量為4。
[0017]本實用新型采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
[0018]1.本實用新型的室內定位系統(tǒng)安全性高，抗多徑效果良好，系統(tǒng)復雜度低，易于操作；
[0019]2.本實用新型的室內定位系統(tǒng)功耗低，約為ImW?30mW;
[°02°] 3.本實用新型的室內定位系統(tǒng)定位精度高，達到5cm?50cm;
[0021]4.本實用新型的室內定位系統(tǒng)可應用在士兵協(xié)同對抗領域中，采用UWB或者W1-Fi通信，無需布線，節(jié)約人力物力和空間，提高應用效率。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型的基于UWB的室內定位系統(tǒng)的框架圖。
[0023]圖2是本實用新型的定位錨節(jié)點的結構圖。
[0024]圖3是本實用新型的移動標簽的結構圖。
[0025]圖4是本實用新型的同步器的結構圖。
[0026]圖5是本實用新型的基于UWB的室內定位系統(tǒng)的定位流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明，本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本實用新型所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0028]以下以本實用新型應用在士兵協(xié)同對抗領域中為例進一步介紹其實施方案。
[0029]如圖1所示，本實用新型的一種基于UWB的室內定位系統(tǒng)，包括:固定在特定環(huán)境中的定位錨節(jié)點，放在士兵身上的移動標簽，使定位錨節(jié)點實現(xiàn)同步的同步器。在獲取定位錨節(jié)點和移動標簽發(fā)送的數(shù)據后，通過UWB或者W1-Fi通信協(xié)議進行解析得到可被理解的數(shù)據;然后對解析后的數(shù)據進行提取并進行預處理；由預處理所得的數(shù)據通過現(xiàn)有的定位算法和濾波算法得到士兵的位置;最后將計算結果通過軟件或者手機展示出來。
[0030]如圖2所示，本實用新型的定位錨節(jié)點包括第一CPU、UWB無線接收器、第一 W1-Fi模塊、第一 LED指示燈和第一精確時鐘，所述UWB無線接收器、第一 W1-Fi模塊、第一 LED指示燈和第一精確時鐘均與第一 CPU相連接。定位錨節(jié)點是一種高精度的定位信號測量設備，能可靠地檢測低功率的超寬帶脈沖，此脈沖信號時由移動標簽周期性的發(fā)出，同時可以檢測出直線路徑和折線路徑的信號差異并加以區(qū)分。錨節(jié)點配有優(yōu)質的天線陣列，錨節(jié)點可以在事先規(guī)定好x，y，z軸方向的情況下測量并顯示出各個錨節(jié)點的絕對坐標位置。錨節(jié)點的硬件組成除了具有無線通信功能的低功耗CPU和UWB無線接收器之外，還需要配有W1-Fi模塊以及LED指示燈。其中，W1-Fi模塊用于同步器和各個錨節(jié)點之間數(shù)據傳輸以及將各個錨節(jié)點數(shù)據打包上傳到上位機進行處理。
[0031]如圖3所示，本實用新型的移動標簽包括第二 CPU、UWB發(fā)射芯片、運動傳感器、第二LED指示燈和事件觸發(fā)按鈕，所述UWB發(fā)射芯片、運動傳感器、第二 LED指示燈和事件觸發(fā)按鈕均與第二 CPU相連接。士兵佩戴的移動標簽是一種小型設備，可獲取精度達15cm的三維動態(tài)定位信息。電路板上的主要器件包含以下幾部分:具有超低功耗CPU、UWB信號發(fā)射芯片、一個LED指示燈、一個運動傳感器、一個事件觸發(fā)按鈕。具有無線通信功能的超低功耗的CPU可以使移動標簽在發(fā)