[发明专利]一种单基站高精度UWB室内定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种单基站高精度UWB室内定位系统及方法。定位系统,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；定位基站天线A，用于接收和发送UWB测距帧；定位基站除天线A以外的其他天线，用于接收定位标签发送的测距帧。定位方法，包括通过集成多天线的单基站与定位标签之间交互，然后对数据进行计算处理来实现定位。本发明利用单基站多天线UWB定位技术代替多基站UWB定位技术，大大降低了部署成本、减少了部署时间，由于本发明是通过单基站上的多根定位天线与定位标签进行信息交互，相对于多基站定位方法减少了相对误差，提高了定位精度。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，具体涉及一种单基站高精度UWB室内定位系统及方法。

背景技术

系统的复杂度和定位精度之间的考量一直是室内定位系统设计过程中需要折中考虑的问题，UWB室内定位系统通常需要部署定位网络，因此具有较高的系统复杂度。

传统的UWB室内定位系统可以分为基于到达时间差(TDOA)和到达时间(TOA)两种方式实现。专利“一种基于TDOA模型的基站的系统误差估计”(公开号：110582059A)基于TDOA方式，组建了多基站UWB定位网络对UWB标签进行定位。专利“一种基于UWB的联合无线时钟同步和TOA的测距系统”(公开号：106842175A)利用多个定位基站实现了基于TOA方式的测距及定位系统，并可以通过增加定位基站的方式提高测距精度。专利“基于AOA的UWB定位系统”(公开号：CN106019221A)利用多个具有定位天线阵列的接收模块实现基于AOA的定位系统。

由此可知，现有的UWB室内定位系统大多都为利用多个基站对UWB标签进行定位，多个基站的部署成本高，部署时间长，多基站之间进行交互计算产生了相对误差大。

为了降低部署成本同时兼顾定位性能，亟需设计一种部署便捷，成本可控的UWB室内定位系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种部署方便成本低廉的高精度UWB室内定位系统，并结合该系统给出多种情形下的定位方法。

为了达到上述设计目的，本发明采用如下设计方案，本发明公开了一种单基站高精度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。

优选的，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。

优选的，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。

本发明公开了一种单基站高精度UWB室内定位方法,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；