被动超宽带定位装置及其定位方法与流程

本发明涉及一种被动超宽带定位装置及其定位方法，属于超宽带定位技术领域。

背景技术：

目前，常用的室内定位技术包括红外线、超声波、射频信号、蓝牙、wifi等，而uwb（无载波通信技术）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，成为重要的室内定位技术。但由于uwb基本是主动定位，具有标签结构相对复杂，不便于多标签定位等缺点。

目前，亟待出现一种被动超宽带定位装置及定位方法，用于解决现有超宽带主动定位的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种能实现被动定位，标签结构简单，便于多标签定位的被动超宽带定位装置及其定位方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

被动超宽带定位装置，其特殊之处在于包括用于发送定位编码的主缨子1及多个子缨子2、用于接收定位编码以及解算定位信息的多个标签3、用于接收主缨子1的温度及电压值以及测试主缨子1晶振频率的守时精度模拟环境装置4，主缨子1与子缨子2通过uwb超宽带5通讯连接，主缨子1、子缨子2与守时精度模拟环境装置4通过通信网6通讯连接；

作为本发明一种优选的技术方案，所述主缨子包括用于采集传感数据的微处理器ⅰ7，微处理器ⅰ7上设有传感器接口12、网络接口13，微处理器ⅰ7内部设有用于采集传感数据的传感值模块33、频率参数模块14、功率参数模块15，频率参数模块14通讯连接有频率校正模块8，频率校正模块8的输出端设有依次电连接的延时触发模块10、定位编码模块18、发射接口模块11、功率校正模块19，频率校正模块8的输出端还电连接有微调电压模块16、vcxo模块17，vcxo模块17与延时触发模块10电连接，功率参数模块15与功率校正模块19电连接，延时触发模块10还电连接有相位触发模块31，相位触发模块31与发射接口32通讯连接；

作为本发明一种优选的技术方案，所述子缨子包括用于采集传感数据的微处理器ⅰ7，微处理器ⅰ7上设有传感器接口12、网络接口13，微处理器ⅰ7内部设有用于采集传感数据的传感值模块33、频率参数模块14、功率参数模块15，频率参数模块14通讯连接有频率校正模块8，频率校正模块8的输出端设有依次电连接的延时触发模块10、定位编码模块18、发射接口模块11、功率校正模块19，频率校正模块8的输出端还电连接有微调电压模块16、vcxo模块17，vcxo模块17与延时触发模块10电连接，功率参数模块15与功率校正模块19电连接，延时触发模块10还电连接有相位校正模块9，相位校正模块9与接收接口20通讯连接；

作为本发明一种优选的技术方案，所述标签3包括微处理器ⅱ21，微处理器ⅱ21内设用于接收接收接口ⅱ24数据的解码模块23、用于解算位置的位置解算模块22，微处理器模块ⅱ21还连接有晶振模块25、电源模块26；

作为本发明一种优选的技术方案，所述守时精度模拟环境装置4包括与通信网6通讯连接的数据处理中心27，数据处理中心27通讯连接有程控控温箱29、与北斗天线31相连接的精密时间测量装置28、程控电源30，程控温控箱29内设有晶振，晶振与精密时间测量装置28相连接，晶振同时与程控电源30相连接；

作为本发明一种优选的技术方案，所述子缨子2的数量为两个；

被动超宽带定位装置的定位方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

1、主缨子1发送时钟同步信号给子缨子2，子缨子2根据时钟同步信号修正自身的本地时钟以同步主缨子1；

2、主缨子1、子缨子2以等间隔时间分时发送定位信息；

3、标签3分别接收主缨子1和子缨子2的定位信息，并解算出自身的位置信息；

4、主缨子1和子缨子2采集自身的温度数据和电压数据并通过网络发送给守时精度模拟环境装置4，精度模拟环境装置4测试各缨子的晶振频率偏移值，通过网络发送给各缨子，各缨子接收到自身的晶振频率漂移值后调整自身的晶振频率；

作为本发明一种优选的技术方案，所述主缨子1包括用于采集传感数据的微处理器ⅰ7，微处理器ⅰ7上设有传感器接口12、网络接口13，微处理器ⅰ7内部设有用于采集传感数据的传感值模块33、频率参数模块14、功率参数模块15，频率参数模块14通讯连接有频率校正模块8，频率校正模块8的输出端设有依次电连接的延时触发模块10、定位编码模块18、发射接口模块11、功率校正模块19，频率校正模块8的输出端还电连接有微调电压模块16、vcxo模块17，vcxo模块17与延时触发模块10电连接，功率参数模块15与功率校正模块19电连接，延时触发模块10还电连接有相位触发模块31，相位触发模块31与发射接口32通讯连接；

作为本发明一种优选的技术方案，所述子缨子包括用于采集传感数据的微处理器ⅰ7，微处理器ⅰ7上设有传感器接口12、网络接口13，微处理器ⅰ7内部设有用于采集传感数据的传感值模块33、频率参数模块14、功率参数模块15，频率参数模块14通讯连接有频率校正模块8，频率校正模块8的输出端设有依次点电连接的延时触发模块10、定位编码模块18、发射接口模块11、功率校正模块19，频率校正模块8的输出端还电连接有微调电压模块16、vcxo模块17，vcxo模块17与延时触发模块10电连接，功率参数模块15与功率校正模块19电连接，延时触发模块10还电连接有相位校正模块9，相位校正模块9与接收接口20通讯连接；

