基于UWB的电子标签、基站、定位系统及方法与流程

本申请涉及智能交通(IntelligentTransportationSystem：ITS)领域，尤其涉及一种基于UWB的电子标签、基站、定位系统及方法。
背景技术：
：传统的停车场，对车辆的检测与识别，主要是利用地感、地磁、超声波以及视频技术。而地感、地磁、超声波不能获取车辆信息，只能获取车位是否有车。视频技术可以拍摄车牌，但是范围有限，一个摄像头只能拍摄2-3个车位，且车牌遮挡、污渍时不能识别。UWB(Ultra-wideband，超宽带)定位技术是利用多个基站对电子标签的信号进行分析处理(例如强度、衰减、到达时间等)，利用TDOA、AOA、或距离算法，对电子标签进行精确二维定位。利用UWB定位技术，建立多个UWB基站(至少三个)。在UWB通信范围内对已装电子标签车辆进行定位跟踪，确定其所在位置，从而判断是否车辆进入车位。而UWB通信范围往往是覆盖所要求定位的所有车位，例如一个50m*50m的矩形区域内的所有车位。停车场停车定位区域如图1(a)所示，其中1、2、3和4为固定基站，三个固定基站才能形成一个定位区域，右侧的车位无法定位。停车场各种物理布局使信号受遮挡时，会影响定位精度，导致识别车辆位置不准，判断车位占用情况错误，因而三基站的固定位置布局往往不能满足停车场多样性需求。为了能更精确定位、真正确定车辆停车位置，则更需要增设固定基站，而增设固定基站，不仅需要进行施工立杆、拉电，实施过程复杂，而且还增加了成本。技术实现要素：本申请提供一种基于UWB的电子标签、基站、定位方法及系统。根据本申请的第一方面，本申请提供一种基于UWB的定位方法，包括：电子标签进入稳定状态后，接收基站发送的模式转换信号；所述电子标签根据所述模式转换信号进入动态基站模式；所述电子标签在动态基站模式下接收其他电子标签发送的信号，并转发给所述基站用于所述其他电子标签的定位。上述方法，所述电子标签进入稳定状态，具体通过以下步骤进行判定:在预定时间内，多次采集所述电子标签的位置值，求出所述位置值的方差，若方差小于预定值，则判定电子标签进入稳定状态。上述方法，所述电子标签在动态基站模式下接收其他电子标签发送的信号，并转发给所述基站用于所述其他电子标签的定位后，还包括：所述电子标签响应所述基站命令关闭动态基站模式或主动关闭动态基站模式。根据本申请的第二方面，本申请提供一种基于UWB的定位方法，包括：基站向电子标签发送定位信号；所述基站对所述电子标签进行定位并进行稳态判定，若所述电子标签进入稳定状态，则所述基站向所述电子标签发送模式转换信号；所述基站接收在所述动态基站模式下的所述电子标签转发的其他电子标签发送的信号。根据本申请的第三方面，本申请提供一种基于UWB的定位方法，包括：基站向电子标签发送定位信号；所述电子标签响应所述基站发送的定位信号；所述基站对所述电子标签进行定位并进行稳态判定，若所述电子标签进入稳定状态，则所述基站向所述电子标签发送模式转换信号；所述电子标签根据所述模式转换信号进入动态基站模式，在所述动态基站模式下接收其他电子标签发送的信号，转发给所述基站；所述基站根据其他电子标签发送的信号对所述其他电子标签进行定位。根据本申请的第四方面，本申请提供一种基于UWB的电子标签，包括：第一接收模块，用于在电子标签进入稳定状态后，接收基站发送的模式转换信号；中控模块，用于根据所述模式转换信号进入动态基站模式；第一发送模块，用于在动态基站模式下接收其他电子标签发送的信号，并转发给所述基站。上述电子标签，所述中控模块，还用于在预定时间内，多次采集所述电子标签的位置值，求出所述位置值的方差，若方差小于预定值，则判定电子标签进入稳定状态。上述电子标签，所述中控模块，还用于响应所述基站命令关闭动态基站模式或主动关闭动态基站模式。根据本申请的第五方面，本申请提供一种基于UWB的基站，包括：第二发送模块，用于向电子标签发送定位信号；处理模块，用于对所述电子标签进行定位并进行稳态判定，若所述电子标签进入稳定状态，则所述基站向所述电子标签发送模式转换信号；第二接收模块，用于接收在所述动态基站模式下的所述电子标签转发的其他电子标签发送的信号；所述处理模块，还用于根据所述其他电子标签发送的信号对所述其他电子标签进行定位。