[发明专利]一种基于UWB定位的三维定位系统

说明书

一种基于UWB定位的三维定位系统，包括UWB基站和移动UWB基站，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，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，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)、选择其它UWB基站作为终止点，计算得到移动UWB基站的三维空间定位。本发明通过UWB定位达到三维空间实时定位，并且能够提高传感器的三维空间定位精度，形成多传感器的高效率监测；通过UWB基站与传感器在可移动装置上的配合使用，实现了实时监测数据传输和位置信息传输，提高了工程试验中的数据分析结果的准确性。

技术领域

本发明涉及三维定位的技术及传感器监测技术领域。

背景技术

在现有的监测实施工程中，需通过监测系统对于振动、噪声或者温度的数据进行实时监测，以便于我们对工程试验环节的数据分析与判断，但现有的监测系统在使用时存在下列问题：

(1)现有的监测系统只能放置单个或者较少的传感器，由于数量较少，导致监测系统与PC端之间传输的数据结果偏差或者不准确，且影响对于数据分析，对于试验判断的准确性；

(2)现有的监测系统结构复杂，不便于移动和大空间监测，多个使用又会出现无法定位、空间利用率低等缺点，导致对于测试环境体积面积等条件的要求较为苛刻；同时不便根据使用者的意愿进行实时监测使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提出的一种基于UWB定位的多传感器监测三维定位系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于UWB定位的三维定位系统，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。

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T TAT，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。