一种基于超宽带技术的精确定位系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种基于超宽带技术的精确定位系统，基于TDOA定位和超宽带技术基础，包括中央处理器模块、经触发事件唤醒中央处理器模块的唤醒模块、将超宽带信号转化成数字信号并发送给中央处理器模块的超宽带射频模块、接收超宽带射频模块发送过来的调制信号的天线模块，中央处理器模块处于休眠状态，经唤醒模块或超宽带射频模块唤醒后处理逻辑和事件，天线模块接收、发送调制信号，天线模块接收到超宽带调制信号，将超宽带调制信号发送至超宽带射频模块，超宽带射频模块将调制信号转换成数字信号并发送给中央处理器模块。本实用新型提供的无线定位系统具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等特性。
【专利说明】一种基于超宽带技术的精确定位系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及精确定位技术，特别是指一种基于超宽带技术的精确定位系统。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术的发展，新兴的无线网络技术，例如WiF1、ZigBee、蓝牙和超宽带等，在办公室、家庭、工厂等得到了广泛应用。
[0003]蓝牙技术通过测量信号强度进行定位，是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，就可以获得用户的位置信息，蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。蓝牙室内定位技术的优点是设备体积小，因此很容易推广普及，但是蓝牙系统的稳定性稍差，易受噪声干扰。
[0004]W1-Fi技术即无线局域网络(WLAN)，是一种全新的信息获取平台，可以在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务，而网络节点自身定位是大多数应用的基础和前提。当前比较流行的W1-Fi定位是无线局域网络系列标准之IEEE802.11的一种定位解决方案，该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装，需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，系统总精度高。但是，W1-FI技术的成本较高，定位精度较差。
[0005]ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它介于射频识别和蓝牙之间，也可以用于室内定位。它有自己的无线电标准，可在数千个微小的传感器之间相互协调通信以实现定位。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。但是，缺点是定位精度较差。
[0006]超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。超宽带可用于室内精确定位，例如战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。
[0007]相对于其他几种无线定位技术，超宽带技术具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术非常适合应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪，且能提供十分精确的定位精度。
[0008]有鉴于此，提供一种基于超宽带技术的定位系统成为必要。
实用新型内容
[0009]本实用新型提出一种基于超宽带技术的精确定位系统，解决了现有技术中定位系统穿透力差，功耗高，抗径效果差等技术问题。
[0010]本实用新型的技术方案是这样实现的:一种基于超宽带技术的精确定位系统，基于TDOA定位和超宽带技术基础，包括中央处理器模块、经触发事件唤醒中央处理器模块的唤醒模块、将超宽带信号转化成数字信号并发送给中央处理器模块的超宽带射频模块、接收超宽带射频模块发送过来的调制信号的天线模块，
[0011 ] 中央处理器模块处于休眠状态，经唤醒模块或超宽带射频模块唤醒后处理逻辑和事件，
[0012]天线模块接收到超宽带调制信号，将超宽带调制信号发送至超宽带射频模块，超宽带射频模块将调制信号转换成数字信号并发送给中央处理器模块，中央处理器模块发出数字信号传达到超宽带射频模块后，超宽带射频模块将数字信号转换成调制信号发送至天线模块，天线模块放大和发送调制信号。
