一种基于UWB的IDC机房的外来人员定位系统及方法与流程

本发明涉及无线实时定位技术领域，具体涉及一种利用tdoa和tof方式实现idc机房一维或二维精确定位的技术，涉及特别一种基于uwb的idc机房的外来人员定位系统及方法。

背景技术：

除了全球定位系统(gps)在导航和室外环境的应用定位以外，人们对室内定位、短距离定位等应用还未深入了解。未来无线定位技术的趋势是室内定位与室外定位相结合，实现无缝的、精确的定位。现有的网络技术还不能完全满足这个要求，而uwb技术由于功耗低、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，在众多无线定位技术中脱颖而出，成为未来无线定位技术的热点。

无线定位技术和方案很多，常用的定位技术包括红外线、超声波、射频信号等，但都不适合室内定位。红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性；超声波受多径效应和非视距传播影响很大，不能用于室内环境；而射频信号普遍用在室外定位系统中，应用于室内定位存在局限。

gps是目前应用最为广泛的室外定位技术，利用gps进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大，定位导航信号免费；缺点是定位信号到达地面是较弱，不能穿透建筑物，因此不适合室内定位、建筑物密集的园区或是具有保密要求的机关单位，此外定位器终端的成本较高。gps所能达到的定位精度范围在5m-20m。

当前比较流行的wi-fi定位是ieee802.11的一种定位解决方案。目前，它应用于小范围的室内定位，成本较低，但wi-fi收发器只能覆盖半径90m以内的地理区域，很容易受到其他信号干扰，从而影响定位精度，并不十分可靠，而且定位器的能耗较高。

蓝牙技术应用于定位，与wi-fi有很多相似之处，主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库；同样有定位误差不稳定，受噪声信号干扰大的缺点。

由此可见，随着定位技术的发展和定位服务需求的不断增加，无线定位技术必须克服现有技术的缺点，满足以下几个条件：a)高抗干扰能力；b)高精度定位；c)低生产成本；d)低运营成本；e)高信息安全性；f)低能耗及低发射功率；g)小的收发器体积。

以上几种技术方案，都不可能完全满足这些要求。而uwb用在无线定位上，能够基本满足上述要求，因此成为未来无线定位的首选。uwb是一种高速、低成本和低功耗新兴无线通信技术。uwb信号是带宽大于500mhz或基带带宽和载波频率的比值大于0.2的脉冲信号(uwbwg，2001)，具有很宽的频带范围，fcc规定uwb的频带从3.1ghz～10.6ghz，并限制信号的发射功率在-41dbm以下。由此可见，uwb聚焦在两个领域的应用上，一是符合ieee802.15.3a标准的短距离高速数据通信，即无线无延迟地传播大量多媒体数据，速率要达到1oombit/s-500mbit/s；另一个是符合ieee802.15.4a的低速低功率传输。uwb信号的特点说明它在定位上具有低成本、抗多径干扰、穿透能力强的优势，所以可以应用于静止或者移动物体以及人的定位跟踪，能提供十分精确的定位精度。尤其适用于室内区域的人员精确定位应用。

传统通信方式使用的是连续波信号，即本地振荡器产生连续的高频载波，需要传送信息通过例如调幅，调频等方式加载于载波之上，通过天线进行发送。现在的无线广播，4g通信，wifi等都是采用该方式进行无线通信。图1为一个使用调幅方式传递语音信号的连续波信号产生的示意图。

而uwb信号，不需要产生连续的高频载波，仅仅需要产生一个时间短至ns级以下的脉冲，便可通过天线进行发送。需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度，时间，相位进行加载，进而实现信息传输。图2是使用相位调制方式传输二进制归零码的uwb信号产生的示意图。

从频域上看，连续波信号将能量集中于一个窄频率内，而uwb信号带宽很大，同时在每个频点上功率很低，如图3(a)和图3(b)所示。

在无线定位中，使用uwb信号相对于窄带信号的主要优势为，uwb信号能准确分立无线传输中的首达信号和多径反射信号，而窄带信号不具备该能力。

如图4所示，实际的无线传输环境中，电磁波会受到例如墙面，金属等物体的反射，产生多径信号。正确定位的关键在于，接收节点能正确接收到发射节点所发送信号的直射路径。而接收节点往往不仅能接收到直射路径，还能接收到反射路径传播的信号，并且直射路径信号和反射路径信号是相加的关系。如果接收节点不能分离出接收信号中的直射路径，则接收节点定位的依据是直射路径信号和反射信号路径相加的结果，会对定位精度产生影响。

