一种基于惯性导航的超宽带定位装置的制作方法

本实用新型涉及定位技术领域，尤其涉及一种基于惯性导航的超宽带定位装置。

背景技术：

超宽带技术(UWB，Ultra Wide Band)是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。因此，超宽带技术在定位技术领域逐步开始发展。

例如，公开号为CN105682221A的中国专利公开的一种基于超宽带的被动式定位系统及定位方法。该发明包括三个以上的定位基站、超宽带定位日期。该超宽带定位器包括天线、超宽带接收机、高精度时钟、定位器数据处理器单元和定位引擎；所述定位基站包括基站编码器、时间同步器、数据处理单元、超宽带收发机、高精度时钟和天线。该发明利用极窄脉冲宽带信号和TDOA等定位技术相结合进行定位，实现了独立于外在通信网络的水平和垂直方向的高精度定位，解决了卫星、通信的等信号较差的区域定位问题，能够广泛用于室内外工作环境。

不过，在城市中的高层建筑物或者户外的隧道涵道或者峡谷内会屏蔽掉超宽带信号，会导致超宽带定位器失灵。因此，需要一种能够在超宽带信号被屏蔽掉之后仍然能够高精度准确的定位系统。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本实用新型提供了一种基于惯性导航的超宽带定位装置，包括超宽带定位基站、设置于载体上的超宽带定位器和信息处理模块，所述超宽带定位基站将第一信息以超宽带信号无线传输的方式传输至所述信息处理模块；所述超宽带定位基站在将第二信息以超宽带信号无线传输的方式传输至所述超宽带定位器的情况下，所述超宽带定位器将第三信息以超宽带信号无线传输的方式传输至信息处理模块；其中，所述坐标定位装置还包括设置于所述载体上的惯性导航传感器；所述惯性导航传感器在所述超宽带定位基站无法与所述信息处理模块建立数据连接的情况下和所述信息处理模块建立无线数据连接；和/或所述惯性导航传感器在所述超宽带定位器无法与所述信息处理模块建立数据连接的情况下和所述信息处理模块建立无线数据连接；和/或所述惯性导航传感器在所述超宽带定位基站无法与所述超宽带定位器建立数据连接的情况下和所述信息处理模块建立无线数据连接。

根据一种优选的实施方式，所述惯性导航传感器设置有唤醒模块，所述唤醒模块接入所述超宽带定位基站与所述信息处理模块之间的第一信道；和/或所述唤醒模块接入所述超宽带定位器与所述信息处理模块之间的第二信道；和/或所述唤醒模块接入超宽带定位基站与所述超宽带定位器之间的第三信道；从而，在所述超宽带定位基站无法与所述信息处理模块建立数据传输的情况下；和/或所述超宽带定位器无法与所述信息处理模块建立数据传输的情况下；和/或超宽带定位基站无法与所述超宽带定位器建立数据传输的情况下，所述惯性导航传感器能够基于所述唤醒模块的第四信息与所述信息处理模块建立无线数据连接。

根据一种优选的实施方式，所述超宽带定位基站包括编码器、第一高精度时钟和超宽带收发机；所述超宽带收发机基于所述编码器生成的基站编码信息和所述第一高精度时钟的第一时间信息与所述超宽带定位器建立无线数据连接；所述超宽带收发机基于所述第一高精度时钟的第一时间信息与所述信息处理模块建立无线数据连接。

根据一种优选的实施方式，所述超宽带定位器包括超宽带接收机和第二高精度时钟；所述超宽带接收机基于所述编码器生成的基站编码信息和所述第一高精度时钟的所述第一时间信息与所述超宽带收发机建立无线数据连接；所述超宽带接收机基于所述编码器生成的基站编码信息、所述第一高精度时钟的第一时间信息和所述第二高精度时钟的第二时间信息与所述信息处理模块建立无线数据连接。