[0013]进一步，唤醒模块包括有主动唤醒模块、超宽信号唤醒模块以及RTC唤醒模块，主动唤醒模块、超宽信号唤醒模块以及RTC唤醒模块分别与中央处理器模块通讯。
[0014]进一步，RTC唤醒模块为一常量时间单位唤醒一次中央处理器模块。
[0015]进一步，RTC唤醒模块与中央处理器模块通过I2CI2C串行总线连接。
[0016]进一步，超宽射频模块与中央处理器模块通过SPI数据总线连接。
[0017]进一步，天线模块与超宽带射频模块通过射频线连接。
[0018]进一步，电源模块管理中央处理器模块、超宽射频模块、RTC模块和主动唤醒模块的供电。
[0019]与现有技术相比，本实用新型提供的无线定位系统，超宽带技术具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术非常适合应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪，且能提供十分精确的定位精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本实用新型提供的TDOA定位结构示意图；
[0022]图2为基于超宽带技术的精确定位系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]本实用新型提供的一种基于超宽带技术的精确定位系统，适于于TDOA定位技术，通过TDOA系统与超宽带技术相结合，形成一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。述及的TDOA定位(Time Differenceof Arrival到达时间差)是一种利用时间差进行定位的方法，通过测量定位标签发出的信号到达定位基站的时间，可以确定到达信号源的距离。如图1所示，TDOA定位系统利用信号源到各个定位基站的距离，就能确定信号的位置。通过比较信号到达各个定位基站的时间差，就能作出以定位基站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号源的位置。
[0025]如图2所示，一种基于超宽带技术的精确定位系统，包括中央处理器模块3、经触发事件唤醒中央处理器模块3的唤醒模块、将超宽带信号转化成数字信号并发送给中央处理器模块3的超宽带射频模块2、接收超宽带射频模块2发送过来的调制信号的天线模块
I。中央处理器模块3处于休眠状态，经唤醒模块或超宽带射频模块2唤醒后处理逻辑和事件。天线模块I接收、发送调制信号，天线模块I接收到超宽带调制信号，将超宽带调制信号发送至超宽带射频模块2，超宽带射频模块2将调制信号转换成数字信号并发送给中央处理器模块3。
[0026]作为一种实施方案，电源管理模块5是通过电池供电，电池供电的电压是3.6伏特。电源管理模块5将电池供电的电源转换成3.3伏特给中央处理器模块3、RTC模块4和主动唤醒模块供电。电源管理模块5将电池供电的电源转换成1.8伏特给超宽带射频模块2供电。电源管理模块5将电池供电的电源转换成5伏特给天线模块I供电。供电电压要求为各功能模块的用电电压，且以节能和维持电池更长使用时间设计思路。
[0027]主动唤醒模块唤醒中央处理器模块3，中央处理器模块3收到唤醒请求，根据紧急触发事件的行为，生成不同的紧急事件消息，通过超宽带射频模块2和天线模块I发送到空中，由接收站收到紧急事件消息后进行进一步的处理。主动唤醒模块采用按键矩阵的形式和中央处理器相连的。
[0028]唤醒模块包括有主动唤醒模块、超宽信号唤醒模块以及RTC唤醒模块，主动唤醒模块、超宽信号唤醒模块以及RTC唤醒模块分别与中央处理器模块3通讯。
[0029]RTC唤醒模块为一常量时间单位唤醒一次中央处理器模块3。RTC唤醒模块与中央处理器模块3通过I2C串行总线连接。通常本系统由电池供电，功耗必须尽可能的小，尤佳地，中央处理器模块3处理完事件后，立即进入深度休眠状态。作为一种实施方案，RTC模块4将每隔3秒或特定时间周期性的唤醒中央处理器模块3，中央处理器被唤醒后处理逻辑和事件，生成定位信号消息，通过超宽带射频模块2和天线模块I发送出去。由接收站收到定位信号消息后进行进一步的处理。