如图5所示，如果使用连续波进行定位，其多径信号相加仍然是正弦波，接收机无法对首达路径信号进行分离。而如果使用uwb信号，由于其每个脉冲持续时间很短，而反射信号在到达时间上都落后于首径信号，因此接收节点可以准确的分离出首达路径信号，并利用首达路径信号进行定位，避免了多径信号的影响。

目前最常用的定位技术主要有：信号到达角度定位(aoa)、到达时间定位(toa)、飞行时间定位(tof)和到达时间差定位(tdoa)等。

tof是指电磁波在空中传播的时间，通过测量两个点之间电磁波的传播时间，再乘以光速，转换为两个设备之间的距离。然而tof定位对传播中产生的误差比较敏感，这些误差来自于传播中的反射、多径传播、非视距传播和噪声等干扰，会造成各圆无法相交或相交处不是一个点而是一个区域。同时tof需要标签和每个基站进行至少3次测距通信，然后通过标签和基站的距离，确定出标签的位置，一次测距占用信道资源多、消耗功率大，严重影响系统标签容量及标签续航时间。

tdoa根据未知标签节点发送的无线信号到达不同定位基站的时间差，根据无线信号的传播速度可以计算出未知标签节点与各个定位基站之间的距离差，这个距离差符合双曲线方程的条件，未知标签节点就在这双曲线的一个分支上。若有三个或三个以上的定位基站，就可以通过求解多条双曲线的交点求出未知节点的位置。在tdoa系统中，采用双曲线算法，有非常大的局限性，是采用该算法无法解决的问题。主要是被定位的设备在基站的范围之外的时候，其精度快速下降，这种精度的快速下降，不是在于tdoa的数据偏差，而是在于算法的本身。

互联网数据中心(internetdatacenter)简称idc，就是电信部门利用已有的互联网通信线路、带宽资源，建立标准化的电信专业级机房环境，为企业、政府提供服务器托管、租用以及相关增值等方面的全方位服务。

idc主机托管主要应用范围是网站发布、虚拟主机和电子商务等。比如网站发布，单位通过托管主机，从电信部门分配到互联网静态ip地址后，即可发布自己的www站点，将自己的产品或服务通过互联网广泛宣传；虚拟主机是单位通过托管主机，将自己主机的海量硬盘空间出租，为其他客户提供虚拟主机服务，使自己成为icp服务提供商；电子商务是指单位通过托管主机，建立自己的电子商务系统，通过这个商业平台来为供应商、批发商、经销商和最终用户提供完善的服务。

idc是对入驻(hosting)企业、商户或网站服务器群托管的场所；是各种模式电子商务赖以安全运作的基础设施，也是支持企业及其商业联盟其分销商、供应商、客户等实施价值链管理的平台。

由于idc机房内的机柜属于不同的企业，当有相关外来人员进入idc机房，需要确保该外来人员进入与之相关的机柜的区域，而不能进入无关的区域，以防止对其它的机柜的破坏行为。目前，缺乏这样一种安全管理系统，能对idc机房的外来人员进行管理。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述缺陷，提出了一种基于uwb的idc机房的外来人员定位系统及方法。

本发明的技术方案为：

一种基于uwb的idc机房的外来人员定位系统，所述系统包括：访问终端、定位标签、多个一维定位小区、定位解算模块和信息管理模块；

所述访问终端，用于对idc机房的外来人员进行身份验证并录入外来人员信息；

所述定位标签：佩戴在外来人员身上，用于生成tdoa报文和tof测距报文并广播tdoa报文和发送tof测距报文；

所述一维定位小区，包括布设在idc机房的机柜过道两端的两个uwb定位基站，实现对该过道的一维覆盖，两个uwb定位基站接收定位标签发送的tdoa报文，将接收到报文的时间戳发送至定位解算模块；其中一个uwb定位基站作为特定基站接收tof测距报文并将结果发送至定位解算模块；

