[发明专利]一种UWB室内三维定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种UWB室内三维定位系统，包括：定位终端，固定在房间同一垂直墙面上的第一基站、第二基站，至少一个固定在待定位目标上的定位标签，第一基站和定位标签分别包括了气压计模块用于测量第一气压值和第二气压值，第一基站根据第一气压值和第二气压值计算高度差；第一基站、第二基站和定位标签分别包括了UWB模块，第一基站计算第一基站和定位标签之间的第一距离，第二基站计算第二基站和定位标签之间的第二距离，定位终端根据第一距离、第二距离和高度差计算获得定位标签的位置坐标。本发明还公开了一种用于该定位系统的UWB室内三维定位方法，本发明的技术方案能够在较低成本和计算复杂度开销下实现精确的室内三维定位。

技术领域

本发明涉及到室内定位技术领域，特别涉及一种超宽带(简称，UWB)室内三维定位系统及方法。

背景技术

随着信息通信技术日新月异，人们拥有了可靠、稳定的定位技术。全球定位系统(简称，GPS)技术的出现，使得定位技术跳跃式发展，巨大改变了人们的生活习惯，使用者只需拥有GPS接收机即可使用该服务，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。但是卫星信号在室内会被严重的影响，从而导致GPS或是北斗无法发定位。为了将室外定位技术运用到室内，目前有多种解决室内定位的技术，如：超声波、红外、蓝牙、WIFI、ZigBee和UWB等室内定位方式。

其中，UWB定位技术由于其自身的特点在室内定位技术方式中拥有较高的应用前景。首先，UWB频谱范围极宽，平均发射功率低；其次，UWB信号有着极高的时间分辨率，具有良好的抗多径能力；UWB信号穿透力强，适用于障碍物较多的室内环境；UWB的脉冲宽度很窄，能够达到纳秒或者亚纳秒级，UWB定位的理论精度可以达到厘米级甚至是毫米级。

现有的UWB室内三维定位技术中，公开号为CN207946517U的专利文献，提出了一种基于视频辅助定位的UWB三维定位系统。在该文献公开的技术方案中，定位子系统包括至少四个基站，摄像头用于记录相应区域的监控视频信息并传输至中心服务器，其中，至少三个基站处在同一水平面且至少一个基站设置在该平面以外并靠近天花板区域。该方案采用视频信息辅助定位提高了定位精度，但是使用视频信息辅助定位大大增加了算法复杂度，增加了通信的开销，同时，普通住房楼层高度在3m(米)左右，处在同一水平面的三个基站与第四个基站之间的高度差不够大，因此待定位标签的位置坐标的高度误差大。

公开号为CN104902563A的专利文献，提出了一种用于室内定位的多基组网UWB三维定位系统及其定位方法。在该文献公开的技术方案中，定位系统包括标签系统、定位基站、监控终端，实时定位模块对标签获取四个定位基站的方位信息进行交叉定位处理,获得精确地位置信息并在位置坐标系中呈现出来。该专利提出的方法理论上可以解算出待定位标签的位置坐标信息，但是在实践情况下方位消息相互交叉可能相交于多个点或者没有相交点。

综上所述，现有的UWB室内三维定位技术均存在定位方案部署成本高、计算复杂度高且高度误差大的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种UWB室内三维定位系统及方法，以提供一种在较低成本和计算复杂度开销下实现精确的室内三维定位的技术方案。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种UWB室内三维定位系统，包括：

第一基站，第二基站，定位终端和至少一个定位标签；所述第一基站和所述第二基站固定在房间的同一墙面上；

所述第一基站包括，第一UWB模块，用于和所述定位标签、所述第二基站进行UWB无线通信；第一气压计模块，用于获取第一基站的当前气压值；第一通信模块，用于和所述定位终端进行通信；第一主控芯片，用于测量所述定位标签到所述第一基站的第一无线信号飞行时间，计算所述第一基站与所述定位标签的第一距离；根据所述第一基站的当前气压值获得第一气压值，根据所述第一气压值与第二气压值获得所述第一基站与所述定位标签的高度差；