根据一种优选的实施方式，所述超宽带定位基站还包括时间同步器，所述超宽带收发机基于时间同步器的时间同步信息与所述信息处理模块建立无线数据连接。

根据一种优选的实施方式，所述坐标定位装置还包括设置于所述载体上的和/或设置于用户客户端的与所述信息处理模块以有线和/或无线方式连接的显示终端。

根据一种优选的实施方式，所述显示终端至少包括报警模块，所述信息处理模块在所述惯性导航传感器与所述信息处理模块建立数据连接的情况下以有线和/或无线的方式传输报警信息至所述报警模块。

根据一种优选的实施方式，所述坐标定位装置还包括数据存储器，所述数据存储器分别通过有线和/或无线的方式与所述超宽带定位基站和所述信息处理模块连接。

根据一种优选的实施方式，所述惯性导航传感器是三轴陀螺仪、六轴陀螺仪和/或九轴陀螺仪的一种或几种。

本实用新型提供一种基于惯性导航的超宽带定位装置，至少具有如下优势：惯性导航传感器能够将记录到的加速度信息传递至信息处理模块，在超宽带定位基站无法超宽带定位器建立数据连接的情况下信息处理模块对该加速度信息进行二次积分得到载体的位移增量(相对位置数据)。即，惯性导航传感器能够在超宽带定位基站无法与超宽带定位器建立数据连接的情况下对载体的坐标信息进行补偿，能够连续的提供超宽带信号丢失后的位置信息。这样就能解决现有技术中超宽带信号因建筑物、涵洞和隧道等物体遮挡而导致超宽带信号无法连续提供位置信息的缺点。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种基于惯性导航的超宽带定位装置的逻辑模块示意图；和

图2是本实用新型提供的一种坐标定位装置的一种优选的逻辑模块示意图。

附图标记列表

1：超宽带定位基站 1b：第一高精度时钟

2：超宽带定位器 1c：超宽带收发机

3：惯性导航传感器 1d：时间同步器

4：信息处理模块 2a：超宽带接收机

6：显示终端 2b：第二高精度时钟

7：数据存储器 3a：唤醒模块

1a：编码器 6a：报警模块

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”和仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“内侧”、“内部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，术语“以可拆卸的方式”是粘接、键连接、螺纹连接、销连接、卡接、铰接、间隙配合或过渡配合中的一种。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实施例中的载体是指能够移动的物体，例如行驶的汽车、行走的人和无人机。

本实施例提供一种基于惯性导航的超宽带定位装置，如图1所示。该装置包括超宽带定位基站1和设置于载体上的超宽带定位器2和信息处理模块4。超宽带定位基站1将第一信息以超宽带信号无线传输的方式传输至信息处理模块4。超宽带定位基站1在将第二信息以超宽带信号无线传输的方式传输至超宽带定位器2的情况下，超宽带定位器2将第三信息以超宽带信号无线传输的方式传输至信息处理模块4。坐标定位装置还包括设置于载体上的惯性导航传感器3。坐标定位装置还包括设置于载体上的惯性导航传感器3，惯性导航传感器3将检测到的载体的姿态信息以有线和/或无线的方式传输至信息处理模块。信息处理模块4基于第一信息、第三信息和姿态信息解算出载体的位置信息和方向信息。由于超宽带定位器2无法获获取载体的方向，惯性导航传感器能够弥补这一缺陷，从而使得超宽带定位装置更能准确定位并且提高了该装置的鲁棒性。

优选的，在超宽带定位基站1无法与信息处理模块4建立数据连接的情况下，惯性导航传感器3和信息处理模块4建立无线数据连接。惯性导航传感器3能够将记录到的加速度信息传递至信息处理模块4，在超宽带定位基站1无法超宽带定位器2建立数据连接的情况下信息处理模块4对该加速度信息进行二次积分得到载体的位移增量(相对位置数据)。即，惯性导航传感器3能够在超宽带定位基站1无法与超宽带定位器2建立数据连接的情况下对载体的坐标信息进行补偿，能够连续的提供超宽带信号丢失后的位置信息。这样就能解决现有技术中超宽带信号因建筑物、涵洞和隧道等物体遮挡而导致超宽带信号无法连续提供位置信息的缺点。