根据本申请的第六方面，本申请提供一种基于UWB的定位系统，包括电子标签和基站；所述电子标签包括第一接收模块、中控模块、第一发送模块，所述基站包括第二接收模块、处理模块、第二发送模块；所述第二发送模块，用于向电子标签发送定位信号；所述第一接收模块，用于响应所述基站发送的定位信号；所述处理模块，用于对所述电子标签进行定位并进行稳态判定，若所述电子标签进入稳定状态，则所述基站向所述电子标签发送模式转换信号；所述中控模块，用于根据所述模式转换信号进入动态基站模式；所述第一发送模块，用于在动态基站模式下接收其他电子标签发送的定位信号，并转发给所述第二接收模块。第二接收模块，用于接收在所述动态基站模式下的所述电子标签转发的其他电子标签发送的信号；所述处理模块，还用于根据所述其他电子标签发送的信号对所述其他电子标签进行定位。由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：在本申请的具体实施方式中，由于电子标签可根据模式转换信号进入动态基站模式，在动态基站模式下接收其他电子标签发送的信号，并转发给基站用于其他电子标签的定位，使电子标签转化为动态基站，无需增设基站即可起到对车辆辅助定位的作用，提高了定位精度，而无需增设固定基站，从而降低了成本。附图说明图1(a)为现有停车场停车定位区域示意图；图1(b)为本申请停车场停车定位区域示意图；图2为本申请基于UWB的定位方法在一种实施方式中的流程图；图3为本申请基于UWB的定位方法在另一种实施方式中的流程图；图4为本申请基于UWB的定位方法在又一种实施方式中的流程图；图5为本申请基于UWB的电子标签在一种实施方式中的示意图；图6为本申请基于UWB的基站在一种实施方式中的示意图；图7为本申请基于UWB的定位系统在一种实施方式中的示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。实施例一：如图2所示，本申请基于UWB的定位方法，其一种实施方式，包括以下步骤：步骤202：电子标签进入稳定状态后，接收基站发送的模式转换信号。电子标签长期处于静默模式，不进行其他电子标签信号接收，但接收固定基站信号，电子标签在静默模式下，对固定基站常规信号进行响应，固定基站通过定位算法对电子标签进行定位。固定基站对电子标签位置进行稳态判定，若电子标签位置进入稳定，则固定基站对电子标签发送模式转换信号。步骤204：电子标签根据模式转换信号进入动态基站模式。电子标签进入动态基站模式后，不单只作为动态基站对其他标签定位，还可进行继续定时发送原有标签信号让固定基站进行定位，则固定基站继续判定其稳定状态，若标签进入不稳定状态，则发送结束标签动态基站模式指令。当车辆快速离开基站覆盖范围，标签不再接受到固定基站信号，则标签自动结束动态基站模式，同时基站接收不到该标签信号，系统自动终止采用该标签的动态基站。步骤206：电子标签在动态基站模式下接收其他电子标签发送的信号，并转发给基站用于其他电子标签的定位。电子标签进入动态基站模式后，不仅作为动态基站对其他电子标签定位，也可继续定时发送原有电子标签信号让固定基站进行定位。在一种实施方式中，电子标签是否进入稳定状态，可以通过以下步骤进行判定:在预定时间内，多次采集电子标签的位置值，求出位置值的方差；若方差小于预定值，则判定电子标签进入稳定状态。由于定位是有误差，电子标签在运动过程中，位置不断变化，无法从根本上判断是否静止还是由于静止后误差跳动，只有在电子标签(车辆)静止时，才能具备固定基站的特点，电子标签作为基站时所采集到的其他标签数据才能稳定有效，否则非静止状态会引入大量误差。上述判定电子标签是否进入稳定状态的方法，具体可以包括以下步骤：步骤2022：采集电子标签的位置信息以及该位置的时间信息。步骤2024：在一定时间T内，采集到N次位置，每次位置的坐标为(Xn,Yn)，对所有n＝1,2…N求均值，再求出方差。步骤2026：其方差小于e，则判定电子标签进入稳定状态。