[发明专利]一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于调频连续波的超宽带室内定位方法，其特征在于包括：(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：式中，f₀为调频连续波信号的初始频率，调频连续波信号的频率为f(t)＝f₀+kt；k为调频连续波信号频率变化的斜率；为调频连续波信号初始相位，调频连续波信号的相位为(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；(6)对于任意一个标签j和标签信号接收基站i，标签信号接收基站i在接收到标签j发送的调频连续波信号后，对每对天线接收到的调频连续波信号依次进行混频、低通滤波、数字采样和FFT变换处理，计算每对天线上来自标签j的调频连续波信号的到达时间差信息；并将计算出的共计M个到达时间差信息上传给服务器；(7)服务器根据各标签信号接收基站发送的到达时间差信息以及N个标签信号接收基站的各天线的位置，构建以计算标签位置为目标问题的问题模型，通过求解问题模型，得到标签位置；构建问题模型的具体步骤为：构建代价函数：式中，(a，b)表示待求的标签j的位置坐标；为标签信号接收基站i第m对天线中的一根天线i_m1的位置坐标；为标签信号接收基站i第m对天线中的另一根天线i_m2的位置坐标；Δd_im为标签j发出的调频连续波信号达到天线i_m1和i_m2的距离差；将代价函数转换为问题模型：式中，(a′，b′)即为求解问题模型得到的标签j的位置坐标。