[发明专利]一种异频部署的UWB定位系统及其实现方法

说明书

本发明涉及一种异频部署的UWB定位系统及其实现方法，属于UWB定位技术领域，该定位系统由一个或多个支持多个频段的UWB定位标签、四个及四个以上支持不同频段的UWB定位基站和一个UWB定位服务器组成；其中，每个UWB定位基站与UWB定位服务器通过有线通信进行连接；每个UWB定位标签可同时与四个及四个以上不同频段的UWB定位基站通过无线空口进行连接，每个UWB定位标签与UWB定位服务器间接连接；该方法包括在需要进行室内定位的场所内按照六步法部署异频UWB定位基站和UWB定位服务器，选取支持不同频段的UWB定位基站在空间上进行间隔部署；本发明具有能在不同频段下同时进行快速实时定位处理的特点，帮助基于UWB定位技术的实时定位系统能更及时提供位置定位服务。

技术领域

本发明属于UWB定位技术领域，特别提出一种异频部署的UWB定位系统及其实现方法。

背景技术

超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据或定位，因此其所占的频谱范围很宽。UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，抗干扰强，安全性高，功耗低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。UWB脉冲通信由于其优良、独特的技术特性，已经在无线多媒体通信、雷达、精密定位、穿墙透地探测、成像和测量等领域获得日益广泛的应用。UWB技术是无线通信技术之一，所以其有效定位覆盖半径是指从发射机发出信号位置到能接收并能解析该信号最远位置的距离，其主要跟发射机的发射功率、接收机的接收灵敏度、无线信号抗干扰性、无线信号传播的环境等因素有关。目前UWB定位技术的国际标准主要是由IEEE 802.15.4标准任务组来制定的，其中分配给UWB的频段有16个频段，具体如表1所示。

表1目前分配给UWB的频段列表

三维的UWB定位系统主要是由采用一个具有定位数据处理功能的UWB定位服务器、4个以上同频部署的UWB定位基站和一个或多个同频UWB定位标签组成，该系统主要针对UWB定位标签来进行精确位置定位。其中，UWB定位标签是由一个支持某个频段的收发机模块、一个基带模块、一个定位功能模块、一个收发天线模块和一个电源管理模块组成。UWB定位基站是由一个支持某个频段的收发机模块、一个基带模块、一个定位功能模块、一个时钟同步客户端模块、一个收发天线模块、一个或多个有线通信接口模块和一个电源管理模块组成。UWB定位服务器是由一个定位数据处理模块、一个时钟同步服务端模块、一个通信模块以及一个电源管理模块组成。

UWB定位技术中可以使用很多无线定位算法，比较常见的定位算法有TDOA定位算法。TDOA定位算法是一种利用时间差进行定位的方法，该定位算法是通过测量UWB定位标签定位广播信号到达已经完全时钟同步的UWB定位基站的时间，可以计算定位广播信号到达不同UWB定位基站的时间差来确定信号源(UWB定位标签)的距离,即：上行TDOA定位算法，或，通过测量已经完全时钟同步的UWB定位基站同时发送的定位广播信号到达UWB定位标签的时间，可以计算定位广播信号到达UWB定位标签的时间差来确定信号源(UWB定位基站)的距离，即：下行TDOA定位算法。利用信号源到信号监测点的信号接收或到达时间差，就能作出以UWB定位基站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是UWB定位标签的位置，就能确定UWB定位标签的位置。由于该定位算法下需要两两时间差来得到一个算法公式，为了实现三维定位，故所需UWB定位基站至少需要4个才能完成定位，如实现二维定位，则只需要3个UWB定位基站即可。

根据不同的定位算法所需要的定位数据内容不尽相同。若以下行TDOA定位算法为例，则该定位数据包括每个参与定位的UWB定位基站标识及坐标数据、UWB定位广播信号到达各个UWB定位标签的绝对时间数据。

目前同频UWB定位系统部署方法包括六步，即：绘制地图、确定坐标系、部署UWB定位基站、UWB定位基站坐标测绘、网络调试和软件调试。