融合UWB和BLE技术的定位装置和定位方法与流程

本发明涉及定位，特别是涉及一种融合uwb和ble技术的定位装置和定位方法。

背景技术：

1、由于uwb(ultra wide band，超宽带)室内定位技术具有时间分辨率高、抗多径干扰强、低功耗和穿透能力强等特点，在短距离精确定位方面具有独特的优势，基于uwb室内定位技术的电子产品吸引了越来越多研发人员的热切关注。

2、目前，uwb技术对目标物的到达角度定位，常规是采用基于pdoa(phasedifference of arrival，到达相位差)算法通过计算多天线端的天线阵发射/接受信息的相位差实现的。然而不幸的是，现有多天线端的天线阵设计都是基于定向天线方案，无法实现对目标物的全向实时精确定位。

3、为解决此问题，常用的方案是采用多套uwb定位天线阵近距全向摆放。但是这样会导致以下五个缺点：1、物料成本变高；2、定位装置占用空间变大，不利于小型化；3、多套uwb定位天线阵的摆放位置及安装需要提前规划，调试难度大；4、邻近同频定位天线阵的相互干扰，增加设计复杂度；5、不同天线阵对应的平面不一样，且目标终端在不同位置时候需要切换不同的天线阵，精确角度的获得需要更复杂的算法及更大的计算量。

技术实现思路

1、本发明实施例旨在提供一种融合uwb和ble(bluetooth low energy，低功耗蓝牙)技术的定位装置和定位方法，以解决现有技术中对目标物进行全向实时精确定位时，存在成本高、设计复杂、占地空间大等问题。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

3、根据本发明的一方面，提供一种融合uwb和ble技术的定位装置，所述定位装置包括ble全向天线、ble定向天线、切换开关、ble通信模块、若干uwb全向天线、uwb定位模块和mcu(microcontroller unit，微控制单元)模块，所述ble通信模块通过所述切换开关连接至所述ble全向天线或所述ble定向天线，所述uwb全向天线连接至所述uwb定位模块，所述ble通信模块和所述uwb定位模块连接至所述mcu模块；

4、所述mcu模块，用于控制所述ble通信模块将所述切换开关连通至所述ble全向天线，通过所述ble全向天线和所述ble通信模块扫描出目标终端；在扫描出所述目标终端后，通过所述uwb全向天线和所述uwb定位模块确定出所述目标终端与所述定位装置的距离和到达角度；控制所述ble通信模块将所述切换开关连通至所述ble定向天线，通过所述ble定向天线和所述ble通信模块确定出所述目标终端相对于所述ble定向天线所在平面的朝向，并在所述朝向确定后，控制所述ble通信模块将所述切换开关重新连通至所述ble全向天线；根据所述目标终端的朝向、所述距离和所述到达角度得到所述目标终端的定位结果。

5、可选地，所述mcu模块，还用于判断在下次定位时，是否需要对所述目标终端的朝向进行重新确定，若是，则在下次定位时，控制所述ble通信模块将所述切换开关连通至所述ble定向天线，对所述目标终端的朝向进行重新确定，并在所述朝向重新确定后，控制所述ble通信模块将所述切换开关重新连通至所述ble全向天线。

6、可选地，所述mcu模块，判断在下次定位时，是否需要对所述目标终端的朝向进行重新确定包括：

7、判断所述目标终端垂直于所述ble定向天线所在平面的速度分量与所述目标终端的朝向是否同向，若是，则在下次定位时，不需要对所述目标终端的朝向进行重新确定；

8、若否，则判断所述目标终端的到达角度是否大于阈值角度，若是，则在下次定位时，需要对所述目标终端的朝向进行重新确定；若否，则在下次定位时，不需要对所述目标终端的朝向进行重新确定，所述阈值角度由所述目标终端垂直于所述ble定向天线所在平面的速度分量大小、预设的定位周期和所述距离确定。

9、可选地，所述uwb定位模块包括多个射频端口，其中一个为发射接收端口，其余为接收端口。

10、可选地，所述uwb全向天线包括一个用于发射和接收uwb射频信号的第一uwb全向天线和若干个仅用于接收uwb射频信号的第二uwb全向天线，所述第一uwb全向天线连接至所述发射接收端口，每一所述第二uwb全向天线连接至每一所述接收端口。

11、可选地，所述mcu模块，还用于扫描到目标终端时，控制所述uwb定位模块进入工作状态，未扫描到目标终端时，控制所述uwb定位模块处于休眠状态。

12、根据本发明的另一方面，提供一种融合uwb和ble技术的定位方法，应用于上述所述的定位装置，所述方法包括：

13、控制ble通信模块将切换开关连通至ble全向天线，通过所述ble全向天线和所述ble通信模块扫描出目标终端；

14、在扫描出所述目标终端后，通过uwb全向天线和uwb定位模块确定出所述目标终端与所述定位装置的距离和到达角度；

15、控制所述ble通信模块将所述切换开关连通至ble定向天线，通过所述ble定向天线和所述ble通信模块确定出所述目标终端相对于所述ble定向天线所在平面的朝向，并在所述朝向确定后，控制所述ble通信模块将所述切换开关重新连通至所述ble全向天线；

16、根据所述目标终端的朝向、所述距离和所述到达角度得到所述目标终端的定位结果。

17、可选地，所述方法还包括：

18、判断在下次定位时，是否需要对所述目标终端的朝向进行重新确定；

19、若是，则在下次定位时，控制所述ble通信模块将所述切换开关连通至所述ble定向天线，对所述目标终端的朝向进行重新确定，并在所述朝向重新确定后，控制所述ble通信模块将所述切换开关重新连通至所述ble全向天线。

20、可选地，所述判断在下次定位时，是否需要对所述目标终端的朝向进行重新确定的步骤，包括：

21、判断所述目标终端垂直于所述ble定向天线所在平面的速度分量与所述目标终端的朝向是否同向，若是，则在下次定位时，不需要对所述目标终端的朝向进行重新确定；

22、若否，则判断所述目标终端的到达角度是否大于阈值角度，若是，则在下次定位时，需要对所述目标终端的朝向进行重新确定；若否，则在下次定位时，不需要对所述目标终端的朝向进行重新确定，所述阈值角度由所述目标终端垂直于所述ble定向天线所在平面的速度分量大小、预设的定位周期和所述距离确定。

23、根据本发明的再一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行上述任一项所述方法的步骤。

24、本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中，采用融合uwb和ble技术的定位装置，该定位装置包括ble全向天线、ble定向天线、切换开关、ble通信模块、若干uwb全向天线、uwb定位模块和mcu模块；mcu模块控制切换开关连通至ble全向天线，通过ble全向天线和ble通信模块扫描出目标终端后，通过uwb全向天线和uwb定位模块确定出目标终端与定位装置的距离和到达角度；再控制ble通信模块将切换开关连通至ble定向天线，通过ble定向天线和ble通信模块确定出目标终端相对于ble定向天线所在平面的朝向，最后根据目标终端的朝向、距离和到达角度得到目标终端的定位结果。采用本发明，能实现对目标终端的全向实时精确定位，结构简单、占地空间小、能耗和成本低。