所述定位解算模块：用于对两个uwb定位基站发送的数据进行解算得到定位标签的定位坐标；

所述信息管理模块，用于提供重点区域的地理信息服务，并根据定位模块提供的定位坐标进行报警。

作为上述系统的一种改进，所述定位标签有唯一id标识，所述定位标签包括：uwb测距模块、uwb收发天线、rfid无线模块和运动传感模块；

所述uwb测距模块，用于生成带有自身设备信息的tdoa报文和tof测距报文；

所述uwb收发天线，用于广播tdoa报文并向特定基站发送tof测距报文；

所述rfid无线模块，用于提供刷卡识别功能；

所述运动传感模块，用于根据来访人员的运动状态自适应调节数据频率、自动进入休眠。

作为上述系统的一种改进，所述两个uwb定位基站中一个为主基站，另一个为从基站；所述uwb定位基站包括：

rf模块，用于实现基站间的时间同步和接收定位标签发送的tdoa报文；

当uwb定位基站为主基站时，所述rf模块用于定期发送时间同步报文；

当uwb定位基站为从基站时，所述rf模块用于接收时间同步报文进行两个基站的时间同步；

当uwb定位基站为特定基站时，所述rf模块还用于接收定位标签发送的tof测距报文；和

数据回传模块，用于将接收到的所有数据和同步信号回传至定位解算模块。

作为上述系统的一种改进，所述信息管理模块包括：

地理信息服务单元，用于选择导入多种格式的2d或3d地图，地图上标示当前外来人员定位图标，支持多地图切换、人员信息查看和条件筛选；

实时轨迹显示单元，用于根据定位模块提供的定位标签的定位坐标显示外来人员的实时轨迹，支持任意时段单个或多个标签轨迹回放，支持自定义绘制区域内所有标签的轨迹回放，支持回放速率调节，支持自动跳过无位置数据时间段；和

电子围栏报警单元，用于提供电子围栏，根据定位模块提供的定位标签的定位坐标生成各类异常状态的报警信息，报警信息分为：

禁区闯入报警：外来人员闯入敏感禁区时报警；

未授权闯入报警：外来人员闯入无授权区域时报警；

轨迹偏离报警：外来人员轨迹偏离预设区域时报警；

超范围报警：外来人员越出允许活动区域时报警；

标签绝对静止报警：外来人员佩戴标定位签处于绝对静止状态时报警；

超时未还卡报警：外来人员超时未归还卡片报警。

基于上述系统，本发明提供了一种基于uwb的idc机房的外来人员定位方法，所述方法包括：

步骤1)从一维定位小区的两个uwb定位基站中选取主基站和从基站并完成基站间时间同步；

步骤2)所述定位标签广播tdoa报文，两个uwb定位基站收到后将各自的时间戳发送给定位解算模块，定位解算模块计算出定位标签广播的tdoa报文到达各基站的时间差，并通过时间差计算定位标签与两个uwb定位基站之间的距离差；

步骤3)从一维定位小区的两个uwb定位基站选择一个作为特定基站，接收定位标签发送tof测距报文并将结果发送给定位解算模块，计算定位标签和特定基站的距离；

步骤4)根据步骤2)的距离差和步骤3)的定位标签和特定基站的距离，计算定位标签与另一个uwb定位基站的距离；

步骤5)分别以两个uwb定位基站的位置为圆心，以两个uwb定位基站与定位标签的距离为半径绘制两个圆，两个圆共同的交点所在位置就是标签所在位置。

一种基于uwb的idc机房的外来人员定位系统，所述系统包括：访问终端、定位标签、多个二维定位小区、定位模块和信息管理模块；

所述访问终端，用于对idc机房的外来人员进行身份验证并录入外来人员信息；

所述定位标签：佩戴在外来人员身上，用于生成和发送带有自身设备信息的uwb脉冲信号；

所述二维定位小区，包括布设在idc机房外的四个uwb定位基站，实现定位区域的二维覆盖，每个uwb定位基站用于接收定位标签发送的uwb脉冲信号，将接收到的定位标签的uwb脉冲信号时刻及基站位置信息通过网络通信设备发送至定位模块；

