[发明专利]一种基于UWB室内定位系统中定位锚点快速布局的方法

说明书

本发明涉及一种基于UWB室内定位系统中定位锚点快速布局的方法。在定位系统中采用超宽带（UWB）无线通信技术及TD‑TWR算法，使用8个UWB定位锚点作为参考，每个锚点采用TD‑TWR算法获得自己和锚点之间的距离，确定原点和基线后，通过返回的测距值和锚点之间的几何关系来进行摆放。本发明方法克服了锚点布局时的机械测量费时长、精度低的缺点，实现了UWB室内定位系统中快速与精准地布局锚点。

技术领域

本发明涉及一种基于UWB室内定位系统中定位锚点快速布局的方法，尤其是涉及可以工作在室内及室外小型区域的UWB室内定位系统中定位锚点快速布局的方法。

背景技术

超宽带(UWB)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，具有发射功率小、传输速度快、信道容量大、抗干扰性强的特点。它的高时间分辨率和短波长加强了其抗多径干扰和衰落的能力，因而UWB信号非常适用于室内环境下使用。

在基于UWB室内定位系统通常采用时分的TDoA技术通过检测信号到达两个锚点的时间差进行定位。因为TDoA不要求标签与锚点时钟同步，只要求锚点之间的时钟同步，降低了时间同步的要求，在几种定位方法中有着更加突出的地位。

采用UWB技术和时分的TDoA技术构建的定位系统在实际应用中精度受限于锚点摆放的精度。系统中的8个锚点位于长方体的8个顶点，通常在确定锚点位置时需要进行多次机械测量，费时费力，同时也不可避免地引入测量误差。而测量误差的引入将导致定位空间的扭曲，使得定位系统的精度下降。

本发明提供了一种基于UWB室内定位系统中定位锚点快速布局的方法，通过为8个锚点分配时隙，并采用TD-TWR计算出锚点之间的距离，作为布局锚点时的测量值。8个锚点分四组，固定在4根垂直于地面的杆上，通过几何的方法，根据测量值不断调整杆到预期的位置，可以快速和精准的实现锚点布局，同时也减少了人力物力的消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于UWB室内定位系统中定位锚点快速布局的方法，使锚点摆放更加快速和精确，同时减少人力物力的消耗。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于UWB室内定位系统中定位锚点快速布局的方法，提供一UWB三维定位系统，包括8个锚点，所述锚点均由无线接口、串口、显示屏及UWB定位模块组成；所述8个锚点位于长方体的8个顶点，构成三维的定位区域；所述8个锚点分成A0/A4、A1/A5、A2/A6、A3/A7四组，每组的两个锚点固定在垂直于地面锚点杆；所述定位锚点快速布局的方法实现如下：

构造临近地面A0、A1、A2、A3四个锚点，使之成为所需的矩形；以A0为原点，找到A1使之距离为规定的矩形长；找到A2，使A0，A1，A2构成直角三角形；找到A3，使A0，A1，A3构成直角三角形；具体步骤如下，

1)通过串口或者无线接口，设置矩形的长宽(m，n)参数，在每个锚点的显示屏上画出期望的矩形B0B1B2B3；

2)确定A0作为原点，在屏幕上显示与B0重合；移动A1，当A1与A0的距离为m时，在屏幕上显示与B1重合；确定A0，A1之后，建立坐标系，以A0为原点，直线A0A1为x轴；移动A2，假设其坐标为(x,y)，在A2的显示屏上观察A2的运动趋势，直至A2在屏幕上与B2重合；

通过下述方程计算A2所处坐标(x,y)：

其中，d₁、d₀为由8时隙TD-TWR算法经过多次测量得到的A2A0、A2A1的距离；

同理确定A3；

由于8个锚点分成A0/A4、A1/A5、A2/A6、A3/A7四组，且每组的两个锚点固定在垂直于地面锚点杆，由此即可实现定位锚点的快速布局。