[發(fā)明專利]一種基于UWB的定位方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110204854.1
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN113038597B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王繼良;楊景;董柏順;劉云浩
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;G01S11/02;G01S5/02
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 陳新生

1.一種基于UWB的定位方法，其特征在于，包括：

獲取若干錨節(jié)點和啟動節(jié)點，基于所述若干錨節(jié)點和所述啟動節(jié)點構(gòu)建定位協(xié)議框架；

確定待定位標簽節(jié)點，基于所述定位協(xié)議框架構(gòu)造所述待定位標簽節(jié)點、所述啟動節(jié)點和單個錨節(jié)點之間的預(yù)設(shè)雙向測距過程，獲得偵聽模式下的時間戳轉(zhuǎn)換結(jié)果；

基于多個錨節(jié)點協(xié)同定位求解所述時間戳轉(zhuǎn)換結(jié)果中的未知量，得到待定位標簽節(jié)點的定位結(jié)果；

所述啟動節(jié)點用于發(fā)起每一輪的通信測距過程，在進行任一次測距過程時，所述啟動節(jié)點主動與所述若干錨節(jié)點進行雙向測距，所述待定位標簽節(jié)點保持偵聽；

所述確定待定位標簽節(jié)點，基于所述定位協(xié)議框架構(gòu)造所述待定位標簽節(jié)點、所述啟動節(jié)點和單個錨節(jié)點之間的預(yù)設(shè)雙向測距過程，獲得偵聽模式下的時間戳轉(zhuǎn)換結(jié)果，具體包括：

獲取所述啟動節(jié)點與所述單個錨節(jié)點之間的飛行時間模型；

獲取所述待定位標簽節(jié)點在虛擬偵聽時間的模型；

將所述虛擬偵聽時間的模型代入所述飛行時間模型，獲得所述時間戳轉(zhuǎn)換結(jié)果；

其中，所述獲取所述待定位標簽節(jié)點在虛擬偵聽時間的模型，具體包括：

獲取所述待定位標簽節(jié)點偵聽到發(fā)送數(shù)據(jù)包的第一偵聽時間和偵聽到返回數(shù)據(jù)包的第二偵聽時間；

設(shè)定所述待定位標簽節(jié)點在虛擬偵聽時間發(fā)出虛擬返回數(shù)據(jù)包，所述啟動節(jié)點在第二接收時間接收到所述虛擬返回數(shù)據(jù)包；

獲取所述啟動節(jié)點到所述單個錨節(jié)點之間的第一距離、所述啟動節(jié)點到所述待定位標簽節(jié)點之間的第二距離和所述單個錨節(jié)點和所述待定位標簽節(jié)點之間的第三距離；

由光速常量、所述第一距離、所述第二距離、所述第三距離和所述第二偵聽時間，得到所述虛擬偵聽時間的模型；

通過構(gòu)造所述標簽節(jié)點與所述啟動節(jié)點之間的“虛擬的”單邊雙向測距過程，從而進行時間戳的轉(zhuǎn)換；假設(shè)標簽節(jié)點在T′₃₂時刻發(fā)出一個虛擬的Resp數(shù)據(jù)包，并且這個Resp數(shù)據(jù)包恰好也在T₁₂時刻被啟動節(jié)點收到，進一步用D_IA表示啟動節(jié)點和錨節(jié)點A之間的距離，D_IT表示啟動節(jié)點和標簽節(jié)點之間的距離，D_AT表示錨節(jié)點A和標簽節(jié)點之間的距離，則計算啟動節(jié)點與標簽節(jié)點之間的飛行時間：

其中c為光速常量，T₁₁為所述啟動節(jié)點廣播Poll數(shù)據(jù)包的時刻，T₁₂為所述啟動節(jié)點收到Resp數(shù)據(jù)包的時刻，T₃₁為所述標簽節(jié)點偵聽到Poll數(shù)據(jù)包的時刻，T₃₂為所述標簽節(jié)點偵聽到Resp數(shù)據(jù)包的時刻，T′₃₂為所述標簽節(jié)點發(fā)出Resp數(shù)據(jù)包的時刻，T_f為所述啟動節(jié)點與所述標簽節(jié)點之間的飛行時間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于UWB的定位方法，其特征在于，所述獲取若干錨節(jié)點和啟動節(jié)點，基于所述若干錨節(jié)點和所述啟動節(jié)點構(gòu)建定位協(xié)議框架，具體包括：

確定所述若干錨節(jié)點和所述啟動節(jié)點的位置信息；

所述若干錨節(jié)點和所述啟動節(jié)點之間基于雙向測距方式進行通信交互，任意標簽節(jié)點進行偵聽并獲取多個時間戳，所述任意標簽節(jié)點根據(jù)所述多個時間戳進行自定位。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于UWB的定位方法，其特征在于，所述獲取所述啟動節(jié)點與所述單個錨節(jié)點之間的飛行時間模型，具體包括：

記錄所述啟動節(jié)點廣播發(fā)送數(shù)據(jù)包的第一發(fā)送時間，在所述若干錨節(jié)點中任選單個錨節(jié)點，記錄所述單個錨節(jié)點接收所述發(fā)送數(shù)據(jù)包的第一接收時間、所述單個錨節(jié)點發(fā)送返回數(shù)據(jù)包的第一返回時間以及所述啟動節(jié)點接收所述返回數(shù)據(jù)包的第二接收時間；

基于所述第一發(fā)送時間、所述第一接收時間、所述第一返回時間和所述第二接收時間，得到所述飛行時間模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于UWB的定位方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)雙向測距過程包括單邊雙向測距和雙邊雙向測距。