[發明專利]一種UWB定位系統

有效

• 申請號: 201911180764.2
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN111050393B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 張華君;劉榮生;張紫龍;黃飛;周子鳴;李磊;劉青;張達;李盛;鄔華明;李康偉;王建剛;王中原;費廣磊;黃曉龍
• 申請（專利權）人: 湖北航天飛行器研究所
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W64/00
• 代理公司: 武漢智匯為專利代理事務所(普通合伙) 42235
• 代理人: 樊黎

一種UWB定位系統，包括定位標簽、參考基站、普通基站、網關、定位引擎，所述參考基站和普通基站通訊連接，所述參考基站和普通基站分別與網關通訊連接，所述網關與定位引擎通訊連接，所述參考基站上設有第一發送模塊和第一接收模塊，所述普通基站上設有第二接收模塊，所述定位標簽上設有第二發送模塊，所述第一發送模塊廣播信標幀至第二接收模塊，所述第二發送模塊廣播定位幀至第一接收模塊和第二接收模塊，用于定位幀到達參考基站和普通基站時間差測量與校準。該系統采用無線方式實現頻率同步和時間同步，無需增加公共時鐘系統和鋪設同步電纜，可有效降低系統復雜度和設計成本。

技術領域

本發明屬于無線通信與定位領域，更具體地，涉及一種UWB定位系統。

背景技術

UWB(超寬帶)定位技術依賴UWB信號的瞬時窄脈沖特性，利用信號的飛行時間(TOF)的進行測距定位，UWB定位一般采用三邊定位法或者達到時間差定位法。時差定位法又稱為雙曲線定位，相比三邊定位法，該方法僅需單向發送定位信號，通信協議簡單，節點的可擴展性更強，功耗更低。該方法的基本原理是首先測量信號到達不同參考節點的時間差；然后基于時間差測得兩兩節點間的距離差，建立雙曲線方程組；通過解二次方程的形式求得待定位節點坐標。

該系統為了提高定位精度，需要對信號的到達時間差進行精確測量。傳統技術手段是建立一套公共時鐘系統，將參考時鐘和同步脈沖通過射頻電纜分發給所有參考節點，而且射頻電纜要求盡量等長或能夠提前進行時延補償，以實現所有節點的頻率同步和時間同步，最終保證能夠獲取高精度的時差信息。該方法硬件布設復雜，施工成本較高，不方便系統的大規模擴展。

發明內容

為了解決這一問題，提出了一種UWB定位系統，該系統采用無線方式實現頻率同步和時間同步，無需增加公共時鐘系統和鋪設同步電纜，可有效降低系統復雜度和設計成本。

一種UWB定位系統，包括定位標簽、參考基站、普通基站、網關、定位引擎，所述參考基站和普通基站通訊連接，所述參考基站和普通基站分別與網關通訊連接，所述網關與定位引擎通訊連接，所述參考基站上設有第一發送模塊和第一接收模塊，所述普通基站上設有第二接收模塊，所述定位標簽上設有第二發送模塊，所述第一發送模塊廣播信標幀至第二接收模塊，所述第二發送模塊廣播定位幀至第一接收模塊和第二接收模塊，用于定位幀到達參考基站和普通基站時間差測量與校準。

進一步地，所述第一發送模塊周期性廣播信標幀至第二接收模塊，同時，所述第一發送模塊將周期性廣播的信標幀的時間戳和幀序列號予以記錄并打包成一個第一信標幀數據包隊列，直接發送至定位引擎；所述第二接收模塊周期性接收信標幀，所述第二接收模塊將周期性接收的信標幀的時間戳和幀序列號予以記錄打包成一個第二信標幀數據包隊列，并發送至定位引擎。

進一步地，所述信標幀的廣播周期無嚴格要求，所述廣播周期并非一個確定性的時延。

進一步地，所述第二發送模塊廣播定位幀為隨機廣播，所述第一接收模塊和第二接收模塊接收定位幀，所述第一接收模塊將接收的定位幀的幀序列號和時間戳予以記錄打包成一個第一定位幀數據包隊列，并發送至定位引擎；所述第二接收模塊將接收的定位幀的幀序列號和時間戳予以記錄打包成一個第二定位幀數據包隊列，并發送至定位引擎，所述定位引擎根據給出的計算方法進行時差測量與校準。

更進一步地，所述定位引擎的計算方法包含以下步驟：

a.定位引擎根據基站坐標，求出參考基站相對普通基站的距離，從而得出信標幀傳播的相對時延T_dx；

b.定位引擎從參考基站的第一信標幀數據包隊列里取出最新發出的兩個信標幀序列號相連的數據包，前一信標幀時間戳為N₀，后一信標幀時間戳為N′₀，計算參考基站的前后時間戳差值N_spf0＝N'₀-N₀；