[发明专利]一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法

说明书

本发明提出一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法，该方法由三个模块组成：标签端是待定位的实体，向外发送调频连续波；系统配备若干个基站，每个基站配备成对天线，两根天线上接收到延时不同的调频连续波，之后依次通过混频、滤波、采样、DFT等模块提取到达时间差(TDOA)信息，并且每个基站都将TDOA信息发送给服务器；服务器综合每个基站发来的TDOA信息，通过求解非线性最小二乘优化，得到待定位标签的位置信息。该系统支持多标签同时定位，并首次将调频连续波引入到了室内定位技术，进而将距离差信息承载在了易于提取的频率信息上。本系统定位精度达到厘米级，相较于传统的室内定位技术，定位精度有显著提高。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其是一种基于调频连续波的超宽带室内定位系统及定位方法。

背景技术

近年来，随着无线通信领域的发展，情境感知服务正在逐步成为现实，而服务对象的位置信息是最重要的环境参数之一。传统的全球定位系统(Globle PositioningSystem，GPS)以及蜂窝网络定位技术，能够为室外用户提供较为精准的定位及导航服务。但是在室内环境中，由于家具、人员以及墙壁等障碍物的影响，使无线信号发生能量衰减、传播速度以及方向变化，导致传统的室外无线定位技术在室内环境中会产生比较大的误差。由此，室内无线定位技术成为近年的研究热点。基于wifi、可见光、蓝牙等多种技术的室内定位系统相继研制成功，在商业、公共服务以及军事领域得到了广泛的应用。

超宽带(UWB)作为一种新颖的短距离无线通信技术，它采用极窄脉冲传送信息，相应地，其占有很宽的带宽。UWB具有高速率、低成本、低功耗、精确定位等优点，可作为精准室内定位的物理层技术，有着广阔的应用前景。

常见的定位算法根据定位过程中所需信息的不同可分为两大类：基于测距(range-based)、测距无关(range-free)。其中测距无关的算法无需确定距离和角度信息，仅根据网络对通性等信息加以实现。主要算法有：质心算法、APIT(approximate point-in-triangulation teat)近似三角形内点测试法、DV-Hop等。基于测距的定位算法需要测量点到点的距离或角度信息，然后使用三边测量法、三角测量法或最大似然估计法计算节点位置。主要算法有：TOA(time of arrival)、TDOA(Time Difference Of Arrival)、AOA(Angleof Arrival)、RSSI(Received Signal Strength Indication)。

目前，关于超宽带室内定位技术的研究正在学术界展开，是近期的研究热点，但定位精度还有很大的提高空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有更高定位精度的超宽带室内定位方法。

为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案为：

一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法，该方法包括以下步骤：

(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；

(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；