[發明專利]基于雙向測距的異步超寬帶定位方法及系統

有效

• 申請號: 201210400970.1
• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN103123392A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 張霆廷;張欽宇;陳方曉;張紅;鄒洪良;田旋旋;李偉杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 韓英杰;陳本發

技術領域

本發明涉及無線定位方法，尤其涉及基于雙向測距的異步超寬帶定位方法及系統。?

背景技術

超寬帶信號由于其極高的時域分辨率，理論上可以達到厘米級的測距定位精度，同時由于其頻域信息分量豐富，具備較好的障礙物穿透能力，因此在室內定位領域具有廣泛的應用。常見的定位方法包括到達時間估計（TOA）、到達角估計（AOA）、到達時間差估計（TDOA）、信號強度（RSS）等途徑，而基于到達時間類的估計方法能夠充分挖掘超寬帶信號在時域分辨率上的優點，從而得到廣泛應用。?

相比較TOA和TDOA方法，二者各有優勢。其中TDOA系統能夠容納更多的用戶，但是需要錨節點單元之間完成精確的時間同步。由于室內定位的精度要求較高，當同步誤差超過1ns，測距誤差就達到30cm，會對系統性能產生嚴重影響。而目前常用的低復雜度全局同步算法很難達到如此高精度的要求，從而也限制了TDOA方法的應用。?

雙向測距（Two?way?ranging）是一種常見的異步測距方法。該方法利用信號的往返時間（Round?trip?time）進行距離測量。這種方法不需要收發節點的時鐘同步，因此復雜度較低。不過由于定位系統中至少需要3個以上的錨節點單元進行定位輔助，而錨節點單元之間需要設計合理的時分協議以完成先后傳輸，增加了系統的復雜度。?

發明內容

為了解決現有技術雙向測距中系統復雜度高的問題，本發明提供了一種基于雙向測距的異步超寬帶定位方法。?

本發明提供了一種基于雙向測距的異步超寬帶定位方法，包括目標節點單元與錨節點單元距離測量步驟，該目標節點單元與錨節點單元距離測量步驟包括如下步驟：?

A.目標節點單元用不同的周期發送兩個脈沖；?

B.至少三個錨節點單元共同搜索目標節點單元發送的脈沖，至少三?個錨節點單元的搜索周期不同；?

C.每個錨節點單元捕獲脈沖兩次、判斷是否每次都在相同的時刻捕獲到目標節點單元發送過來的脈沖，如是、證明該錨節點單元成功捕捉到脈沖、那么執行D步驟，否則該錨節點單元結束檢測；?

D.成功捕捉到脈沖的錨節點單元將檢測到的脈沖回傳至目標節點單元；?

E.目標節點單元計算出目標節點單元與捕捉到脈沖的錨節點單元之間的距離，并且目標節點單元將該距離進行記錄；?

執行目標節點單元與錨節點單元距離測量步驟的次數與錨節點單元的個數相同，在步驟A中目標節點單元每次發送的脈沖幀長度均不相同；待目標節點單元與錨節點單元距離測量步驟的次數執行完畢后，目標節點單元根據目標節點單元與每個錨節點單元的距離值計算出該目標節點單元的位置。?

作為本發明的進一步改進，在所述步驟C中，判斷錨節點單元搜索脈沖的周期與目標節點單元發送脈沖的周期是否相同的方法為：判斷錨節點單元連續多次捕獲到目標節點單元發送過來的脈沖是否在同一位置，如在同一位置、則證明目標節點單元發送脈沖的周期與錨節點單元捕獲脈沖的周期相同，錨節點單元能夠成功捕捉到脈沖。?

作為本發明的進一步改進，在所述步驟C中，在所述步驟C中，判斷錨節點單元搜索脈沖的周期與目標節點單元發送脈沖的周期是否相同的方法為：錨節點單元多次檢測錨節點單元的計數周期與目標節點單元發送的脈沖幀長度是否相同，如錨節點單元連續有n次捕獲到目標節點單元發送過來的脈沖在同一位置、則證明錨節點單元成功捕捉到脈沖，該n次為預設值。?

作為本發明的進一步改進，所述錨節點單元的數量為6個。?

作為本發明的進一步改進，在所述步驟E中，目標節點單元通過雙向測距方法計算出目標節點單元與捕捉到脈沖的錨節點單元之間的距離。?

本發明還提供了一種基于雙向測距的異步超寬帶定位系統，包括目標節點單元、至少三個錨節點單元，所述目標節點單元包括：?

用于發送和接收脈沖的收發模塊；?

與收發模塊相連、且用于計算出目標節點單元與捕捉到脈沖的錨節點單元之間的距離的距離測量模塊；?

與距離測量模塊相連、且用于根據目標節點單元與每個錨節點單元的距離值計算出該目標節點單元的位置的定位模塊；?

所述錨節點單元包括：?

用于接收和回發脈沖的傳輸模塊；?

與傳輸模塊相連、且用于判斷錨節點單元的搜索脈沖的周期與目標節點單元發送的周期是否相同的判斷模塊。?

作為本發明的進一步改進，所述收發模塊為無線收發模塊，所述傳輸模塊為無線傳輸模塊。?

作為本發明的進一步改進，所述錨節點單元數量為6個。?