[发明专利]一种基于UWB定位的三维定位系统

权利要求书

1.一种基于UWB定位的三维定位系统，其特征在于：包括UWB基站和移动UWB基站，定位方法包括以下步骤：

(1)、搭建UWB基站，并分别计算两个UWB基站之间的距离；

(2)、计算移动UWB基站到其他UWB基站的距离，从而计算出每个移动UWB基站的绝对位置；

(3)、以移动UWB基站起始点，两个UWB基站分别为终止点，将移动UWB基站放在起始点和终止点之间，测量两个UWB基站与移动UWB基站的距离差，对移动UWB基站进行定位；

(4)、继续选择其它UWB基站作为终止点，重复计算得到移动UWB基站的三维空间定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的三维定位系统，其特征在于：所述步骤(1)中：搭建第一UWB基站(1)、第二UWB基站(2)、第三UWB基站(3)和第四UWB基站(4)分别作为本地节点，利用TOA算法通过发送数据帧分别计算两个UWB基站之间的距离S1、S2、S3和S4，具体步骤如下：

步骤101、本地第一节点发送数据帧给本地第二节点，并收到本地第二节点的回复帧，分别记录下发送和接收时刻；

步骤102、利用发送和接收时刻，获取数据帧传输时间差T ToT与回复帧的传输时间差TTAT，T ToT为第二UWB基站(2)收到第一UWB基站(1)的数据帧之后，计算出的数据帧传输时间，T TAT为第一UWB基站(1)收到第二UWB基站(2)的回复帧之后，计算出的回复帧的传输时间；

步骤103、利用数据帧传输时间差T ToT与回复帧的传输时间差T TAT，计算无线电波在空气中的单向传输时间，单向传播时间T TOF的计算公式为：

T TOF＝(T ToT+T TAT)/2

步骤104、利用无线电波在空气中的单向传输时间计算两UWB基站之间的距离s，计算公式为：s＝c·T TOF；c为电磁波的传播速度，即光速。

3.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的三维定位系统，其特征在于：所述步骤(2)中，任选一个移动UWB基站，利用TOA算法计算出移动UWB基站到其他UWB基站的距离，对移动UWB基站定位，取UWB基站对移动UWB基站定位点的交点的最小方差点分别为移动UWB基站的实际位置最接近的点，通过移动UWB基站的实际位置，结合与其他各个UWB基站的相对距离确定每个UWB基站在空间上的绝对位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的三维定位系统，其特征在于：所述步骤(3)中，利用TDOA算法测量出两个UWB基站与移动UWB基站的距离差，对移动UWB基站进行定位，具体步骤如下：

301、将移动UWB基站放在第一UWB基站(1)和第二UWB基站(2)之间，分别将移动UWB基站与两个UWB基站之间的距离作差，移动UWB基站的位置在以第一UWB基站(1)和第二UWB基站(2)为焦点与两个焦点的距离差恒为R₂₁的双曲线上；

302、再次将该移动UWB基站放在第一UWB基站(1)和第三UWB基站(3)之间，利用TOA算法得到移动UWB基站的另一条位置双曲线；

303、该移动UWB基站的两条位置双曲线最多有两个交点，利用交点计算移动UWB基站的精确位置；

304、继续选择其它UWB基站作为终止点，重复计算每个UWB基站与该移动UWB基站的精确定位，从而得到该移动终端的三维空间定位。

5.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的三维定位系统，其特征在于：所述移动UWB基站安装于移动监测装置上。

6.根据权利要求5所述的一种基于UWB定位的三维定位系统，其特征在于：所述移动监测装置的底座(10)上安装架体(18)，架体(18)上通过搭载架连接机构(13)安装传感器搭载架(12)，传感器搭载架(12)上设有传感器放置孔(16)，传感器放置孔(16)内安装传感器。

7.根据权利要求6所述的一种基于UWB定位的三维定位系统，其特征在于：所述底座(10)下部安装移动轮(9)和万向轮(8)。

8.根据权利要求6所述的一种基于UWB定位的三维定位系统，其特征在于：所述传感器搭载架(12)端部通过活动连接机构(17)连接分支搭载架(15)，分支搭载架(15)上设有传感器放置孔(16)。