[发明专利]一种UWB三维室内定位系统及定位方法

说明书

本发明适用于室内定位技术领域，提供了一种UWB三维室内定位系统及定位方法，定位系统包括定位主机、定位基站、待定位有源标签，在三维定位系统中，采用多个定位基站均匀布局于使用环境四周，采用两组不同高度排布的状态，有源待定位标签的活动范围须限制在高低两个平面之内，使用时，由定位标签发出定位请求信号，各个定位基站依次接收并进行反馈，由定位标签获取到与各个定位基站的测距值，再通过无线方式将结果传递到定位主机中进行误差消除和定位计算，本发明所述定位方法基于TOF测距原理，定位主机采用最小二乘拟合公式和卡尔曼滤波对定位基站测量的距离值进行预处理一削弱非视距误差对计算结果的影响，定位更准确。

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，尤其涉及一种UWB三维室内定位系统及定位方法。

背景技术

随着智慧城市、物联网、移动互联网等相关行业的快速发展，基于位置服务的上层应用将在其中发挥越来越重要的作用。而在室内定位领域，超宽带这一新兴技术以其优越的定位性能开始获得越来越多的关注。目前，基于超宽带技术的室内定位模型主要分为“到达时间”(time ofarrival，TOA)和“到达时间差”(time differences ofarrival，TDOA)两种。

在当前超宽带(ultra wide band,UWB)室内定位系统中，由于室内环境的复杂多变，不可避免地引入了测量噪声和非视距(Non-Line ofSight，NLOS)误差。二者是求解定位过程中的主要误差来源，尤其是NLOS误差已经成为影响定位精度的关键性因素，较大的NLOS误差往往会导致超宽带室内定位系统的定位性能急剧下滑，尤其是在三维定位系统中，传统定位算法不能满足实际定位需求。

发明内容

本发明提供一种UWB三维室内定位系统及定位方法，旨在定位性能差的问题。

本发明是这样实现的，一种UWB三维室内定位系统，包括待定位标签、多个定位基站、定位主机；

所述待定位标签用于发出定位请求信号；

所述多个定位基站均匀分布在室内空间的边沿且用于接收所述定位请求信号，所述多个定位基站根据所述定位请求信号检测所述待定位标签与所述多个定位基站之间的距离值；

所述所述定位主机用于对接收所述距离值并且采用最小二乘拟合公式和卡尔曼滤波依次对所述距离值进行减少误差的处理，然后通过计算得出所述待定位标签的定位信息。

本发明还提供优选的，所述待定位标签和所述定位基站内均设置有型号为DW的定位芯片，所述定位芯片用于接收和发出定位请求信号。

本发明还提供优选的，所述定位基站的数量为五个。

本发明还提供优选的，所述五个定位基站分为第一基站组和第二基站组，其中第一基站组内设置有三个所述定位基站，所述第二基站组内设置有两个所述定位基站，所述第一基站组的高度高于所述第二基站组。

本发明还提供优选的，所述五个定位基站分为第一基站组和第二基站组，其中第一基站组内设置有四个所述定位基站，所述第二基站组内设置有一个所述定位基站，所述第一基站组的高度高于所述第二基站组。

本发明还提供一种UWB三维室内定位系统的定位方法，其采用上述任意一种UWB三维室内定位系统，所述定位方法包括以下步骤：

步骤1：所述待定位标签发出一次测距请求帧；

步骤2：所述多个定位基站均接收到所述测距请求帧，并且延时发出响应帧，响应时间附在所述响应帧内；

步骤3：所述待定位标签接收所述响应帧，并且计算得出发出测距请求帧到接收响应帧的时间间隔，再根据所述响应帧内的所述响应时间，计算得出所述待定位标签到每一个所述定位基站的距离值，待定位标签将多个所述距离值发送到所述定位主机；