[發明專利]基于橢球交匯的超寬帶定位系統、方法、無線終端及服務器

在審

• 申請號: 202011570763.1
• 申請日: 2020-12-26
• 公開（公告）號: CN112799014A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 陳銳志;黃李雄
• 申請（專利權）人: 蘇州普息導航技術有限公司
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 劉計成

本發明公開了一種基于橢球交匯的超寬帶定位方法，該定位方法利用三個或三個以上的基站作為定位信號源，利用橢圓交匯原理，可求得目標移動終端用戶實時精確的二維或三維位置信息。該技術方案中基站不需要配備多天線、基站間不需要額外拉線連接；本專利技術基于長度信息，在信號覆蓋范圍內，與移動站與基站之間的距離無關；本專利技術不需要任何時間同步，去掉了時間同步誤差，有益于定位結果，定位精度高，并可以覆蓋大區域，相比于傳統技術，實現方法更加簡單，而且定位結果優于傳統方式。

技術領域

本發明涉及無線定位系統，特別涉及一種超寬帶定位系統及方法。

背景技術

定位系統支持著我們的生活，我們都享受著基于位置服務所帶來的好處。同時，定位技術也是無人駕駛、智慧城市、物聯網和車聯網等前沿應用的核心技術之一?；贕NSS的定位已經取得了巨大的成功，室外空曠區域都能獲得較為準確的定位信息。而在一些對GNSS信號有遮擋的地方，如高樓林立的街道、交錯縱橫的高架、愈發復雜的隧道以及我們主要活動的室內空間，位置估計仍然缺乏一種普遍適用的、低成本的解決方案。超寬帶(UWB)作為一種空間定位技術已經得到了高度的認可。UWB技術利用頻譜極寬的超寬基帶脈沖進行通信，故又稱為基帶通信技術、無線載波通信技術，具有數據傳輸速率高、抗多徑干擾能力強、功耗低、穿透能力強、截獲率低等優點。

基于超寬帶，傳統的定位技術有AoA(Angle of Arrive,到達角)、ToA(Time ofArrival到達時間)、或TDoA(Time Difference of Arrival到達時間差)。其中AoA定位技術是通過獲得標簽信號到達各個基站的角度值，通過角度交匯定位。采用AoA定位技術設備需要配備多天線，硬件成本高；當移動終端和基站的距離比較遠的時候，即使有微小的定位角度的誤差，都會造成比較大的定位距離的偏差，難以覆蓋大范圍。ToA定位技術是通過獲得信號在標簽和基站之間的到達時，換算為到各個基站的距離值，通過圓交匯定位。但單純的ToA需要發送設備和接收設備必須始終保持納秒級的時間同步，這么高精度的時間同步在許多通信系統中是達不到的。TDoA定位技術是通過獲得信號到達各基站的先后時間差，換算為距離差，通過雙曲線交匯定位。TDOA是基于到達時間差定位，也是需要有精確時間同步功能，但只需要基站間實現就好，而基站是固定的，所以應用要廣泛一下。但是，如果是有線同步，會增加硬件成本，施工成本，如果是無線同步，同步精度會低一些，從而定位精度也會低一些。

由此可見，上述基于超寬帶都存在一定的缺陷，因此有必要對超寬帶定位技術做進一步的改進。

發明內容

為克服上述現有技術中的不足，本發明的目的在于設計一種精度高、成本低的超寬帶定位方法。

一種基于橢球交匯的超寬帶定位方法，其包括如下步驟：1)選擇至少三個位置坐標已知的基站作為定位信號源，將選擇的基站兩兩組合分成至少三個基站組；2)每個基站組中兩個基站與目標移動終端依次順序通信，根據起始基站發射出信號和接收到信號的時間差計算出該基站組中信號在兩個基站及目標移動終端依次順序傳輸的總距離；3)根據各基站組中兩個基站的已知坐標及步驟2)中對應的總距離計算目標移動終端的位置坐標。

優選的，步驟2)中距離和的計算方法為：首先起始基站發送數據包給中間基站，記錄下時間戳，另一基站接收到數據包后立刻發送數據包給目標移動終端，目標移動終端接收到收到數據包后立刻發送數據包給起始基站，起始基站接收到數據包后，記錄下時間戳Tr，即得：(T_r-T_d)·c＝D，其中c為電磁波在空氣中的傳播速度，為常數。

優選的，作為定位信號源的基站具有自動組網功能，不同基站間具備信號自動校準和通信功能。

優選的，可根據目標移動終端的位置坐標獲取空間三維坐標、水平面二維坐標、垂直面二維坐標、一維坐標、里程信息。