所述定位解算模块：用于对四个uwb定位基站发送的数据进行解算得到定位标签的定位坐标；

所述信息管理模块，用于提供重点区域的地理信息服务，并根据定位模块提供的定位坐标进行报警。

作为上述系统的一种改进，所述定位标签有唯一id标识，所述定位标签包括：uwb测距模块、uwb收发天线、rfid无线模块和运动传感模块；

所述uwb测距模块，用于生成带有自身设备信息的uwb脉冲信号；

所述uwb收发天线，用于发射所述uwb测距模块生成的uwb脉冲信号，接收uwb定位基站发送的应答信号；

所述rfid无线模块，用于提供刷卡识别功能；

所述运动传感模块，用于根据来访人员的运动状态自适应调节数据频率、自动进入休眠。

基于上述系统，本发明还提供了一种基于uwb的idc机房的外来人员定位方法，所述方法包括：

步骤1)第一uwb定位基站设定发送时间同步信息的一个周期的时间；所述第一定位uwb基站向第二uwb定位基站、第三uwb定位基站、第四uwb定位基站和定位标签发送时间同步信息，实现所述第二uwb定位基站、第三uwb定位基站、第四uwb定位基站和定位标签与第一uwb定位基站的时间同步；

步骤2)所述定位标签根据时隙型aloha算法，向第一uwb定位基站、第二uwb定位基站、第三uwb定位基站和第四uwb定位基站发送自身设备信息；

步骤3)所述第一uwb定位基站、第二uwb定位基站、第三uwb定位基站和第四uwb定位基站分别接收定位标签发送的uwb脉冲信号数据，将接收到的定位标签的uwb脉冲信号时刻及基站信息发送至定位解算模块；

步骤4)所述定位解算模块对接收的数据进行计算，计算定位标签的定位坐标。

作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体为：

在第一uwb定位基站发送时间同步信息的一个周期内，所述定位标签随机选取时间片，在时间到达选取的时间片时，所述定位标签向第一uwb定位基站、第二uwb定位基站、第三uwb定位基站和第四uwb定位基站发送自身设备信息。

作为上述方法的一种改进，所述步骤4)具体包括：

步骤4-1)如果定位解算模块只接收到一个或两个uwb定位基站发送的数据，进入步骤4-2)；如果定位解算模块接收到三个uwb定位基站发送的数据，进入步骤4-3)；如果定位解算模块接收到四个uwb定位基站发送的数据，进入步骤4-4)；

步骤4-2)所述定位解算模块向信息管理模块发送“无法定位”的信息；

步骤4-3)设接收到数据的三个uwb定位基站为第一uwb定位基站、第二uwb定位基站和第三uwb定位基站，则所述定位解算模块根据第一uwb定位基站和第二uwb定位基站接收到待定位标签发送的uwb脉冲信号时刻的时间t1和t2，结合第一uwb定位基站和第二uwb定位基站的位置信息生成第一双曲线；所述定位解算模块根据第二uwb定位基站和第三uwb定位基站接收到待定位标签发送的uwb脉冲信号时刻的时间t2和t3，结合第二uwb定位基站和第三uwb定位基站的位置信息生成第二双曲线；进入步骤4-5)；

假设待定位标签的位置与第一uwb定位基站和第二uwb定位基站的距离差为：

r21＝c(t2-t1)，

以第一uwb定位基站的位置(x1,y1)和第二uwb定位基站的位置(x2,y2)为两个焦点，与两个焦点的距离差恒为r21生成第一双曲线；

步骤4-4)所述定位解算模块首先根据步骤4-3)生成第一双曲线和第二双曲线；然后根据第三uwb定位基站和第四uwb定位基站接收到待定位标签发送的uwb脉冲信号时刻的时间t3和t4，结合第三uwb定位基站和第四uwb定位基站的位置信息生成第三双曲线；根据四个uwb定位基站的信号强度第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线中选择两个双曲线，进入步骤4-5)；

步骤4-5)两组双曲线最多产生两个交点，再根据重点区域的先验信息从两个交点中选择出一个点作为定位标签，由此得到定位标签的定位坐标。

本发明的优势在于：

1、本发明的系统根据idc机房的结构，定位基站采用可悬挂安装外形，根据定位区域长宽比不同，在机柜间过道区域采用一维定位，在机房外宽阔的公共区域采用二维定位，针对idc机房多障碍物、信号反射严重、定位小区划分面积小等问题，本系统进行了天线角度优化、功率智能调节、运动状态传感、静止数据优化、插值平滑优化、障碍物限定等多种软硬件优化措施，提高定位精度与稳定度，改善定位显示效果；

2、本发明的系统针对idc机房环境做了特定优化，具有成本低、抗干扰性强、定位精度高、以及提供系统扩展接口的特点；同时集成rfid刷卡功能，可简单对接现有门禁及收发卡系统，实现人员信息自动绑定；系统提供诸如电子围栏、轨迹回放、报警提示、消息中间件等多项软件功能，实现对人员行进轨迹的实时监控、活动权限的严格管理以及违规行为的报警通知。