若两个稳定状态的位置如果距离小于d，可判定归为同一个稳定状态。在一种实施方式中，T,N,e,d为经验值，可根据需要进行配置。判定电子标签是否进入稳定状态，还可通过K近邻法、贝叶斯法、决策树法、支持向量机等多种方法进行判定，这些方法均是采集T时间内N次位置信息来进行分析判定。在一种实施方式中，步骤106之后还可以包括以下步骤：步骤208：电子标签关闭动态基站模式。电子标签可以响应基站命令关闭动态基站模式，电子标签也可以主动关闭动态基站模式。固定基站继续判定电子标签稳定状态，若电子标签进入不稳定状态，则发送结束电子标签动态基站模式指令。当车辆快速离开基站覆盖范围，电子标签无法接收固定基站信号，则电子标签也可自动结束动态基站模式，同时基站接收不到该电子标签信号，系统自动终止采用该电子标签的动态基站。实施例二：如图3所示，本申请的基于UWB的定位方法，其另一种实施方式，包括以下步骤：步骤302：基站向电子标签发送定位信号。在一种实施方式中，基站可以是固定基站和/或动态基站，固定基站包括主基站和从基站。步骤304：基站对电子标签进行定位并进行稳态判定，若电子标签进入稳定状态，则基站向电子标签发送模式转换信号。基站可以根据电子标签的响应信息进行定位，再进行稳态判定。在实际情况中有多个基站，常见的多为三个基站，其中包括一个主基站和两个从基站。一般由主基站执行判定工作，但由于主基站覆盖范围有限，有可能不能检测到电子标签信息，或电子标签接收不到该基站信息，部分从基站可替代主基站进行判定，执行该工作的从基站为可覆盖电子标签又可接收电子标签信息的基站。在各基站互通信息的过程中，可互相知会覆盖和接收情况，从而可建立执行机制。步骤306：基站接收在动态基站模式下的电子标签转发的其他电子标签发送的信号。即在动态基站模式下的电子标签接收其他电子标签发送的信号，并将接收到的其他电子标签发送的信号转发给基站。步骤308：基站根据其他电子标签发送的信号对其他电子标签进行定位。基站可以通过动态基站模式下的电子标签对其他电子标签进行定位。实施例三：如图4所示，本申请的基于UWB的定位方法，其又一种实施方式，包括以下步骤：步骤402：基站向电子标签发送定位信号。步骤404：电子标签响应基站发送的定位信号。步骤406：基站对电子标签进行定位并进行稳态判定，若电子标签进入稳定状态，则基站向电子标签发送模式转换信号。步骤308：电子标签根据模式转换信号进入动态基站模式，在动态基站模式下接收其他电子标签发送的信号，转发给基站。步骤410：基站根据其他电子标签发送的信号，对其他电子标签进行定位。实施例四：如图5所示，本申请的基于UWB的电子标签，其一种实施方式，包括第一接收模块、中控模块和第一发送模块。其中，第一接收模块，可以用于在电子标签进入稳定状态后，接收基站发送的模式转换信号；中控模块，可以用于根据模式转换信号进入动态基站模式；第一发送模块，可以用于在动态基站模式下接收其他电子标签发送的信号，并转发给基站。在一种实施方式中，中控模块还可以用于在预定时间内，多次采集电子标签的位置值，求出位置值的方差，若方差小于预定值，则判定电子标签进入稳定状态。在另一种实施方式中，中控模块还用于关闭动态基站模式，可以响应基站命令关闭动态基站模式，中控模块也可以主动关闭动态基站模式。本申请的电子标签还可以包括选配无线通信模块，可用来传输其他较大数据。由于电子标签本身具有射频收发功能，当电子标签收到固定基站发回的模式转换信号后，首先是视频收发模块进行模拟、数字信号解析，然后中控模块进行数据帧解析。在一种实施方式中，数据帧的格式如表一所示：帧头来源目的指令类别指令值帧尾表一数据帧格式其中来源表示发送该信号的发送端，例如，可使用001代表基站1的ID，002代表基站2的ID。目的代表该信号要发送到的目的地，如电子标签或基站，例如，可使用101代表标签1的ID，001代表基站1的ID等。指令类别，表示该指令代表的动作的具体类别，例如，可使用0001代表模式转换，0003代表时间同步。