[发明专利]一种基于轮询调度的UWB多标签定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及室内高精度无线定位领域，尤其涉及一种基于轮询调度的UWB多标签定位方法。

背景技术

随着无线通信的不断发展，定位技术的应用已经广泛渗透到社会发展的各个领域。全球定位系统(GPS：GlobalPositioning System)在室外环境中的应用已经很成熟。但卫星信号不能穿透建筑物，而且室内环境存在严重的多径和非视距干扰，无法进行有效的定位。而超宽带(UWB：UltraWideBand)技术具有多径分辨能力强、传输速率高、低实现成本，尤其是能提供非常高的定位精度等优点，成为无线定位技术中极具潜力的技术。基于UWB的定位技术具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，它的定位精度在理论上可达到厘米级，完全能够满足精确定位的需求。因此研究超宽带定位技术具有很大的实用价值。

超宽带(UWB)技术是一种新型的无线通信技术，它通过对极窄的时间脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。它的核心是冲激无线电技术，即利用持续时间非常短(纳秒、亚纳秒级)的脉冲波来代替传统传输系统的连续波形。

在无线通信系统中，常用的基于测距的定位技术主要有：接收信号强度(RSSI)、到达角度(AOA)、到达时间(TOA)和到达时间差(TDOA)，以及到达时间(TOA)的变种双向飞行时间法(TW-TOF,two way-time of flight)。

1)接受信号强度法(RSSI)

接受信号强度法(RSSI)是接收节点根据收到的信号强度，计算从发射机到接收机传输过程中的传播损耗，使用理论或经验的信号传播模型将传播损耗转化为距离。由于节点在移动网络中的移动性和难以预知的信道变化，会导致大的测量误差。

2)到达角度法(AOA)

到达角度法(AOA)是根据测量得到的节点之间的角度信息来重构节点之间的距离。通常需要采用定向天线或阵列天线，测量的准确性对多径传播、非视距传播和阵列的精度很敏感。

3)到达时间法(TOA)

到达时间法(TOA)是根据信号在发射机和接收机之间的时延来实现距离测量。如果知道脉冲从一个点到另一个点的传播时间，根据电波传播速度。不难获得两个节点之间的距离估计。

4)到达时间差法(TDOA)

到达时间差法(TDOA)是测量不同基站接收到同一移动站的定位信号的时间差，并由此计算出移动站到不同基站的距离差。假设移动站到任何一个服务基站的距离差为d，可在两个基站之间给出一条双曲线。当同时有k(k≥3)个基站参与测距时，多个双曲线之间的交汇区域就是对用户位置的估计。

5)双向飞行时间法(TW-TOF,two way-time of flight)

每个模块从测距开始即会生成一条独立的时间戳。模块A的发射机在其时间戳上的A1发射请求性质的脉冲信号，模块B在其时间戳R1上接收到请求性质的脉冲，在R2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳A2时刻接收。两次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。S＝C*[(A2-A1)-(R2-R1)](C为光速)。

但是目前市面上UWB定位多采用单标签多基站模式。只能用于检测一个标签在网络中的位置情况。在需要多点检测等应用环境下存在缺陷。

发明内容

本发明提供一种基于轮询调度的UWB多标签定位方法，采用双向飞行时间法，基站与标签不需要时间同步，大大简化了系统的复杂度。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于轮询调度的UWB多标签定位方法，包括以下步骤：

1)调度基站发射包含一个标签初始化指令的数据包，在各个标签接受到数据包内的标签初始化指令后，向外广播包含各标签对应ID的数据包；

2)调度基站在发完标签初始化指令后，进入侦听状态并侦听网络中的数据包，解析出里面的ID，并生成一张轮询表；

3)调度基站根据轮询表的轮询状态生成控制标签进行测距的指令；

4)各标签根据所接受的指令，发出测距请求；

5)测距基站接收到标签的测距请求后与标签进行TWR测距，得到同一个标签离各个测距基站的距离。

本发明的技术方案可以实现多标签定位，采用UWB技术，在所述的调度基站、标签和测距基站间采用时间间隔小于1ns的脉冲进行通信。

作为优选的，采用双向飞行时间法计算脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，来确定标签与各个测距基站的距离。