附图说明

图1为现有技术的使用调幅方式传递语音信号的连续波信号产生的示意图；

图2为现有技术的使用相位调制方式传输二进制归零码的uwb信号产生的示意图；

图3(a)为现有技术的窄带信号频谱的示意图；

图3(b)为现有技术的uwb信号频谱的示意图；

图4为现有技术的无线传输路径的示意图；

图5为两种信号的对比图；

图6为现有技术的tof算法的示意图；

图7为通信过程的示意图；

图8为现有技术的tdoa算法的示意图；

图9为本发明的定位小区的示意图；

图10为本发明的定位系统的逻辑架构示意图；

图11为本发明的定位标签与定位基站的zigbee通信流程图；

图12为本发明的定位系统的示意图；

图13为定位结果位于两基站之间的示意图；

图14为定位结果位于两基站之间的特殊情况的示意图；

图15为定位区域的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

下面的本发明的原理进行说明。

定位基站：发射或接收定位信号，定位信号从与定位标签之间的通信里获取，并将定位信号通过无线网络上传至服务器。

定位标签：定位终端，由人员携带，系统通过其与定位基站之间的通信获取其位置。

定位小区：由整个定位区域划分而来，所有的定位小区组成整个定位区域。

解算小区：实际上，进行定位功能的最小基站组单位，不同的定位模式由不同的定位组。

服务器：对系统中的所有数据进行存储、解算和管理。主要包括定位引擎和管理软件。

本发明用tof(飞行时间)与tdoa(到达时间差)混合uwb定位技术。

tof通过分别测量移动终端与三个或更多基站之间信号的传播时间来定位。它采用了圆周定位，假如己知待定位标签到基站i的直线距离ri，那么由几何原理可知，待定位标签的位置一定在以基站i的位置为圆心，ri为半径的圆周上。即若待定位标签的位置(x0,y0)，基站位置为(xi,yi)，则两者满足如下关系：

图6为toa算法的原理。标签与一个基站通信过程：标签和基站各自包含一个uwb模块，每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。标签模块的发射机在其时间戳上的ta1发射请求性质的脉冲信号，基站模块在tb2时刻发射一个响应性质的信号，被标签模块在自己的时间戳ta2时刻接收。由此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离s：

s＝c[(ta2–ta1)–(tb2–tb1)]

其中，c为光速；通信过程如图7所示。

tdoa定位通过测量出两个不同基站与定位标签的传输时延差来进行定位。假设待定位标签的位置与定位基站1和定位基站2的距离差为r21＝r2-r1，则待定位标签的位置必定在以两个定位基站为焦点，与两个焦点的距离差恒为r21的双曲线上。若待定位标签的位置为(x0,y0)，定位基站1的位置为(x1,y1)，定位基站2的位置为(x2,y2)，则它们满足关系：

再通过另一组待定位标签与基站1基站3或基站2基站3的tdoa，可以得到另一组双曲线，两组双曲线将最多产生两个交点，再根据半径范围等先验知识即可计算出移动终端的位置，它的基本原理如图8所示。

系统定位覆盖方式分为两种，机房内机柜间过道区域由于面积狭长、机柜间相互遮挡，可采取一维线性覆盖，基站呈直线分布安装，每两个基站组成一个定位小区。机房外公共区域由于面积大、遮挡物少，可采取二维平面覆盖，基站呈矩形分布安装，每四个基站组成一个定位小区；如图9所示。

应用于idc机房的uwb人员定位系统由无线传输层，主干传输层，服务层和应用层组成，如图10所示。

定位基站之间通过uwb进行时间同步，定位标签与定位基站之间通过uwb进行测距通信。同时系统提供zigbee通信功能，定位标签通过zigbee搜寻基站网络，基站通过zigbee对标签进行tdma时隙调度，后台应用软件对定位标签进行诸如修改数据上报频率、开关功率放大器等操作时，服务器将配置信息发送至定位基站，定位基站通过zigbee通信将配置信息下发至目标定位标签，系统定位和配置使用不同的无线通信方式，避免冲突和定位延迟，提高系统运行效率和稳定性。定位标签与定位基站的zigbee通信流程如图11所示。

