[发明专利]一种UWB定位系统

说明书

一种UWB定位系统，包括定位标签、参考基站、普通基站、网关、定位引擎，所述参考基站和普通基站通讯连接，所述参考基站和普通基站分别与网关通讯连接，所述网关与定位引擎通讯连接，所述参考基站上设有第一发送模块和第一接收模块，所述普通基站上设有第二接收模块，所述定位标签上设有第二发送模块，所述第一发送模块广播信标帧至第二接收模块，所述第二发送模块广播定位帧至第一接收模块和第二接收模块，用于定位帧到达参考基站和普通基站时间差测量与校准。该系统采用无线方式实现频率同步和时间同步，无需增加公共时钟系统和铺设同步电缆，可有效降低系统复杂度和设计成本。

技术领域

本发明属于无线通信与定位领域，更具体地，涉及一种UWB定位系统。

背景技术

UWB(超宽带)定位技术依赖UWB信号的瞬时窄脉冲特性，利用信号的飞行时间(TOF)的进行测距定位，UWB定位一般采用三边定位法或者达到时间差定位法。时差定位法又称为双曲线定位，相比三边定位法，该方法仅需单向发送定位信号，通信协议简单，节点的可扩展性更强，功耗更低。该方法的基本原理是首先测量信号到达不同参考节点的时间差；然后基于时间差测得两两节点间的距离差，建立双曲线方程组；通过解二次方程的形式求得待定位节点坐标。

该系统为了提高定位精度，需要对信号的到达时间差进行精确测量。传统技术手段是建立一套公共时钟系统，将参考时钟和同步脉冲通过射频电缆分发给所有参考节点，而且射频电缆要求尽量等长或能够提前进行时延补偿，以实现所有节点的频率同步和时间同步，最终保证能够获取高精度的时差信息。该方法硬件布设复杂，施工成本较高，不方便系统的大规模扩展。

发明内容

为了解决这一问题，提出了一种UWB定位系统，该系统采用无线方式实现频率同步和时间同步，无需增加公共时钟系统和铺设同步电缆，可有效降低系统复杂度和设计成本。

一种UWB定位系统，包括定位标签、参考基站、普通基站、网关、定位引擎，所述参考基站和普通基站通讯连接，所述参考基站和普通基站分别与网关通讯连接，所述网关与定位引擎通讯连接，所述参考基站上设有第一发送模块和第一接收模块，所述普通基站上设有第二接收模块，所述定位标签上设有第二发送模块，所述第一发送模块广播信标帧至第二接收模块，所述第二发送模块广播定位帧至第一接收模块和第二接收模块，用于定位帧到达参考基站和普通基站时间差测量与校准。

进一步地，所述第一发送模块周期性广播信标帧至第二接收模块，同时，所述第一发送模块将周期性广播的信标帧的时间戳和帧序列号予以记录并打包成一个第一信标帧数据包队列，直接发送至定位引擎；所述第二接收模块周期性接收信标帧，所述第二接收模块将周期性接收的信标帧的时间戳和帧序列号予以记录打包成一个第二信标帧数据包队列，并发送至定位引擎。

进一步地，所述信标帧的广播周期无严格要求，所述广播周期并非一个确定性的时延。

进一步地，所述第二发送模块广播定位帧为随机广播，所述第一接收模块和第二接收模块接收定位帧，所述第一接收模块将接收的定位帧的帧序列号和时间戳予以记录打包成一个第一定位帧数据包队列，并发送至定位引擎；所述第二接收模块将接收的定位帧的帧序列号和时间戳予以记录打包成一个第二定位帧数据包队列，并发送至定位引擎，所述定位引擎根据给出的计算方法进行时差测量与校准。

更进一步地，所述定位引擎的计算方法包含以下步骤：

a.定位引擎根据基站坐标，求出参考基站相对普通基站的距离，从而得出信标帧传播的相对时延T_dx；

b.定位引擎从参考基站的第一信标帧数据包队列里取出最新发出的两个信标帧序列号相连的数据包，前一信标帧时间戳为N₀，后一信标帧时间戳为N′₀，计算参考基站的前后时间戳差值N_spf0＝N'₀-N₀；