在0001模式转换信号下，指令值0表示开启动态基站模式，指令值1表示关闭动态基站模式在一种具体实施方式中，当中控模块解析出“目的”为本标签ID101，来源为基站ID001，且指令类别为0001，且指令值为0时，中控模块进入动态基站模式，则中控模块会控制射频接收模块进行其他标签信号采集、时间同步、定位信号收发等工作(如基站工作方式)。若中控模块进入动态基站模式成功，则中控模块控制射频发送模块向基站发送成功相应的数据信号。例如来源＝101，目的＝001，指令类别0001，指令值＝2表示成功，指令值＝3表示失败。固定基站的主基站将动态基站的信息加入到对新进入通信区域的电子标签定位算法中，提高定位精度，扩大通信区域范围。本申请停车场停车定位区域示意图如图1(b)所示，其中1、2、3和4为固定基站，当电子标签A的车辆进入车位时，稳定状态进入动态基站模式，则A、3、4形成新的定位区域。固定基站可发送进入静默模式信号结束电子标签动态基站模式。中控模块还可检测电量以及自身情况，自我激活或关闭动态基站模式。电子标签本身为太阳能、电池供电，不能长期作为基站使用，所以必须要有一个激活、关闭的过程，也必须要有自我检测激活、关闭的过程。电子标签的自我激活，是在基站没有发送激活指令情况下，由电子标签主动请求基站自我激活，基站响应同意后，电子标签进入动态基站模式。另一种情况是，基站会给电子标签反向发送该电子标签的定位结果，电子标签根据定位结果的稳定状态(稳定判定方法和基站判定电子标签稳定方法一致)，若进入稳定状态，则自我激活并知会(非请求)固定基站。动态基站同步的时间或发送信号的间隔与频率是可以配置的，由中控模块或固定基站配置。实施例五：如图6所示，本申请的基于UWB的基站，基站可以是固定基站和/或动态基站，固定基站包括主基站和从基站。在一种实施方式，基站可以包括第二发送模块、处理模块和第二接收模块。第二发送模块，用于向电子标签发送定位信号；处理模块，用于对电子标签进行定位并进行稳态判定，若电子标签进入稳定状态，则基站向电子标签发送模式转换信号；第二接收模块，用于接收在动态基站模式下的电子标签转发的其他电子标签发送的信号；处理模块，还用于根据其他电子标签发送的信号对其他电子标签进行定位。原有固定基站中的主基站记录动态基站位置及编号，将动态基站加入从基站列表，电子标签在动态基站模式下，开始接收其他电子标签信号。动态基站将接收到的其他电子标签信号的到达时间、角度、幅度等数据通过第一发送模块或选配无线通信模块响应给固定基站。如果其他固定基站中的任一个或多个也收到了该电子标签的信号，可通过广播的方式，响应给能接受到信号的所有固定基站，也可以用单播的形式发给主基站，也可以用多播的方式发送给某一组多个基站。若为广播形式，则收到信号的基站之间会交互信息，由计算中心如主基站或计算平台来确定该信号由哪一个基站进行处理。一般情况下，所有信息都是汇总在主基站或计算平台下进行处理。例如有3个基站，A为主基站，B,C为从基站，那么ABC都收到了信号，B与C会将其收到的信号通过WIFI或有线或UWB发给A，A收到所有数据后，会判断数据是否重复，重复则丢弃，不重复则纳入使用。若为单播形式，接收信号的基站却收不到信号，则收到信号的基站会将该信号不断转播出去，直到指定基站收到信号为止。实施例六：如图7所示，本申请的基于UWB的定位系统，其一种实施方式，包括电子标签和基站。电子标签包括第一接收模块、中控模块、第一发送模块，基站包括第二接收模块、处理模块、第二发送模块。第二发送模块，可用于向电子标签发送定位信号；第一接收模块，用于响应基站发送的定位信号；处理模块，用于对电子标签进行定位并进行稳态判定，若电子标签进入稳定状态，则基站向电子标签发送模式转换信号；中控模块，用于根据模式转换信号使电子标签进入动态基站模式；第一发送模块，用于在动态基站模式下接收其他电子标签发送的信号，并转发给所述第二接收模块；第二接收模块，用于接收在动态基站模式下的电子标签转发的其他电子标签发送的信号；处理模块，还用于根据其他电子标签发送的信号对所述其他电子标签进行定位。以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。当前第1页1 2 3