定位基站完成与定位标签的一次测距通信并收到包含定位标签设备信息和定位信息的完整数据后，通过以太网或wifi将数据回传至服务器端软件。数据可以选择通过互联网传输，或是仅运行在本地局域网内。

服务器端软件包括定位解算引擎和定位应用软件。定位解算引擎完成对测量数据的分析解算得到定位坐标，并使用卡尔曼滤波、插值平滑等算法优化定位数据。定位应用软件则提供gis(地理信息服务)、弹出式报警和信息管理等业务功能。同时服务器端软件还提供各类开发接口，便于与视频监控、门禁管理等其他系统进行集成。

实施例1

如图12所示，本发明的实施例1提供了一种基于uwb的idc机房的外来人员定位系统，由定位基站、定位标签、无线ap或路由器、交换机、定位服务器和访问终端组成。其中，系统管理软件运行在服务器上，配置和管理系统的工作。

由于每个基站的覆盖范围有限，所以系统需要多个基站联合才可将整个定位区域覆盖。基站数量需根据定位区域面积和现场环境决定。

针对idc机房的环境特点及应用需求，在机柜间过道区域采用一维定位覆盖，在机房外公共区域采用二维定位覆盖。

定位基站通过uwb信号与定位标签之间的通信，获取包含标签位置信息的信号。该信号通过定位基站，经无线ap或路由器和交换机上传至服务器。

由于定位标签佩戴在人员身上，与定位基站之间会有一定角度的人体遮挡，为了保障定位标签定位在各种角度下的定位精度，本系统在一维定位中使用2个定位基站组成一个定位小区，在二维定位中使用4个定位基站组成一个定位小区，进行定位解算。由服务器选择其中一个定位基站为主基站，其它为从基站，由主基站定期发送时间同步报文，从基站收到主基站的定位报文后，由服务器收集主基站发送时间同步报文的时间戳以及从基站收到时间同步报文的时间戳，通过各时间戳以及各从基站与主基站之间的空间距离建立和主基站的时间对应关系。

服务器内包含定位引擎，可将上传的包含标签位置信息的信号进行解算，得出每个定位标签的位置。

系统包括服务器、定位标签、一维定位需两个以上的基站、二维定位需四个以上的基站，所述服务器用于根据各个基站收到的数据，进行数据运算，得出每个标签位置，并在地图中实时呈现出来，以及对所有基站进行管理，位置设定、位置校准、软件升级，对标签进行人员信息的一对一绑定；所述基站除操作系统之外，还包括rf模块，所述rf模块主要实现三个功能，第一个是时间同步，实现基站问时间同步，第二个是实时接收来自定位标签的tdoa报文，第三个是实时接受处理标签的测距报文；所述基主站还包括数据回传模块，用于将接收到的所有数据和同步信号回传至服务器上；所述标签用于绑定在每个需要定位的人或物上，并在系统中进行有效关联，所述标签还设有无线模块，用于向基站发送tdoa报文及tof报文。

定位基站采用86盒外形，可支持贴墙挂壁安装或悬挂安装两种方式，采用poe供电，支持以太网或wifi两种数据回传方式。

idc机房环境特点：

1)机柜多遮挡，无法在四角部署基站进行二维定位；

2)机柜间过道宽度一般小于一米，需要准确定位标签处于哪条过道中的哪个位置；

3)机房机柜间过道长度一般10米左右。

部署方式：

1)机柜过道两端部署定位基站，实现对该过道的一维覆盖；

2)机柜外的走廊两侧部署定位基站，实现对该走廊的一维覆盖；

3)菲涅尔效应：rf(无线射频)遮挡与光线遮挡不一样。光线遮挡只需要收发两点之间不能够“看见”，也叫视觉遮挡。由于射频信号相对于光的波长更长，射频信号的传播需要一个类似于椭圆体“管道”来传播，这个传播管道就叫做菲涅尔区。第一菲涅尔半径(“管道最大半径”)的计算公式为：

其中λ为无线信号的波长，d为收发之间的距离。

如果在第一菲涅尔区中的遮挡物少于20％，则认为rf无遮挡。

例：如果定位uwb信号使用2信道，其中心频率为3993.6mhz，且基站时间距离为10m，则第一菲涅尔半径为0.43m。如果要求基站之间无rf干扰，需要保证以天线连接线为中心线、半径为0.43m的圆柱内无障碍物。

