超寬帶室內(nèi)定位方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超寬帶與定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及超寬帶室內(nèi)定位方法與系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，基于位置的服務(wù)正在生活變得越來越重要。室外有車輛、船 舶和建筑物等的定位需求，室內(nèi)也有各種機(jī)器人、儀器設(shè)備和倉儲貨物等的定位需求，這些 都極大的促進(jìn)了定位技術(shù)的發(fā)展。定位技術(shù)分為室外定位技術(shù)和室內(nèi)定位技術(shù)。室外定位 技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的是GPS，定位精度達(dá)到5-20m，但衛(wèi)星信號不能穿透水泥墻壁，導(dǎo)致GPS 在室內(nèi)定位中的精度很差，因此必須開發(fā)新的技術(shù)來用于室內(nèi)定位。
[0003] 常用的室內(nèi)定位技術(shù)有WIFI技術(shù)、ZigBee技術(shù)、RFID(Radio Frequency 1〇6111^;^〇31:;[011，射頻識別)技術(shù)以及超寬帶技術(shù)等。其中，￥]^1技術(shù)和218866技術(shù)的定位 精度較低，一般為3-20m，對于室內(nèi)定位而言，這樣的精度太低，不實(shí)用。另外，WIFI定位還很 容易受到環(huán)境中其他WIFI信號的干擾，進(jìn)一步影響精度。RFID技術(shù)的定位精度可以達(dá)到1-2m，但是要求標(biāo)簽的密度必須足夠大，鋪設(shè)系統(tǒng)和管理都很麻煩，而且成本高。而超寬帶技 術(shù)的定位精度可以達(dá)到厘米級，定位精度高，抗干擾能力強(qiáng)，并且不需布設(shè)大量節(jié)點(diǎn)，從而 成為室內(nèi)定位的熱門技術(shù)。
[0004] 已有的超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)一般采用估計(jì)信號到達(dá)時間的方式來完成測距，進(jìn)一 步計(jì)算出目標(biāo)的坐標(biāo)。因此，二維的平面定位系統(tǒng)至少需要三個固定錨節(jié)點(diǎn)才能完成定位， 三維的空間定位系統(tǒng)至少需要四個固定錨節(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這樣，從二維定位到三維定位需 要增加一個節(jié)點(diǎn)，這增加了系統(tǒng)的成本的復(fù)雜度。另外，由于各個節(jié)點(diǎn)間是獨(dú)立的，因此在 時間上是不同步的，即異步的，這給估計(jì)信號到達(dá)時間帶來了麻煩，若采用數(shù)據(jù)線將各錨節(jié) 點(diǎn)連接起來實(shí)現(xiàn)同步，則會增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。并且，不同的節(jié)點(diǎn)，晶振的頻率也有 偏差，這也會降低估計(jì)信號到達(dá)時間的準(zhǔn)確度，從而降低定位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，有必要針對一般寬帶室內(nèi)定位方法復(fù)雜且精度低的問題，提供一種簡單 且定位精度高的超寬帶室內(nèi)定位方法與系統(tǒng)。
[0006] -種超寬帶室內(nèi)定位方法，包括步驟：
[0007] 確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和至少三個錨節(jié)點(diǎn)，其中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)固定于待定位目標(biāo)，至少三個錨 節(jié)點(diǎn)不共線固定于室內(nèi)任意位置；
[0008] 控制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與每個錨節(jié)點(diǎn)至少進(jìn)行兩次回程通信，并當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)收到 信號時等待預(yù)設(shè)時間再發(fā)出信號，分別記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本 地時間以及每個錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號的錨節(jié)點(diǎn)本地時間；
[0009] 根據(jù)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地時間以及每個錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出 信號和接收到信號的錨節(jié)點(diǎn)本地時間，分別計(jì)算至少三個錨節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離， 獲得距離計(jì)算結(jié)果；
[0010] 根據(jù)距離計(jì)算結(jié)果，確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置。
[0011] -種超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括：
[0012] 確定模塊，用于確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和至少三個錨節(jié)點(diǎn)，其中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)固定于待定位目 標(biāo)，至少三個錨節(jié)點(diǎn)不共線固定于室內(nèi)任意位置；
[0013] 時間記錄模塊，用于控制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與每個錨節(jié)點(diǎn)至少進(jìn)行兩次回程通信，并當(dāng)目 標(biāo)節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)收到信號時等待預(yù)設(shè)時間再發(fā)出信號，分別記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收 到信號的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地時間以及每個錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號的錨節(jié)點(diǎn)本地時間；
[0014] 距離計(jì)算模塊，用于根據(jù)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地時間以 及每個錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號的錨節(jié)點(diǎn)本地時間，分別計(jì)算至少三個錨節(jié)點(diǎn)與目標(biāo) 節(jié)點(diǎn)之間的距離，獲得距離計(jì)算結(jié)果；
[0015] 位置確定模塊，用于根據(jù)距離計(jì)算結(jié)果，確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置。
