[发明专利]一种单基站高精度UWB室内定位系统及方法

权利要求书

1.一种单基站高精度UWB室内定位系统,其特征在于，包括一个定位基站，用于对定位标签完成定位；定位标签，用于通过与定位基站通信实现定位；定位基站上的定位天线A，用于接收和发送测距帧；以及定位基站上除定位天线A以外的其他定位天线，用于接收定位标签发送的测距帧。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位标签包括：满足UWB通信协议的数字通信系统、单根可收发的定位天线及射频和基带系统，所述定位基站包括：满足UWB通信协议的数字通信系统，以及由定位天线A与其他定位天线组成的阵列。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述由定位天线A与其他定位天线组成的阵列包括可用于二维平面内定位的天线阵列和可用于三维空间内定位的阵列，所述由定位天线A与其他定位天线组成的阵列的天线数目N＞1根。

4.一种单基站高精度UWB室内定位方法,其特征在于，所述方法包括以下步骤：

定位基站通过定位天线A向定位标签发送定位请求，定位标签接收定位请求后，向定位基站发送测距帧1,同时记录第一发送时戳T_TagTx1；

由定位天线A与其他定位天线组成的阵列接收测距帧1，并计算出测距帧1到达其他定位天线端口与测距帧1达到定位天线A端口的时间差T^d；

定位天线A发送测距帧2，定位标签接收测距帧2，并记录第二接收时戳T_tagrx1；

定位标签发送测距帧3，并携带发送测距帧1的第一发送时戳T_TagTx1以及接收测距帧2的第二接收时戳T_TagRx1；

定位天线A接收测距帧3并计算出定位标签相对于定位基站的空间位置。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于，所述由定位天线A与其他定位天线组成的阵列接收测距帧1，并计算出测距帧1到达其他定位天线端口与测距帧1达到定位天线A端口的时间差T^d：定位基站通过定位天线A端口接收定位标签发送的测距帧1,并记录第一接收时戳T_BasRx1，测距帧1经由N个天线端口到达基站接收机，并产生N路接收信号；其他定位天线通过N路接收信号计算测距帧1到达其他定位天线端口与测距帧1达到定位天线A端口的时间差T^d。

6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于，所述定位天线A接收测距帧3并计算出定位标签相对于定位基站的空间位置包括：定位基站利用双路测距算法计算出定位天线A到达定位标签天线端口的距离d；定位基站利用AOA算法计算出定位标签相对于定位基站的到达俯仰角和方位角；定位基站利用双路测距结果和AOA结果计算出定位标签相对于定位基站的空间位置。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述其他定位天线通过N路接收信号计算测距帧1到达其他定位天线端口与测距帧1达到定位天线A端口的时间差T^d包括：定位基站接收的除天线A产生的接收信号外的其余N-1路信号分别与定位天线A端口接收的信号进行滑动相关，利用相关峰值确定其余N-1路信号与定位天线A端口信号的首径到达时间差T^d，其中分别代表第一根其他定位天线至第N-1根其他定位天线与定位天线A端口信号的首径到达时间差。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述定位基站利用双路测距算法计算出定位天线A到达定位标签上的定位天线端口的距离d包括：d＝T_ToF×c，c为光速，其中