机柜间过道宽度约1m，因此按照10米左右的距离部署基站进行一维定位较合适。如果过道较长，则需要增加定位基站。

优化措施：

1)定位基站和定位标签进行天线角度测试调整、功率智能调节、运动状态传感等优化措施；

2)定位基站使用uwb调度功能，选定一个uwb调度基站来对一个机房内待定位标签的通信周期及通信时隙进行统一调度，减少信号碰撞，增加idc机房环境下的通信成功率。

3)服务器端软件加入静止数据优化、插值平滑优化、绘制定位小区、障碍物限定算法优化。

说明如下：

静止数据优化：为避免标签静止时在误差范围内的定位数值变化造成定位显示效果抖动，服务器端软件根据标签运动传感器状态及一段时间内定位数据的变化程度，自动开启数据点静止模式，并降低定位标签数据频率，使得停留在固定位置的定位标签无抖动显示且进一步降低功耗。

插值平滑优化：由于软件划分定位小区，因此定位标签在跨定位小区时需进行切区判断从而出现短暂的切区延时，以及在系统受到干扰时部分通信异常数据丢包导致定位点跳跃显示，此时软件判断前后两次有效定位数据之间差值过大，采用插值拟合方式增加中间数据点，从而使得定位显示平滑流畅。

障碍物限定算法：由于软件界面地图为图片导入，当定位标签位于墙体或其他物体边缘时，在定位误差允许范围内，可能会出现地图中定位坐标点穿越墙体或其他实体显示的问题，因此软件提供障碍物限定功能，手动绘制出定位允许范围、障碍物区域，从而使得定位点显示限定在允许范围内且无法越过障碍物。

绘制定位小区：一维定位使用tdoa+tof方式，则会得到标签到两个基站的距离，标签与基站共线且测距无误差的情况下两个圆相切位置即为标签位置；当标签与基站不共线时，两个圆将会相交，且标签离基站的连线距离越远，则圆的相交面积越大。依靠该特性，可以判别标签所属的一维小区。机房环境中，标签到相邻通道的基站为非视距，非视据会导致测量距离比实际距离偏大，导致圆的相交面积更大，更有利于区分标签所属的通道。

如图13所示，上述特性只对标签定位结果处于两基站之间时适用。如图14所示特殊情况，当标签到基站的测量距离因为非视距因素扩大，导致其在基站连线延长线上有交点时，可能会得到两个圆交叠面积很小，从而产生误判。避免上述情况，限定一维小区的定位结果只能在两基站之间才有效。系统服务器端软件提供绘制定位区域功能，从而可将定位区域限定在两基站内部，如图15所示。

系统软件功能：

人员信息绑定：将标签信息与持卡人员信息进行关联绑定并录入系统。

地图管理：包含地图的导入，修改，删除等功能。

实时位置显示：定位标签的实时位置显示，有图表和地图显示方式，支持2d/3d/列表显示。

轨迹查询：定位标签历史运动轨迹查询，自动过滤无数据时间段，支持倍速、慢速播放。

电子围栏：自定义绘制多种形状的电子围栏，可设置围栏功能及权限。

标签分区域统计：系统自动统计某设定区域内的定位标签数量。

标签低压提醒：系统自动通知管理人员某标签电池低压，低压等级可设，方便提前充电。

实施例2

本发明的实施例2提供了一种基于uwb的idc机房的外来人员定位方法，包括：

步骤1)服务器选取主基站和从基站并完成基站间时间同步；

步骤2)标签广播tdoa报文，通过其到达各基站之间的时间差计算标签与各基站之间的距离差；

标签广播tdoa报文，基站收到后将各自的时间戳发送给服务器，由服务器通过步骤一中主基站与从基站之间的时间对应关系计算出标签广播的tdoa报文到达各基站的时间差，并通过时间差计算标签与各基站之间的距离差。

步骤3)标签通过向特定基站发送tof报文计算其与该基站之间的距离；

由服务器选择的特定基站实时接受待定位标签的tof测距报文并将结果发送给服务器，由服务器计算标签与所选特定基站之间的距离。所述tof测距采用双向测距。

步骤4)通过步骤二和步骤三的结果计算标签与所有基站之间的距离；

步骤5)通过标签与各基站之间的距离计算标签的位置。

计算标签的位置的方法为，分别以各基站为圆心，基站与标签之间的距离为半径，根据圆的方程，求圆的交点，各圆共同的交点所在位置就是标签所在位置。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。