优选的，惯性导航传感器3设置有唤醒模块3a。唤醒模块3a接入超宽带定位基站1与信息处理模块4之间的第一信道。由此，在超宽带定位基站1无法与信息处理模块4建立数据传输的情况下，惯性导航传感器3能够基于唤醒模块3a的第四信息与信息处理模块4建立无线数据连接。唤醒模块3a中内置有A7139芯片，能够在超宽带定位基站1无法与信息处理模块4建立数据传输的情况下生成第四信息。第四信息是惯性导航传感器3与信息处理模块4建立数据连接的命令信息。即第四信息能够将惯性导航传感器的工作状态由待机状态切换为工作状态。

优选的，超宽带定位基站1包括编码器1a、第一高精度时钟1b和超宽带收发机1c。超宽带收发机1c基于编码器1a生成的基站编码信息和第一高精度时钟1b的第一时间信息与超宽带定位器2建立无线数据连接。第二信息包括基站编码信息和第一时间信息。超宽带收发机1c基于第一高精度时钟1b的第一时间信息与信息处理模块4建立无线数据连接。编码器1a用于产生基站身份信息。例如编码器1a的型号可以是E6A2-CWZ3C 100P/R。第一高精度时钟1b内置有高精度时钟芯片，其的型号是DS3231，用于记录超宽带收发机1c发射超宽带信号发射的第一时间信息t1。超宽带收发机1c能够将基站编码信息和第一时间信息直接进行射频脉冲调制，通过超宽带天线发射出去。例如，超宽带收发机1c的芯片可以是NVA6100UWB超宽带雷达芯片。

优选的，超宽带定位器2包括超宽带接收机2a和第二高精度时钟2b。超宽带接收机2a基于编码器1a生成的基站编码信息和第一高精度时钟1b的第一时间信息与超宽带收发机1c建立无线数据连接。超宽带接收机2a基于编码器1a生成的基站编码信息、第一高精度时钟1b的第一时间信息和第二高精度时钟2b的第二时间信息与信息处理模块4建立无线数据连接。第三信息包括基站编码信息、第一时间信息和第二时间信息。第二高精度时钟2b内置有高精度时钟芯片，其型号是DS3231，用于记录超宽带接收机2a接收超宽带信号发射的第二时间信息t2。超宽带接收机2a包括低噪声放大器和超宽带耦合器。低噪声放大器是自混频结构的超宽带接收机的初始端，其输入端接收射频输入信号，输出端接超宽带耦合器的输入端，超宽带耦合器的直通端接超宽带混频器的射频输入端，耦合端接载波提取电路的输入端。载波提取电路的输出端与超宽带混频器的本振输入端相连。超宽带混频器的输出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器中频信号传递至信息处理模块4。

优选的，超宽带定位基站1还包括时间同步器1d。超宽带收发机1c基于时间同步器1d的时间同步信息与信息处理模块4建立无线数据连接。时间同步器1d是为了将若干个超宽带定位基站的时间进行同步。第一信息包括时间同步信息。例如，时间同步器1d的型号可以是K802。

优选的，坐标定位装置还包括设置于载体上的和/或设置于用户客户端的与信息处理模块4以有线和/或无线方式连接的显示终端6。显示终端6可以是液晶显示屏和LED显示屏中的一种。显示终端6还可以承载于用户手机客户端，例如微信客户端和QQ客户端。显示终端6向用户展示的信息可以是文字信息、图表信息和图像信息中的一种或几种。

优选的，显示终端6至少包括报警模块6a。信息处理模块4在惯性导航传感器3与信息处理模块4建立数据连接的情况下以有线和/或无线的方式传输报警信息至报警模块6a。报警模块6a依据报警信息以图形闪耀的形式提示在液晶显示屏和LED显示屏上。

