[发明专利]基于双向测距的异步超宽带定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线定位方法，尤其涉及基于双向测距的异步超宽带定位方法及系统。 

背景技术

超宽带信号由于其极高的时域分辨率，理论上可以达到厘米级的测距定位精度，同时由于其频域信息分量丰富，具备较好的障碍物穿透能力，因此在室内定位领域具有广泛的应用。常见的定位方法包括到达时间估计（TOA）、到达角估计（AOA）、到达时间差估计（TDOA）、信号强度（RSS）等途径，而基于到达时间类的估计方法能够充分挖掘超宽带信号在时域分辨率上的优点，从而得到广泛应用。 

相比较TOA和TDOA方法，二者各有优势。其中TDOA系统能够容纳更多的用户，但是需要锚节点单元之间完成精确的时间同步。由于室内定位的精度要求较高，当同步误差超过1ns，测距误差就达到30cm，会对系统性能产生严重影响。而目前常用的低复杂度全局同步算法很难达到如此高精度的要求，从而也限制了TDOA方法的应用。 

双向测距（Two way ranging）是一种常见的异步测距方法。该方法利用信号的往返时间（Round trip time）进行距离测量。这种方法不需要收发节点的时钟同步，因此复杂度较低。不过由于定位系统中至少需要3个以上的锚节点单元进行定位辅助，而锚节点单元之间需要设计合理的时分协议以完成先后传输，增加了系统的复杂度。 

发明内容

为了解决现有技术双向测距中系统复杂度高的问题，本发明提供了一种基于双向测距的异步超宽带定位方法。 

本发明提供了一种基于双向测距的异步超宽带定位方法，包括目标节点单元与锚节点单元距离测量步骤，该目标节点单元与锚节点单元距离测量步骤包括如下步骤： 

A.目标节点单元用不同的周期发送两个脉冲； 

B.至少三个锚节点单元共同搜索目标节点单元发送的脉冲，至少三 个锚节点单元的搜索周期不同； 

C.每个锚节点单元捕获脉冲两次、判断是否每次都在相同的时刻捕获到目标节点单元发送过来的脉冲，如是、证明该锚节点单元成功捕捉到脉冲、那么执行D步骤，否则该锚节点单元结束检测； 

D.成功捕捉到脉冲的锚节点单元将检测到的脉冲回传至目标节点单元； 

E.目标节点单元计算出目标节点单元与捕捉到脉冲的锚节点单元之间的距离，并且目标节点单元将该距离进行记录； 

执行目标节点单元与锚节点单元距离测量步骤的次数与锚节点单元的个数相同，在步骤A中目标节点单元每次发送的脉冲帧长度均不相同；待目标节点单元与锚节点单元距离测量步骤的次数执行完毕后，目标节点单元根据目标节点单元与每个锚节点单元的距离值计算出该目标节点单元的位置。 

作为本发明的进一步改进，在所述步骤C中，判断锚节点单元搜索脉冲的周期与目标节点单元发送脉冲的周期是否相同的方法为：判断锚节点单元连续多次捕获到目标节点单元发送过来的脉冲是否在同一位置，如在同一位置、则证明目标节点单元发送脉冲的周期与锚节点单元捕获脉冲的周期相同，锚节点单元能够成功捕捉到脉冲。 

作为本发明的进一步改进，在所述步骤C中，在所述步骤C中，判断锚节点单元搜索脉冲的周期与目标节点单元发送脉冲的周期是否相同的方法为：锚节点单元多次检测锚节点单元的计数周期与目标节点单元发送的脉冲帧长度是否相同，如锚节点单元连续有n次捕获到目标节点单元发送过来的脉冲在同一位置、则证明锚节点单元成功捕捉到脉冲，该n次为预设值。 

作为本发明的进一步改进，所述锚节点单元的数量为6个。 

作为本发明的进一步改进，在所述步骤E中，目标节点单元通过双向测距方法计算出目标节点单元与捕捉到脉冲的锚节点单元之间的距离。 

本发明还提供了一种基于双向测距的异步超宽带定位系统，包括目标节点单元、至少三个锚节点单元，所述目标节点单元包括： 

用于发送和接收脉冲的收发模块； 

与收发模块相连、且用于计算出目标节点单元与捕捉到脉冲的锚节点单元之间的距离的距离测量模块； 

与距离测量模块相连、且用于根据目标节点单元与每个锚节点单元的距离值计算出该目标节点单元的位置的定位模块； 

所述锚节点单元包括： 

用于接收和回发脉冲的传输模块； 

与传输模块相连、且用于判断锚节点单元的搜索脉冲的周期与目标节点单元发送的周期是否相同的判断模块。 

作为本发明的进一步改进，所述收发模块为无线收发模块，所述传输模块为无线传输模块。 

作为本发明的进一步改进，所述锚节点单元数量为6个。