[0030]超宽射频模块与中央处理器模块3通过SPI数据总线连接。天线模块I与超宽带射频模块2通过射频线连接。超宽带射频模块2从天线模块I接收超宽带信号，经过调制解调，转化成数字信号发送给中央处理器处理。由于超宽带射频模块2处于深度睡眠状态，在发送给中央处理器模块3消息之前，超宽带射频模块2通过中断唤醒中央处理器模块3。超宽带射频模块2从中央处理器模块3接收信号消息，经过调制解调转化成无线调制信号，发送给天线模块I进行处理。
[0031]电源模块管理中央处理器模块3、超宽带射频模块2、RTC模块4和主动唤醒模块的供电。天线模块I接收超宽带射频模块2发过来的调制信号，通过功放放大后发送到空中，由接收站收到调制信号后进行进一步的处理。
[0032]天线模块I接收有其他发射站发送的空中的超宽带调制信号，经过天线模块I的低噪放放大后，交给超宽带射频模块2处理。天线模块I和超宽带射频模块2通过50欧姆射频线连接。
[0033]中央处理器模块3是定位系统的核心模块，所有的逻辑和事件都是由中央处理器模块3进行处理，在闲置状态下处于深度休眠状态，能够节能。中央处理器模块3可以被主动唤醒模块、RTC模块4和超宽带射频模块2通过中断唤醒，上述的主动唤醒模块可以为手触或按键装置，作为操作指令的输入部。
[0034]综上所述，本实用新型提供的无线定位系统，定位系统周期性的发送定位信号，RTC模块4触发定时器唤醒中央处理器模块3，作为优选，中央处理器模块3判断唤醒的原因，如果是RTC模块4唤醒的，则生成定位信号消息，通过超宽带射频模块2发送出去，发送完成后，立即进入深度休眠状态，和等待下一次唤醒。如果是主动唤醒模块立即唤醒中央处理器模块3，经中央处理器模块3判断是主动唤醒，中央处理器模块3立即根据唤醒请求，生成不同的紧急事件消息，通过超宽带射频模块2和天线模块I发送到空中，由接收站收到紧急事件消息后进行进一步的处理。发送完成后，立即进入深度休眠状态，等待下一次唤醒。超宽带射频模块2收到空中发送过来的超宽带信号消息，唤醒中央处理器模块3，中央处理器模块3则对信号消息进行处理。中央处理器模块3和RTC模块4相连，中央处理器模块3和RTC模块4通过I2C串行总线相连。中央处理器模块3和超宽带射频模块2通过SPI数据总线相连。基于TDOA技术的上述功能模块，结合超宽带技术具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等特性，本实用新型提供的无线定位系统为室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪技术的发展起到重要作用。
[0035]以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于超宽带技术的精确定位系统，基于TDOA定位和超宽带技术基础，其特征在于:包括 中央处理器模块、经触发事件唤醒中央处理器模块的唤醒模块、将超宽带信号转化成数字信号并发送给中央处理器模块的超宽带射频模块、接收超宽带射频模块发送过来的调制信号的天线模块， 中央处理器模块处于休眠状态，经唤醒模块或超宽带射频模块唤醒后处理逻辑和事件， 天线模块接收到超宽带调制信号，将超宽带调制信号发送至超宽带射频模块，超宽带射频模块将调制信号转换成数字信号并发送给中央处理器模块，中央处理器模块发出数字信号传达到超宽带射频模块后，超宽带射频模块将数字信号转换成调制信号发送至天线模块，天线模块放大和发送调制信号。
2.根据权利要求1的一种基于超宽带技术的精确定位系统，其特征在于: 唤醒模块包括有主动唤醒模块、超宽信号唤醒模块以及RTC唤醒模块，主动唤醒模块、超宽信号唤醒模块以及RTC唤醒模块分别与中央处理器模块通讯。
3.根据权利要求2的一种基于超宽带技术的精确定位系统，其特征在于: RTC唤醒模块间隔一常量时间单位唤醒一次中央处理器模块。
4.根据权利要求3的一种基于超宽带技术的精确定位系统，其特征在于: RTC唤醒模块与中央处理器模块通过I2C串行总线连接。
5.根据权利要求1的一种基于超宽带技术的精确定位系统，其特征在于: 超宽射频模块与中央处理器模块通过SPI数据总线连接。
6.根据权利要求5的一种基于超宽带技术的精确定位系统，其特征在于: 天线模块与超宽带射频模块通过射频线连接。
7.根据权利要求2的一种基于超宽带技术的精确定位系统，其特征在于: 电源模块管理中央处理器模块、超宽射频模块、RTC模块和主动唤醒模块的供电。
【文档编号】H04W64/00GK204069360SQ201420460936
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】包建义, 钱克勤 申请人:杭州绿宇通信技术有限公司