一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法技術

本發明專利技術公開了一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法，包括步驟：S1：根據標簽坐標刷新次數及標簽總數設定時隙；S2：主基站向每一標簽發出廣播指令，使每一標簽確定自身時隙；S3:每一標簽在對應時隙內發出測距包，主基站接收測距包后發出同步包；S4：每一從基站分別接收測距包、同步包，并計算接收兩次信號之間的時間差Δt

【技術實現步驟摘要】
一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法
本專利技術涉及無線定位領域，尤其涉及一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法。
技術介紹
UWB定位技術屬于無線定位技術的一種。無線定位技術是指用來判定移動用戶位置的測量方法和計算方法，即定位算法。目前最常用的定位技術主要有：時差定位技術、信號到達角度測量(AOA)技術、到達時間定位(TOA)和到達時間差定位(TDOA)等。其中，TDOA技術是目前最為流行的一種方案，除了用于GSM系統，在其他諸如AMPS和CDMA系統中也廣泛應用，UWB定位采用的也是這種技術。通常，UWB定位系統設定幾個定位參考點(根據實際需要)，以接收待測點(數量上百)發出的高斯脈沖信號。為了避免信號發生碰撞，每個待測點都有自己的代碼序列。當一個高斯脈沖中代碼序列被參考點收到時，它將在一個時間整合相關器內與當前產生的一個對照序列作比較。當收到信號的位移與對照信號相吻合，即出現一個相關高峰信號。這樣就容易判斷是否收到正確的代碼序列。處理接收到的脈沖序列得到接收時間，計算得到待測點的坐標。TDOA的優勢在于，不需要對標簽(又稱移動臺、節點等)和基站(又稱錨節點)的時鐘進行同步，但是依然需要解決基站與基站之間的同步，工業界通常采用的同步方法是采用IEEE-1588協議,節點與節點之間采用網線連接.然后通過盤持EEE-1588的以太網物理層芯片進行時鐘同步。在采用高精度溫補晶振情況下，可以到1ns下的誤差，但是，這種方法的缺點是需要基站和基站之間采用網線連接，造成施工布局復雜，而且基站與基站之間的射頻模塊的延遲差異也會造成誤差。或者直接通過基站之間的無線通信進行同步，但通信時間要多于網線連接，基站與基站之間的射頻模塊的延遲差異依然會造成誤差(0.1納秒級誤差)。中國專利申請201610340104.6提供了一種基于TDOA的快速定位方法，該方法包括步驟：：坐標與距離方程的建立、中心距離的求解、目標坐標的求解、建立距離約束和球面關系約束，求解目標坐標的修正解。該方法主要是解決被測目標在近距、遠距多場景下依靠多個信號接收器探測的時間差進行位置求解的問題，該方法解決了近距離、遠距離運算方法不統一的問題，但是該方法并未從解決定位系統工作時，基站需要同步的問題，該方法中定位系統工作時，依然存在著各個基站各個標簽之間的差異影響，同時，該方案并未提高系統的標簽容量和效率。
技術實現思路
針對現有技術的缺點，本專利技術的目的是提供一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法，其能夠提升定位系統的容量和效率，能夠消除不同的標簽不同的基站之間的差異影響，即，無論在生產中還是在使用中均無需校準天線延時。應用時基站無需同步，定位精度更高。為實現上述目的，本專利技術實施例提供了一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法，包括如下步驟：S1：根據標簽坐標刷新次數及標簽總數設定時隙；S2：主基站向每一標簽發出廣播指令，使每一標簽確定自身時隙；S3:每一標簽在對應時隙內發出超寬帶定位信號測距包，主基站接收超寬帶定位信號測距包后發出超寬帶定位信號同步包；S4：每一從基站分別接收超寬帶定位信號測距包、超寬帶定位信號同步包，并計算接收兩次信號之間的時間差Δtk，k＝1,2,3…N，Δtk表示第k從基站接收超寬帶定位信號同步包與超寬帶定位信號測距包的時間差；S5：根據主基站坐標、每一從基站坐標、以及時間差Δtk進行計算，得到第k+1從基站與標簽之間的距離rk+1和第k從基站與標簽之間的距離rk的差值，k＝1,2,3…N；S6：根據步驟S5中計算出的距離差值進行TDOA解算，得到標簽坐標。與現有技術相比，本專利技術公開的基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法在TDOA的基礎上，又進行了一次差分，這次差分具有同步基站的作用，同時，基站的射頻模塊的延遲差異與該基站Δtk(Δtk的大小與信號傳輸速率有關，最大為毫秒級，一般為十分之一毫秒級)后自身延時誤差進行差分，在極短的時間內，一定程度上可以認為基站本身的性質并未發生改變，極大的降低了誤差。根據本專利技術另一具體實施方式，步驟S2包括如下步驟：S21：指令包括空白時隙，通過指令每一待定位標簽隨機申請空白時隙；S22：通過指令每一未待定位的標簽隨機申請未被待定位標簽占用的空白時隙；S23：每一未待定位標簽在分配空白時隙后成為待定位標簽。通過劃分時隙、空白時隙，并將每一標簽能夠提高時間利用率，增加系統的標簽容量。根據本專利技術另一具體實施方式，步驟S4進一步包括步驟S41：通過公式計算得到Δtk，其中：k＝1,2,3…N，c表示信號傳輸速度，t0k表示主基站發送超寬帶定位信號同步包至第K從基站的時間，tk表示標簽發送超寬帶定位信號測距包至第k從基站的時間，r0k表示主基站與第k從基站之間的距離，rk表示標簽與第k從基站之間的距離，ΔT表示標簽與主基站發送超寬帶定位信號的時間差。根據本專利技術另一具體實施方式，步驟S5包括步驟S51：將Δtk+1-Δtk進行消元變化得到rk+1-rk＝c(Δtk-Δtk+1)+(r0(k+1)-r0k)，其中：c表示信號傳輸速度，rk表示標簽與第K從基站之間的距離，Δtk表示第K從基站接收超寬帶定位信號同步包與超寬帶定位信號測距包的時間差，r0k表示主基站與第K從基站之間的距離。根據本專利技術另一具體實施方式，步驟S5進一步包括步驟S52：建立二維平面定位方程組:r2-r1＝c(Δt1-Δt2)+(r02-r01)r3-r2＝c(Δt2-Δt3)+(r03-r02)。根據本專利技術另一具體實施方式，步驟S5進一步包括步驟S53：建立三維立體定位方程組:r2-r1＝c(Δt1-Δt2)+(r02-r01)r3-r2＝c(Δt2-Δt3)+(r03-r02)r4-r3＝c(Δt3-Δt4)+(r04-r03)。根據本專利技術另一具體實施方式，步驟S6進一步包括步驟S61：由幾何關系式：得到基于TDOA時間差定位方法的方程：其中：標簽坐標為(x，y)，第k從基站坐標為(xk，yk)。根據本專利技術另一具體實施方式，步驟S6進一步包括步驟S62：由幾何關系式：得到基于TDOA時間差定位方法的方程：其中：標簽坐標為(x，y，z)，第k從基站坐標為(xk，yk，zk)。根據本專利技術另一具體實施方式，步驟S6進一步包括步驟S63：建立基于TDOA時間差定位方法的二維平面方程組，并解算方程組得到標簽二維坐標。根據本專利技術另一具體實施方式，步驟S6進一步包括步驟S64：建立基于TDOA時間差定位方法的三維立體方程組，并解算方程組得到標簽三維坐標。本專利技術提供的雙差分雙工的超寬帶無線定位方法，采用高效調度管理方法，可支持大容量標簽.消除隨機碰撞概率，提升整個定位系統的能力和效率。采用新型雙差分解算方法，可以消除不同的標簽不同的基站之間的差異影響，應用時基站無需同步，降低架設同步難度，標簽和基站無需校準，實現隨時接入隨時使用，簡化應用繁瑣度，極大降低成本提升用戶體驗。下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。附圖說明圖1是實施例1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：根據標簽坐標刷新次數及標簽總數設定時隙；S2：主基站向每一所述標簽發出廣播指令，使每一所述標簽確定自身時隙；S3:每一所述標簽在對應時隙內發出超寬帶定位信號測距包，主基站接收所述超寬帶定位信號測距包后發出超寬帶定位信號同步包；S4：每一從基站分別接收所述超寬帶定位信號測距包、所述超寬帶定位信號同步包，并計算接收兩次信號之間的時間差Δt

