[发明专利]一种基于UWB的测向定位方法

说明书

本发明公开一种基于UWB的测向定位方法，使用该基于UWB的测向定位方法的装置主要由部署在固定位置的基站和固定在设备上的标签组成，通过基站和标签之间的UWB天线阵列进行无线通信，并通过内部的MCU实现测量计算，从而得到标签朝向自身在以基站朝向建立的第一坐标系X1中的方位角度，同时还可以得到标签相对基站的距离和坐标位置。

技术领域

本发明涉及测向定位技术领域，特别涉及一种基于UWB的测向定位方法。

背景技术

感知层是物联网技术发展的基石，是信息采集的关键部分，其中测向定位技术可以让终端设备知道自己在参考坐标系中的坐标和方位角度，是终端设备执行指令的一项非常重要的数据。

在当下测向定位技术中，多采用地磁传感器、惯性导航技术或蓝牙AOA等组合，但是上述技术方案各有缺陷。如地磁传感器易受磁场、金属干扰，惯性导航技术随着运行时间增长累积误差会逐渐增加，蓝牙AOA精度较低且测向范围较近等。

普通的基站AoA技术，无法实现标签的姿态识别。如何在统一的坐标系下，让系统内的标签不仅可以知道自身的坐标，也可以知道自身的姿态是一项亟需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于AOA+TOF的组合定位系统，并基于此系统实现在统一坐标系下，在终端设备获知自身坐标的前提下，同时获知自身的姿态朝向，从而实现测向和定位的基于UWB的测向定位方法。

一种基于UWB的测向定位方法，

使用该基于UWB的测向定位方法的装置包括部署在固定位置的基站和固定在设备上的标签，所述基站和所述标签上均设置有UWB天线阵列，所述基站和所述标签之间通过所述UWB天线阵列进行通信；所述UWB天线阵列包括MCU、UWB芯片和至少三个UWB天线；所述UWB天线和所述UWB芯片连接后和所述MCU连接；

具体方法为：

1)所述标签通过所述标签上的任一UWB天线发送blink帧，并记录下第一发送时刻txblink；

2)所述基站上的UWB天线接收所述blink帧，记录下UWB天线的第一接收相位，同时记录下第一接收时刻rxblink；

3)所述基站上的MCU根据第一接收相位计算出UWB天线的第一接收相位差，并以所述基站朝向建立第一坐标系X1，根据所述第一接收相位差可以计算在第一坐标系X1内所述标签所在的第一方位角度θ：

4)所述基站通过任一UWB天线向所述标签发射response帧，并将发射response帧的第二发射时刻txresp、第一接收时刻rxblink、以及计算出的第一方位角度θ填充到response帧中发射给所述标签；

5)所述标签上的UWB天线接收到所述response帧，记录下UWB天线的第二接收相位，同时记录下第二接收时刻rxresp，并且可以得到所述标签相对于所述基站的频偏R；

6)所述标签上的MCU根据第二接收相位计算出UWB天线的第二接收相位差，并以标签朝向建立第二坐标系X2，根据所述第二接收相位差可以计算在第二坐标系X2内所述基站所在的第二方位角度β，并且计算出标签和基站之间的距离d：d＝((rxresp-txblink)-(txresp-rxblink))*(1-R)*C/2,其中C为光速；

7)当使用所述第一坐标系X1为最终参考系时，可以得出所述标签在所述第一坐标系X1中的坐标为：

x＝d*cosθ，

y＝d*sinθ，

通过所述第一坐标系X1内所述标签所在的所述第一方位角度θ，以及所述第二坐标系X2内所述基站所在的所述第二方位角度β，从而计算出所述标签的朝向在所述第一坐标系X1内的第三方位角度α：