[发明专利]一种基于UWB的测距装置及其测距时序方法

说明书

本发明公开了一种基于UWB的测距装置及其测距时序方法，所述测距装置包括若干定位基站和待定位的标签，其中定位基站和标签通过UWB通信交换时间戳信息；定位基站包括第一主控芯片、DWM1000模块、以太网模块和电源模块；标签包括第二主控芯片、DWM1000模块和电源模块；所述测距时序方法采用双边双向测距，标签在空间内移动时，会周期性的向空间内基站发送测距信号，此时基站将回应此信号进行测距确认，最后标签再发送最终信号以完成一次测距通信。本发明给出了一种基于UWB的具体测距时序方法，具有较高的鲁棒性，有效的减少了标签的能耗，提高定位精度。

技术领域

本发明涉及超宽带无线技术定位领域，尤其涉及一种基于UWB的测距装置及其测距时序方法。

背景技术

现在小区域内定位方式主要为RSSI(received signal strength indication)和TOF(time of flight)，它们都需要在区域内固定一些通讯节点，超声波、射频信号、红外线、蓝牙等无线讯号是节点间主要的通讯手段。其中红外与超声波受视距通讯的影响应用场景有限，蓝牙与WIFI等通讯单位时间内功率损耗高，且定位误差较大，因此以上方式均存在定位精度低，且容易受到干扰的缺点，定位稳定性难以适应室内应用的要求。而UWB技术相较于其它传统的通讯方式，具有穿透性强、功耗低、抗噪声能力强等优点，与此同时，UWB拥有较高的时间分辨率和对抵抗多路径有较强的能力。

现阶段国内外对于UWB的室内定位技术普遍在于对测距定位等算法的研究与改良，很少有测距的时序方案。

发明内容

发明目的：针对现有技术中测距时序方案不完善的缺点，本发明公开了一种基于UWB的测距装置及其测距时序方法，定位基站和标签通过UWB通信交换时间戳信息，测距时序方法采用双边双向测距方法，本发明具有较高的鲁棒性，有效的减少了标签的能耗，提高定位精度。

技术方案：本发明公开了一种基于UWB的测距装置，包括若干定位基站和待定位的标签，定位基站和标签通过UWB通信交换时间戳信息；定位基站包括第一主控芯片、DWM1000模块、以太网模块和电源模块，第一主控芯片分别与DWM1000模块、以太网模块连接，电源模块为第一主控芯片、DWM1000模块和以太网模块供电，定位基站用于维护同区域内其他定位基站的ID注册表，并周期性地向区域内发送ID注册表便于进入此区域的标签接收；标签包括第二主控芯片、DWM1000模块和电源模块，第二主控芯片与DWM1000模块相连，电源模块为第一主控芯片和DWM1000模块供电，标签接收所在区域内定位基站的ID注册表，并周期性地根据ID注册表中的ID依次向各定位基站发起通信。

优选地，所述第一主控芯片为STM32F407ZGT6，所述第二主控芯片为STM32F401。

优选地，所述定位基站分别安装于室内空间的四周且高度各不相同的位置。

一种基于UWB的测距装置的测距时序方法，所述测距时序方法采用双边双向测距，包括以下步骤：

步骤A1：标签根据搜寻阶段所获得的定位基站的ID注册表，向定位基站主动发送第一次测距消息，记录发送第一次测距时间戳，并打开接收；

步骤A2：处于监听状态的定位基站收到某标签的第一次测距消息，记录为收到第一次测距消息时间戳，接着向标签回复第一次回复消息和发送第一次回复消息时间戳，打开接收；

步骤A3：标签收到第一次回复消息，并记录该时间戳为收到第一次回复消息，将发送第一次测距时间戳、发送第一次回复消息时间戳、发送第二次测距时间戳填包进行第二次测距消息发送，然后进入下一等待周期；

步骤A4：定位基站收到第二次测距消息记录收到第二次测距消息时间戳，解包获得各个消息节点时间戳计算距离。

更进一步地，所述测距时序方法中定位基站接收时间戳的工作过程中定位基站时序为周期性进行，包括以下步骤：