[发明专利]基于UWB的船舶在船闸内定位的系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于UWB的船舶在船闸内定位的系统，它包括数据处理器、应用服务器、沿船闸一侧的长度方向均匀布置的多个第一UWB基站，沿船闸另一侧的长度方向均匀布置的多个第二UWB基站，以及多个UWB标签，其中，船舶的船首、船尾、船左舷和船右舷分别安装有一个UWB标签，所述第一UWB基站和第二UWB基站均能与各个UWB标签之间无线通信，各个第一UWB基站和第二UWB基站的基站定位数据通信端连接数据处理器的对应基站数据通信接口，数据处理器的处理结果数据输出端连接应用服务器的数据输入端。本发明覆盖广、定位精度高、环境影响小。

技术领域

本发明涉及船舶定位技术领域，具体涉及一种基于UWB(Ultra-Wideband，超带宽)的船舶在船闸内定位的系统及方法。

背景技术

船舶在室外的定位技术GPS全球导航卫星系统(GNSS)已经很成熟，但是GNSS定位技术在隧道、高楼、大山、峡谷等非空旷环境下，存在卫星信号遮挡、反射等因素，造成信噪比(SNR)下降，水平精度因子(HDOP)、垂直精度因子(VDOP)上升等现象，使GNSS定位精度下降，甚至无法定位。船闸最大深度近百米，当闸门关闭时，四周被遮挡，如同天然的峡谷，所以当船舶在船闸内时，GNSS定位技术难以发挥正常作用。除此之外采取传统的视觉方法会由于视距较短，导致预警不足，其它定位技术如蓝牙、Wi-Fi、RFID等定位服务中也存在定位精度不足、信号易受干扰等情况。所以现有的船舶定位技术无法保证船舶在船闸内的精确导航。

当船舶在船闸内漂移的时候，若船舶定位精度低，必然会导致船舶的驾驶难度增大，使船舶在船闸内航行速度大大降低，严重的降低了船闸的通航效率。所以通过提高船舶在船闸内的定位精度可以确保船舶在安全行驶的前提下提高通过船闸的速度，从而提升船闸的通航能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于UWB的船舶在船闸内定位的系统及方法，本发明覆盖广、定位精度高、环境影响小。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种基于UWB的船舶在船闸内定位的系统，其特征在于：它包括数据处理器、应用服务器、沿船闸一侧的长度方向均匀布置的多个第一UWB基站，沿船闸另一侧的长度方向均匀布置的多个第二UWB基站，以及多个UWB标签，其中，船舶的船首、船尾、船左舷和船右舷分别安装有一个UWB标签，所述第一UWB基站和第二UWB基站均能与各个UWB标签之间无线通信，各个第一UWB基站和第二UWB基站的基站定位数据通信端连接数据处理器的对应基站数据通信接口，数据处理器的处理结果数据输出端连接应用服务器的数据输入端。

一种利用上述系统进行船舶在船闸内定位的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：设置在船舶上的各个UWB标签和设置在船闸两侧的各个第一UWB基站和第二UWB基站相互连接识别，组成UWB基站网络；

步骤2：数据处理器根据各个第一UWB基站和第二UWB基站传回的数据，并通过到达时间定位算法(TOA)、到达时间差定位方法(TDOA)或到达角度定位算法(AOA)实现对船舶在船闸内的UWB定位，并得到船闸内船舶实时的航速、航向以及船舶定位图；

步骤3：数据处理器分析得出的船舶实时的航速、航向及船舶定位图传至应用服务器存储。

步骤4：船员通过无线网下载数据至客户端；船员根据获得的船舶实时的航速、航向及船舶定位图及时调整船艏方向和航速。

本发明的有益效果：

在本发明中，船舶定位识别采用UWB模块，解决了采取传统的视觉方法会视距较短、导致预警不足的问题，还解决了其它定位技术如蓝牙、Wi-Fi、RFID等定位服务中的定位精度不足、信号易受干扰的问题。本发明具有价格低廉、覆盖范围广、支持多点定位、穿透力强、定位精度高和抗干扰能力强等优点。