[发明专利]一种基于UWB的定位方法及系统

说明书

本发明提供一种基于UWB的定位方法及系统，包括：获取若干锚节点和启动节点，基于所述若干锚节点和所述启动节点构建定位协议框架；确定待定位标签节点，基于所述定位协议框架构造所述待定位标签节点、所述启动节点和单个锚节点之间的预设双向测距过程，获得侦听模式下的时间戳转换结果；基于多个锚节点协同定位求解所述时间戳转换结果中的未知量，得到待定位标签节点的定位结果。本发明提出基于UWB的高精度可扩展的定位方法，很好的兼容了现有的TDOA和TWR定位方法的优点，摆脱了复杂的调度协议设计和开销，很好的契合了大量设备同时精准定位的需求。

技术领域

本发明涉及无线通信定位技术领域，尤其涉及一种基于UWB的定位方法及系统。

背景技术

UWB(Ultra-wideband)技术得益于高带宽带来的抗多径，高吞吐量和高时间分辨率的能力，能够轻松实现厘米级别的高精度定位，受到学术界和工业界的广泛认可。UWB定位技术被广泛用于智慧仓储、智慧工厂、智慧零售、智慧泊车、矿井隧道、健康防护等人员和设备的定位追踪。随着Apple，小米，OPPO等公司将UWB芯片集成进入手机，未来UWB的应用将会越来越火热，但是这同时带来新的需求和挑战。面对大量的IoT设备的接入，现有的UWB方案难以同时保证这些设备的定位需求，即保持高精度，低延迟，优化功耗等等。

UWB技术的定位原理是利用其纳秒级别的精确时间戳。在此基础之上，目前应用最广泛的两种方法，分别是到达时间差(TDOA)和到达时间(TOA)。TDOA的方法使用有线连接等方法将锚节点(Anchor)进行严格的时间同步，利用标签节点(Tag)到达锚节点的时间差，进而计算出标签节点位置，这样的方法能够支持较多的节点(约一千个)。但是随着标签节点增加，其响应的延迟也是逐渐增大的。同时这样的方法需要特殊的硬件设施进行同步操作，增加了部署的难度。TOA的方法是基于飞行时间，常见的测量方法是双边测距(Double-sided Two-way Ranging，TWR)，利用标签节点和锚节点之间来回通信，计算它们之间的飞行时间，从而计算出距离。TWR的方法简单易部署，不需要同步，但是产生了大量通信冗余，仅能够支持数百个节点，同时带来大量延迟和功率的消耗。此外，在学术界前沿研究里，有两篇工作使用了并发测距的方法来支持不限数量的标签节点，但这两个工作的精度不高，甚至到达了1m的误差，而且它们支持的锚节点数量是受限的。

发明内容

本发明提供一种基于UWB的定位方法及系统，用以解决现有技术中定位精度不高，时延过大的缺陷。

第一方面，本发明提供一种基于UWB的定位方法，包括：

获取若干锚节点和启动节点，基于所述若干锚节点和所述启动节点构建定位协议框架；

确定待定位标签节点，基于所述定位协议框架构造所述待定位标签节点、所述启动节点和单个锚节点之间的预设双向测距过程，获得侦听模式下的时间戳转换结果；

基于多个锚节点协同定位求解所述时间戳转换结果中的未知量，得到待定位标签节点的定位结果。

在一个实施例中，所述获取若干锚节点和启动节点，基于所述若干锚节点和所述启动节点构建定位协议框架，具体包括：

确定所述若干锚节点和所述启动节点的位置信息；

所述若干锚节点和所述启动节点之间基于双向测距方式进行通信交互，任意标签节点进行侦听并获取多个时间戳，所述任意标签节点根据所述多个时间戳进行自定位。

在一个实施例中，所述确定待定位标签节点，基于所述定位协议框架构造所述待定位标签节点、所述启动节点和单个锚节点之间的预设双向测距过程，获得侦听模式下的时间戳转换结果，具体包括：

获取所述启动节点与所述单个锚节点之间的飞行时间模型；

获取所述待定位标签节点在虚拟侦听时间的模型；