优选的，坐标定位装置还包括数据存储器7。数据存储器分别通过有线和/或无线的方式与超宽带定位基站1和信息处理模块4连接。数据存储器存储有若干相互独立的超宽带定位基站1的基站坐标基础信息，当信息处理模块4接收到基站身份信息后能够从数据存储器7检索出对应基站身份信息的坐标基础信息，用于载体位置解算的依据。优选地，数据存储器7通过无线超宽带信号与超宽带定位基站1建立数据连接。数据存储器7与信息处理模块4通过3g、4g、wifi或者数据线与信息处理模块4连接。

优选的，信息处理模块4在本质上是对数据进行处理，可以是运算服务器和集成有数据处理芯片的服务器。例如，信息处理模块4的型号可以是酷睿i7-8700在此基础上，本实用新型并不涉及处理器的数据处理程序的优化改进。

优选的，惯性导航传感器3是三轴陀螺仪、六轴陀螺仪和/或九轴陀螺仪的一种或几种。三轴陀螺仪的型号可以是ADIS16448。六轴陀螺仪的型号可以使MPU-6050。九轴陀螺仪的型号可以是MPU-9250。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步优化。

优选的，惯性导航传感器3在超宽带定位器2无法与信息处理模块4建立数据连接的情况下和信息处理模块4建立无线数据连接。在超宽带定位器2无法与信息处理模块4建立数据连接的情况下，惯性导航传感器3能够将记录到的加速度信息传递至信息处理模块4，信息处理模块4对该加速度信息进行二次积分得到载体的位移增量(相对位置数据)。即，惯性导航传感器3能够在超宽带定位器2无法与信息处理模块4建立数据连接的情况下对载体的坐标信息进行补偿，能够连续的提供超宽带信号丢失后的位置信息。这样就能解决现有技术中超宽带信号因建筑物、涵洞和隧道等物体遮挡而导致超宽带信号无法连续提供位置信息的缺点。

优选的，唤醒模块3a接入超宽带定位器2与信息处理模块4的第二信道。超宽带定位器2无法与信息处理模块4建立数据传输的情况下，惯性导航传感器3能够基于唤醒模块3a的第四信息与信息处理模块4建立无线数据连接。唤醒模块3a中内置有A7139芯片，能够在超宽带定位器2无法与信息处理模块4建立数据传输的情况下生成第四信息。第四信息是惯性导航传感器3与信息处理模块4建立数据连接的命令信息。

实施例3

本实施例是对实施例1或2的进一步优化。

优选的，惯性导航传感器3在超宽带定位基站1无法与超宽带定位器2建立数据连接的情况下和信息处理模块4建立无线数据连接。惯性导航传感器3能够将记录到的加速度信息传递至信息处理模块4，信息处理模块4对该加速度信息进行二次积分得到在超宽带定位基站1无法与超宽带定位器2建立数据连接的情况下载体的位移增量(相对位置数据)。即，惯性导航传感器3能够在超宽带定位基站1无法与超宽带定位器2建立数据连接的情况下对载体的坐标信息进行补偿，能够连续的提供超宽带信号丢失后的位置信息。这样就能解决现有技术中超宽带信号因建筑物、涵洞和隧道等物体遮挡而导致超宽带信号无法连续提供位置信息的缺点。

优选的，唤醒模块3a接入超宽带定位基站1与超宽带定位器2的第三信道。超宽带定位基站1无法与超宽带定位器2建立数据传输的情况下，惯性导航传感器3能够基于唤醒模块3a的第四信息与信息处理模块4建立无线数据连接。唤醒模块3a中内置有A7139芯片，能够超宽带定位基站1无法与超宽带定位器2建立数据传输的情况下生成第四信息。第四信息是惯性导航传感器3与信息处理模块4建立数据连接的命令信息。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。