[發(fā)明專利]基于超寬帶和遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)的室內(nèi)高精度定位系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110015619.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN112797984A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李正東;李秀玲;王瑜琳;蔣德才;包信宗;何艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): G01C21/20
• 分類號(hào): G01C21/20;H04W64/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

該發(fā)明涉及室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于超寬帶和遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)的室內(nèi)高精度定位系統(tǒng)。包括定位設(shè)備，其特征在于：所述定位設(shè)備按照信號(hào)傳輸?shù)捻樞虬ǜ兄獙印⒉杉瘜印?shù)據(jù)層和應(yīng)用層，所述感知層由若干標(biāo)簽和至少3個(gè)基站組成，所述標(biāo)簽位于待檢測(cè)目標(biāo)上，所述基站安裝于室內(nèi)固定位置，所述標(biāo)簽和基站通過UWB無線通訊技術(shù)記性測(cè)距和定位，所述采集層由數(shù)據(jù)集中器組成，所述基站與集中器之間采用LoRa無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的無線傳輸，所述數(shù)據(jù)層包括定位服務(wù)器，所述定位服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)集中器的信號(hào)進(jìn)行處理。本技術(shù)方案用以解決現(xiàn)有技術(shù)中室內(nèi)定位方式定位精度低、功耗高以及不能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)cm級(jí)的精確定位需求的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

該發(fā)明涉及室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于超寬帶和遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)的室內(nèi)高精度定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當(dāng)前，室內(nèi)定位技術(shù)正逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。因?yàn)槭覂?nèi)無線信號(hào)的傳播環(huán)境非常復(fù)雜，極易受到多徑效應(yīng)和非視距傳輸?shù)挠绊懀壳斑€沒有形成一套非常成熟的研究方案。當(dāng)前，室內(nèi)定位主要有四種定位思路，分別是基于信號(hào)接收強(qiáng)度的RSSI(ReceivedSignal Strength Indication)定位算法、基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的TOA(Time of Arrival)定位算法、基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差的TDOA(Time of Arrival)定位算法、基于信號(hào)到達(dá)角度AOA(Angle of Arrival)定位算法。其中，TDOA無論是定位精度上還是在實(shí)現(xiàn)難度上都體現(xiàn)了其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在通信技術(shù)上，研究人員采用了WiFi、ZigBee、藍(lán)牙、超聲波、紅外線等多種無線通信方式。但是，由于定位精度低、功耗高等問題不能實(shí)現(xiàn)cm級(jí)的精確室內(nèi)定位需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述背景技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于超寬帶和遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)的室內(nèi)高精度定位系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中室內(nèi)定位方式定位精度低、功耗高以及不能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)厘米級(jí)的精確定位需求的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

基于超寬帶和遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)的室內(nèi)高精度定位系統(tǒng)，包括定位設(shè)備，所述定位設(shè)備按照信號(hào)傳輸?shù)捻樞虬ǜ兄獙印⒉杉瘜印?shù)據(jù)層和應(yīng)用層，所述感知層由若干標(biāo)簽和至少3個(gè)基站組成，所述標(biāo)簽位于待檢測(cè)目標(biāo)上，所述基站安裝于室內(nèi)固定位置，所述標(biāo)簽和基站通過UWB無線通訊技術(shù)記性測(cè)距和定位，所述采集層由數(shù)據(jù)集中器構(gòu)成，所述基站與集中器之間采用LoRa無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的無線傳輸，所述數(shù)據(jù)層包括定位服務(wù)器，所述定位服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)集中器的信號(hào)進(jìn)行處理，所述數(shù)據(jù)集中器與定位服務(wù)器之間采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述應(yīng)用層為用戶操作端。

本技術(shù)方案的基本工作原理如下:標(biāo)簽在固定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送超寬帶信號(hào)，各定位基站截獲此信號(hào)后獲得接收信號(hào)的時(shí)間差，然后通過LoRa技術(shù)將時(shí)間差以無線方式傳送至數(shù)據(jù)集中器，再由數(shù)據(jù)集中器通過以太網(wǎng)傳輸?shù)蕉ㄎ环?wù)器，最后由定位服務(wù)器調(diào)用優(yōu)化TDOA定位算法對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行精確定位。

進(jìn)一步限定，所述標(biāo)簽由電性連接的微控制器模塊、UWB通訊模塊、加速度傳感器模塊和電源管理模塊組成。

進(jìn)一步限定，所述基站由電性連接的主控制器模塊、微控制器模塊、電源管理模塊、UWB通訊模塊、Lora通訊模塊1和Lora通訊模塊2組成。

進(jìn)一步限定，所述集中器由電性連接的主控制器模塊、以太網(wǎng)模塊、電源管理模塊和Lora通訊模塊組成。

進(jìn)一步限定，所述定位服務(wù)器確定標(biāo)簽準(zhǔn)確位置的方法如下：

A.標(biāo)簽在固定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送超寬帶信號(hào)；

B.各定位基站截獲此信號(hào)后獲得接收信號(hào)的時(shí)間差數(shù)據(jù)；

C.各定位基站通過LoRa技術(shù)將時(shí)間差數(shù)據(jù)以無線方式傳送至數(shù)據(jù)集中器；

D.數(shù)據(jù)集中器通過以太網(wǎng)將時(shí)間差數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉ㄎ环?wù)器；