[發明專利]基于UWB的TOF定位方法

在審

• 申請號: 201710741486.8
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107566065A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 劉海亮;蘇航;李召國
• 申請（專利權）人: 中山大學深圳研究院
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04W4/02;H04W56/00;G01S5/10
• 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: 胡吉科

技術領域

本發明屬于物聯網技術領域，具體為基于UWB的TOF定位方法。

背景技術

目前的目標物體定位方法一般需要位置已知的節點(錨節點)和網絡系統的配合，按照是否基于測距進行分類，則包括基于距離的定位方案和距離無關的定位方案。基于距離的定位方案是通過測量相鄰節點間的實際距離或者方位進行定位。具體過程分為三個階段：第一階段是測距階段，未知節點首先測量到鄰近節點的距離或者角度，然后進一步計算到鄰近信標節點的距離或者方位；第二階段是定位階段，未知節點在計算出到達三個或者三個以上信標節點的距離或角度后，利用三邊測量法、三角測量法或者極大似然估計法測量位置節點的坐標；第三階段是修正階段，對求得的節點的坐標進行求精，提高定位精度，減少誤差。在基于距離的定位中，測量節點間的距離和方位時采用的方法有基于到達時間(TOA)、基于到達時間差(TDOA)、基于接收信號強度指示(RSSI)、基于到達角度(AOA)等，因此距離的定位可分為：基于TOA的定位、基于TDOA的定位、基于AOA的定位和基于RSSI的定位等。基于距離的定位能夠實現精確定位，但往往對無線傳感器節點的硬件要求高。距離無關的定位方案無需測量節點間的絕對距離或方位，其利用節點的網絡拓撲，節點之間的連通性，來實現節點的定位，其降低了節點硬件的要求，但是定位的誤差也相應增加。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種基于UWB的TOF定位方法，提高定位的準確性。

具體的技術方案為：

基于UWB的TOF定位方法，動態定位方法，步驟如下：

（1）在待定位的移動終端所處區域內，設置多個UWB基站，UWB基站設置有UWB傳感器；UWB傳感器上安裝TOF測距傳感器；

所述的UWB基站有三個，分別為第一UWB基站、第二UWB基站、第三UWB基站，其中第一UWB基站作為時間源及主基站，第二UWB基站、第三UWB基站作為從基站；

待定位的移動終端包括UWB定位標簽；待定位的移動終端所處區域內的UWB定位標簽信號至少被兩個UWB傳感器接收到；

對待定位的移動終端所處的區域建立坐標系，測量各個UWB基站的UWB傳感器三維坐標；

將UWB傳感器、TOF測距傳感器按照系統要求連接，與上位機建立通信聯系，組建局域網；

（2）所述的第一UWB基站向第二UWB基站、第三UWB基站和UWB定位標簽發送時間同步信息，實現所述的第二UWB基站、第三UWB基站和UWB定位標簽與所述的第一UWB基站的時間同步；

所述的UWB定位標簽根據時隙型ALOHA算法，向第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站發送自身設備信息；

根據待定位的移動終端所處區域環境及UWB傳感器分布的位置，在上位機中建立定位檢測模型；根據TOF測距傳感器的布置位置，在上位機中建立距離測量模型；

（3）所述的第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站接收所述的UWB定位標簽發送的自身設備信息，并將該信息上傳至所述的上位機；通過TDOA算法對待定位的移動終端上的UWB定位標簽進行定位，顯示待定位的移動終端所處區域的三維坐標及實時位置；并將三維坐標及實時位置存入數據庫系統，繪制待定位的移動終端的運動軌跡；

（4）變動UWB傳感器基站位置，利用TOF測距傳感器測量距離，重新標定UWB傳感器三維坐標；

（5）將重新標定UWB傳感器三維坐標輸入定位檢測模型，再次對待定位的移動終端定位，重復步驟（3），直至達到預設的測試時間或者預設的測試次數，終止定位。

優選的設計，步驟（3）所述的通過TDOA算法對待定位的移動終端上的UWB定位標簽進行定位，包括： UWB傳感器對于UWB定位標簽采用TDOA定位算法對UWB定位標簽進行定位；測量三個UWB傳感器接收到同一個UWB定位標簽信號的時間差，并由此計算出UWB定位標簽到不同UWB傳感器的距離差，通過距離差進行計算。

進一步的，步驟（3）所述的通過TDOA算法對待定位的移動終端上的UWB定位標簽進行定位，包括：所述的上位機根據所述的第一UWB基站和第二UWB基站接收到所述的UWB定位標簽發送的自身設備信息的時間計算第一雙曲線，所述的上位機根據所述的第二UWB基站和第三UWB基站接收到所述的UWB定位標簽發送的自身設備信息的時間計算第二雙曲線，所述的第一雙曲線和第二雙曲線交于一點，再根據第一UWB基站、第二UWB基站和第三UWB基站的實際位置，計算得出UWB定位標簽的三維坐標。