[發(fā)明專利]一種基于UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)中定位錨點(diǎn)快速布局的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811491044.3
• 申請(qǐng)日: 2018-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN109451426B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林和志;石青洲;李漢波;章紹晨;歐陽小敏;黃聯(lián)芬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W4/02
• 分類號(hào): H04W4/02;H04W4/021;H04W4/33;H04W64/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種基于UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)中定位錨點(diǎn)快速布局的方法。在定位系統(tǒng)中采用超寬帶（UWB）無線通信技術(shù)及TD?TWR算法，使用8個(gè)UWB定位錨點(diǎn)作為參考，每個(gè)錨點(diǎn)采用TD?TWR算法獲得自己和錨點(diǎn)之間的距離，確定原點(diǎn)和基線后，通過返回的測(cè)距值和錨點(diǎn)之間的幾何關(guān)系來進(jìn)行擺放。本發(fā)明方法克服了錨點(diǎn)布局時(shí)的機(jī)械測(cè)量費(fèi)時(shí)長、精度低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)中快速與精準(zhǔn)地布局錨點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)中定位錨點(diǎn)快速布局的方法，尤其是涉及可以工作在室內(nèi)及室外小型區(qū)域的UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)中定位錨點(diǎn)快速布局的方法。

背景技術(shù)

超寬帶(UWB)是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，具有發(fā)射功率小、傳輸速度快、信道容量大、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。它的高時(shí)間分辨率和短波長加強(qiáng)了其抗多徑干擾和衰落的能力，因而UWB信號(hào)非常適用于室內(nèi)環(huán)境下使用。

在基于UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)通常采用時(shí)分的TDoA技術(shù)通過檢測(cè)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)錨點(diǎn)的時(shí)間差進(jìn)行定位。因?yàn)門DoA不要求標(biāo)簽與錨點(diǎn)時(shí)鐘同步，只要求錨點(diǎn)之間的時(shí)鐘同步，降低了時(shí)間同步的要求，在幾種定位方法中有著更加突出的地位。

采用UWB技術(shù)和時(shí)分的TDoA技術(shù)構(gòu)建的定位系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中精度受限于錨點(diǎn)擺放的精度。系統(tǒng)中的8個(gè)錨點(diǎn)位于長方體的8個(gè)頂點(diǎn)，通常在確定錨點(diǎn)位置時(shí)需要進(jìn)行多次機(jī)械測(cè)量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)也不可避免地引入測(cè)量誤差。而測(cè)量誤差的引入將導(dǎo)致定位空間的扭曲，使得定位系統(tǒng)的精度下降。

本發(fā)明提供了一種基于UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)中定位錨點(diǎn)快速布局的方法，通過為8個(gè)錨點(diǎn)分配時(shí)隙，并采用TD-TWR計(jì)算出錨點(diǎn)之間的距離，作為布局錨點(diǎn)時(shí)的測(cè)量值。8個(gè)錨點(diǎn)分四組，固定在4根垂直于地面的桿上，通過幾何的方法，根據(jù)測(cè)量值不斷調(diào)整桿到預(yù)期的位置，可以快速和精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)錨點(diǎn)布局，同時(shí)也減少了人力物力的消耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)中定位錨點(diǎn)快速布局的方法，使錨點(diǎn)擺放更加快速和精確，同時(shí)減少人力物力的消耗。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)中定位錨點(diǎn)快速布局的方法，提供一UWB三維定位系統(tǒng)，包括8個(gè)錨點(diǎn)，所述錨點(diǎn)均由無線接口、串口、顯示屏及UWB定位模塊組成；所述8個(gè)錨點(diǎn)位于長方體的8個(gè)頂點(diǎn)，構(gòu)成三維的定位區(qū)域；所述8個(gè)錨點(diǎn)分成A0/A4、A1/A5、A2/A6、A3/A7四組，每組的兩個(gè)錨點(diǎn)固定在垂直于地面錨點(diǎn)桿；所述定位錨點(diǎn)快速布局的方法實(shí)現(xiàn)如下：

構(gòu)造臨近地面A0、A1、A2、A3四個(gè)錨點(diǎn)，使之成為所需的矩形；以A0為原點(diǎn)，找到A1使之距離為規(guī)定的矩形長；找到A2，使A0，A1，A2構(gòu)成直角三角形；找到A3，使A0，A1，A3構(gòu)成直角三角形；具體步驟如下，

1)通過串口或者無線接口，設(shè)置矩形的長寬(m，n)參數(shù)，在每個(gè)錨點(diǎn)的顯示屏上畫出期望的矩形B0B1B2B3；

2)確定A0作為原點(diǎn)，在屏幕上顯示與B0重合；移動(dòng)A1，當(dāng)A1與A0的距離為m時(shí)，在屏幕上顯示與B1重合；確定A0，A1之后，建立坐標(biāo)系，以A0為原點(diǎn)，直線A0A1為x軸；移動(dòng)A2，假設(shè)其坐標(biāo)為(x,y)，在A2的顯示屏上觀察A2的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，直至A2在屏幕上與B2重合；

通過下述方程計(jì)算A2所處坐標(biāo)(x,y)：

其中，d₁、d₀為由8時(shí)隙TD-TWR算法經(jīng)過多次測(cè)量得到的A2A0、A2A1的距離；

同理確定A3；

由于8個(gè)錨點(diǎn)分成A0/A4、A1/A5、A2/A6、A3/A7四組，且每組的兩個(gè)錨點(diǎn)固定在垂直于地面錨點(diǎn)桿，由此即可實(shí)現(xiàn)定位錨點(diǎn)的快速布局。