[發明專利]一種UWB三維室內定位系統及定位方法

在審

• 申請號: 201910134433.9
• 申請日: 2019-02-23
• 公開（公告）號: CN109951795A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 趙紅梅;王云飛;史坤峰;謝澤會;杜海明;王延峰;郭淑婷;趙杰磊;徐慧坤
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/33;H04W64/00;G01S5/02
• 代理公司: 鄭州豫乾知識產權代理事務所(普通合伙) 41161
• 代理人: 李保平

本發明適用于室內定位技術領域，提供了一種UWB三維室內定位系統及定位方法，定位系統包括定位主機、定位基站、待定位有源標簽，在三維定位系統中，采用多個定位基站均勻布局于使用環境四周，采用兩組不同高度排布的狀態，有源待定位標簽的活動范圍須限制在高低兩個平面之內，使用時，由定位標簽發出定位請求信號，各個定位基站依次接收并進行反饋，由定位標簽獲取到與各個定位基站的測距值，再通過無線方式將結果傳遞到定位主機中進行誤差消除和定位計算，本發明所述定位方法基于TOF測距原理，定位主機采用最小二乘擬合公式和卡爾曼濾波對定位基站測量的距離值進行預處理一削弱非視距誤差對計算結果的影響，定位更準確。

技術領域

本發明屬于室內定位技術領域，尤其涉及一種UWB三維室內定位系統及定位方法。

背景技術

隨著智慧城市、物聯網、移動互聯網等相關行業的快速發展，基于位置服務的上層應用將在其中發揮越來越重要的作用。而在室內定位領域，超寬帶這一新興技術以其優越的定位性能開始獲得越來越多的關注。目前，基于超寬帶技術的室內定位模型主要分為“到達時間”(time ofarrival，TOA)和“到達時間差”(time differences ofarrival，TDOA)兩種。

在當前超寬帶(ultra wide band,UWB)室內定位系統中，由于室內環境的復雜多變，不可避免地引入了測量噪聲和非視距(Non-Line ofSight，NLOS)誤差。二者是求解定位過程中的主要誤差來源，尤其是NLOS誤差已經成為影響定位精度的關鍵性因素，較大的NLOS誤差往往會導致超寬帶室內定位系統的定位性能急劇下滑，尤其是在三維定位系統中，傳統定位算法不能滿足實際定位需求。

發明內容

本發明提供一種UWB三維室內定位系統及定位方法，旨在定位性能差的問題。

本發明是這樣實現的，一種UWB三維室內定位系統，包括待定位標簽、多個定位基站、定位主機；

所述待定位標簽用于發出定位請求信號；

所述多個定位基站均勻分布在室內空間的邊沿且用于接收所述定位請求信號，所述多個定位基站根據所述定位請求信號檢測所述待定位標簽與所述多個定位基站之間的距離值；

所述所述定位主機用于對接收所述距離值并且采用最小二乘擬合公式和卡爾曼濾波依次對所述距離值進行減少誤差的處理，然后通過計算得出所述待定位標簽的定位信息。

本發明還提供優選的，所述待定位標簽和所述定位基站內均設置有型號為DW的定位芯片，所述定位芯片用于接收和發出定位請求信號。

本發明還提供優選的，所述定位基站的數量為五個。

本發明還提供優選的，所述五個定位基站分為第一基站組和第二基站組，其中第一基站組內設置有三個所述定位基站，所述第二基站組內設置有兩個所述定位基站，所述第一基站組的高度高于所述第二基站組。

本發明還提供優選的，所述五個定位基站分為第一基站組和第二基站組，其中第一基站組內設置有四個所述定位基站，所述第二基站組內設置有一個所述定位基站，所述第一基站組的高度高于所述第二基站組。

本發明還提供一種UWB三維室內定位系統的定位方法，其采用上述任意一種UWB三維室內定位系統，所述定位方法包括以下步驟：

步驟1：所述待定位標簽發出一次測距請求幀；

步驟2：所述多個定位基站均接收到所述測距請求幀，并且延時發出響應幀，響應時間附在所述響應幀內；

步驟3：所述待定位標簽接收所述響應幀，并且計算得出發出測距請求幀到接收響應幀的時間間隔，再根據所述響應幀內的所述響應時間，計算得出所述待定位標簽到每一個所述定位基站的距離值，待定位標簽將多個所述距離值發送到所述定位主機；