【技術特征摘要】
1.一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：根據標簽坐標刷新次數及標簽總數設定時隙；S2：主基站向每一所述標簽發出廣播指令，使每一所述標簽確定自身時隙；S3:每一所述標簽在對應時隙內發出超寬帶定位信號測距包，主基站接收所述超寬帶定位信號測距包后發出超寬帶定位信號同步包；S4：每一從基站分別接收所述超寬帶定位信號測距包、所述超寬帶定位信號同步包，并計算接收兩次信號之間的時間差Δtk，k＝1,2,3…N，Δtk表示第k從基站接收所述超寬帶定位信號同步包與超寬帶定位信號測距包的時間差；S5：根據所述主基站坐標、每一所述從基站坐標、以及所述時間差Δtk進行計算，得到第k+1從基站與標簽之間的距離rk+1和第k從基站與標簽之間的距離rk的差值，k＝1,2,3…N；S6：根據步驟S5中計算出的距離差值進行TDOA解算，得到標簽坐標。2.如權利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S2包括如下步驟：S21：所述指令包括空白時隙，通過所述指令每一待定位標簽隨機申請所述空白時隙；S22：通過所述指令每一未待定位的標簽隨機申請未被待定位標簽占用的空白時隙；S23：所述每一未待定位標簽在分配空白時隙后成為待定位標簽。3.如權利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S4進一步包括步驟S41：通過公式計算得到Δtk，其中：k＝1,2,3…N，c表示信號傳輸速度，t0k表示主基站發送超寬帶定位信號同步包至第K從基站的時間，tk表示標簽發送超寬帶定位信號測距包至第k從基站的時間，r0k表示主基站與第k從基站之間的距離，rk表示標簽與第k從基站之間的距離，ΔT表示標簽與主基站發送超寬帶定位信號的時間差。4.如權利要求3所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S5包括步驟S51：將Δtk+1-Δtk進行消元變化得到rk+1-rk＝c(Δtk-Δtk+1)+(r0(k+1)-r0k)，其中：c表示信號傳輸速度，rk表示標簽與第K從基站之間的距離，Δtk表示第K...

【專利技術屬性】
技術研發人員：裴玉奎，吳一稷，何健倫，何浩，馬耀輝，
申請(專利權)人：廣州土圭垚信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44