[0016] 本發(fā)明超寬帶室內(nèi)定位方法與系統(tǒng)，確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)固定于待定位目標(biāo)，至少三個 錨節(jié)點(diǎn)不共線固定于室內(nèi)任意位置，分別記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號至錨節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地 時間和錨節(jié)點(diǎn)反饋至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地時間，并且在至少兩次信號發(fā)送過程采用間 隔相同預(yù)設(shè)時間方式，巧妙的避開傳統(tǒng)距離計(jì)算過程中錨節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間需要時間同步 的問題，實(shí)現(xiàn)對信號傳播時間的異步測量，提高錨節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間距離計(jì)算的精度，進(jìn) 而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)(待定位目標(biāo))的準(zhǔn)確定位。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明超寬帶室內(nèi)定位方法第一個實(shí)施例的流程示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明超寬帶室內(nèi)定位方法其中一個應(yīng)用實(shí)例中目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和至少三個錨節(jié) 點(diǎn)位置示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明超寬帶室內(nèi)定位方法第二個實(shí)施例的流程示意圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)第一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖5為本發(fā)明超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)第二個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為改進(jìn)型Τ0Α三邊定位法計(jì)算原理空間幾何示意圖；
[0023]圖7為回程測距方法的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本發(fā)明超寬帶室內(nèi)定位方法包括步驟：
[0025] S200:確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和至少三個錨節(jié)點(diǎn)，其中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)固定于待定位目標(biāo)，至少 三個錨節(jié)點(diǎn)不共線固定于室內(nèi)任意位置。
[0026]如圖2所示，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)固定于待定位目標(biāo)，至少三個錨節(jié)點(diǎn)（圖2中僅繪制出三個錨 節(jié)點(diǎn))不共線固定于室內(nèi)任意位置(圖2中三個錨節(jié)點(diǎn)分別固定于室內(nèi)三個墻角）。
[0027] S400:控制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與每個錨節(jié)點(diǎn)至少進(jìn)行兩次回程通信，并當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和錨節(jié) 點(diǎn)收到信號時等待預(yù)設(shè)時間再發(fā)出信號，分別記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號的目標(biāo) 節(jié)點(diǎn)本地時間以及每個錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號的錨節(jié)點(diǎn)本地時間。
[0028]信號發(fā)出并收到反饋信號記為一次回程通信，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行至少兩 次回程通信是指目標(biāo)節(jié)點(diǎn)向錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送至少兩次信號，并且目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)出信號次數(shù) 等同次數(shù)的單個錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出的反饋信號。需要指出的是，每次回程通信過程中目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā) 出的信號可以不相同。控制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與每個錨節(jié)點(diǎn)至少進(jìn)行兩次回程通信，并在進(jìn)行回程 通信過程中，無論是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)還是錨節(jié)點(diǎn)在接收到信號后需等待預(yù)設(shè)時間后再發(fā)出信號， 記錄整個回程通信過程中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地時間、錨節(jié)點(diǎn) 發(fā)出信號和接收到信號的錨節(jié)點(diǎn)本地時間，由于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的時間記錄是基于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地 時間而錨節(jié)點(diǎn)的時間記錄是基于錨節(jié)點(diǎn)本地時間，基于不同的時間記錄，在距離計(jì)算過程 中錨節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間無需時間同步即可實(shí)現(xiàn)高精度定位。在步驟S400中，針對每個錨節(jié) 點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行回程通信過程中的時間分別記錄，以便在后續(xù)過程中，單獨(dú)計(jì)算每 個錨節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間距離。一般來說，預(yù)設(shè)時間的目的是留出足夠的時間給錨節(jié)點(diǎn)來 處理接收的測試信息幀和準(zhǔn)備好回復(fù)信息幀，預(yù)設(shè)時間并沒有絕對的值，要視節(jié)點(diǎn)超寬帶 收發(fā)機(jī)的處理速度，只要時間足夠給錨節(jié)點(diǎn)來處理就可以。
[0029] 下面以目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與1號錨節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行兩次回程通信為例詳細(xì)解釋步驟S400的過 程。
[0030] 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)向1號錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求測距信號，記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出請求測距信號的目 標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地時間；1號錨節(jié)點(diǎn)接收到請求測距信號，記錄1號錨節(jié)點(diǎn)收到請求測距信號的錨 節(jié)點(diǎn)本地時間，等待預(yù)設(shè)時間后1號錨節(jié)點(diǎn)反饋同意測距信號至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，記錄1號錨節(jié)點(diǎn) 發(fā)出反饋同意測距信號的錨節(jié)點(diǎn)本地時間，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收同意測距信號，記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接 收同意測距信號的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地時間，等待預(yù)設(shè)時間后目標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本地時間， 發(fā)送自身已記錄的時間參數(shù)至1號錨節(jié)點(diǎn)，1號錨節(jié)點(diǎn)接收目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的時間參數(shù)， 并記錄接收到時間參數(shù)的錨節(jié)點(diǎn)本地時間。
[0031] S600:根據(jù)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號和接收到信號