[发明专利]一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法

权利要求书

1.一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法，其特征在于包括：

(1)构建基于调频连续波的超宽带室内定位系统，该系统包括：服务器、N个标签信号接收基站、一个触发信号生成基站和至少一个标签；每个标签信号接收基站配备M对天线，每对天线的接收端相距L米；

(2)将每个刷新周期均匀划分为T个时隙，各标签分别占用一个时隙，任意两标签所占用的时隙不同；

(3)触发信号生成基站在每个刷新周期到来时向所有的标签和标签信号接收基站发送触发信号；

(4)标签作为待定位的实体，在接收到触发信号后，在本地开始计时，并在自己的时隙到来时向通信范围内的基站发送调频连续波信号：

式中，f₀为调频连续波信号的初始频率，调频连续波信号的频率为f(t)＝f₀+kt；k为调频连续波信号频率变化的斜率；为调频连续波信号初始相位，调频连续波信号的相位为

(5)标签信号接收基站在接收到触发信号后，在本地开始计时，以确定自己在各时隙收到的调频连续波信号所对应的标签；

(6)对于任意一个标签j和标签信号接收基站i，标签信号接收基站i在接收到标签j发送的调频连续波信号后，对每对天线接收到的调频连续波信号依次进行混频、低通滤波、数字采样和FFT变换处理，计算每对天线上来自标签j的调频连续波信号的到达时间差信息；并将计算出的共计M个到达时间差信息上传给服务器；

(7)服务器根据各标签信号接收基站发送的到达时间差信息以及N个标签信号接收基站的各天线的位置，构建以计算标签位置为目标问题的问题模型，通过求解问题模型，得到标签位置；

构建问题模型的具体步骤为：

构建代价函数：

式中，(a，b)表示待求的标签j的位置坐标；为标签信号接收基站i第m对天线中的一根天线i_m1的位置坐标；为标签信号接收基站i第m对天线中的另一根天线i_m2的位置坐标；Δd_im为标签j发出的调频连续波信号达到天线i_m1和i_m2的距离差；

将代价函数转换为问题模型：

式中，(a′，b′)即为求解问题模型得到的标签j的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述步骤(6)中标签信号接收基站i根据标签j所发送的调频连续波信号计算自身每对天线对应的到达时间差信息的方法为：

(3-1)定义标签信号接收基站i第m对天线中的两根天线分别为i_m1和i_m2，i∈[1，2，…，N]，m∈[1，2，…，M]；标签j与i_m1和i_m2的接收端之间的距离分别为d₁、d₂；计算i_m1和i_m2接收到的来自标签j的调频连续波信号分别为：

式中，t₁、t₂分别为标签j发出的调频连续波信号到达i_m1、i_m2接收端的时间，c为光速；

(3-2)标签信号接收基站i对s₁(t)和s₂(t)进行混频，得到：

式中，Δt＝t₁-t₂；

(3-3)对步骤(3-2)得到的混频结果进行低通滤波，得到滤波后的信号：

(3-4)以采样频率f_N对s′(t)进行采样，记采样后的离散时间信号为s(n)；

(3-5)对s(n)进行DFT处理，得到：

式中，NDFT是进行DFT的点数；

(3-6)计算s′(t)的频率为：求出f′后，将f′代入得到标签j发出的调频连续波信号到达i_m1、i_m2的到达时间差信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述步骤(7)中求解问题模型的方法为经典的Levenberg-Marquardt算法。

4.根据权利要求3所述的一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法，其特征在于，在执行步骤(3-2)所述的混频操作前，为信号s₂(t)增加一段长度为L米的传输距离，即将s₂(t)转换为：

此时，信号s₁(t)、s₂(t)之间的时延差为根据Δt计算得到Δd＝L-(d₁-d₂)。