作为本发明一种优选的技术方案，所述标签3包括微处理器ⅱ21，微处理器ⅱ21内设用于接收接收接口ⅱ24数据的解码模块23、用于解算位置的位置解算模块22，微处理器模块ⅱ21还连接有晶振模块25、电源模块26；

作为本发明一种优选的技术方案，所述守时精度模拟环境装置4包括与通信网6通讯连接的数据处理中心27，数据处理中心27通讯连接有程控控温箱29、与北斗天线31相连接的精密时间测量装置28、程控电源30，程控温控箱29内设有晶振，晶振与精密时间测量装置28相连接，晶振同时与程控电源30相连接；

所述主缨子1的工作流程：

主缨子1的微处理器7中的传感值模块33通过传感器接口12采集电压和温度数据；

微处理器7通过网络接口13发送传感数据给守时精度模拟环境装置4，微处理器7中的频率参数模块14通过网络接口13接收数据处理中心27发送的频率调整参数，微处理器7中的功率参数模块15通过网络接口13接收数据处理中心27发送的功率调整参数，功率参数模块15发送功率调整参数给功率校正模块19，功率校正模块19依据功率参数调整发送uwb超宽带的发送功率，频率校正模块8把频率参数模块14传递过来的频率参数转换成晶振控制信号控制微调电压模块16进而调整vcxo模块17的频率值；

相位触发模块31依据频率校正模块8传递来的控制信号通过发射接口32发送时钟同步信号；

延时触发模块10延时固定时间后，触发定位编码模块18，输出定位信息，发射接口模块11接收定位编码模块18传递来的定位信息发射给标签3的接收接口24；

所述子缨子2的工作流程：

子缨子2的微处理器7中的传感值模块33通过传感器接口12采集电压和温度数据；

微处理器7通过网络接口13发送传感数据给守时精度模拟环境4，微处理器7中的频率参数模块14通过网络接口13接收数据处理中心27发送的频率调整参数、微处理器7中的功率参数模块15通过网络接口13接收数据处理中心27发送的功率调整参数。功率参数模块15发送功率调整参数给功率校正模块19，功率校正模块19依据功率参数调整发送uwb超宽带的发送功率，频率校正模块8把频率参数模块14传递过来的频率参数转换成晶振控制信号控制微调电压模块16进而调整vcxo模块17频率值；

相位校正模块9通过接收接口20接收主缨子的同步信息并转换成控制信号触发延时触发模块10；

延时触发模块10延时固定时间后，触发定位信息编码模块18，输出定位信息，发射接口模块11接收定位编码模块18传递来的定位信息发射给标签3的接收接口24；

所述标签3的工作流程：

标签3中的解码模块23通过接收接口24分别接收各缨子发来的定位信息并进行解码，位置解算模块22接收解码模块23传来的定位信息进行位置解算；

所述守时精度模拟环境4的工作流程：

守时精度模拟环境4中的数据处理中心27通过通讯网6接收各缨子传来的温度和电压数据，并控制程控电源30的电压值给程控温控箱29中的晶振，同时数据处理中心27控制程控温控箱29中的温度值，精密时间测量装置28用来测量晶振的频率变化值，频率变化值反馈给数据处理中心27并通过通讯网6传递给各缨子。

本发明的被动超宽带定位装置及其定位方法，超宽带采用时间间隔极短的脉冲进行通信技术，不需要载波，与卫星、蜂窝网、wif、蓝牙等传统定位技术相比，uwb定位技术的具有功耗低、安全性高、抗干扰能力强、多径分辨能力强、定位准确、结构简单等优点，在煤矿井下、智能制造、智能电网、智能交通、无人机集群等具有广泛的应用，国内外众多科研、企业都已涉足uwb技术的开发，目前人们以高精度、低成本和小体积等为发展方向，已经提出了rss、aoa、toa、tdoa等方法，研制了localizers、sapphine等系统，在很多应用场合，人员和设备密度高，需要大容量的uwb定位标签，本发明能满足这些应用场合用户的期望，有利于行业的提升与发展。

综上所述，本发明标签结构简单，便于多标签定位，能实现被动定位，对满足智能制造等场所的高精度室内定位有重要意义。

附图说明

图1：本发明被动超宽带定位装置的结构框图；

图2：本发明主缨子的结构框图；

图3：本发明子缨子的结构框图；

图4：本发明标签的结构框图；

图5：本发明守时精度模拟环境装置的结构框图。

图中：1、主缨子，2、子缨子，3、标签，4、守时精度模拟环境装置，5、uwb超宽带，6、通信网，7、微处理器ⅰ，8、频率校正模块，9、相位校正模块，10、延时触发模块，11、发射接口模块，12、传感器接口，13、网络接口，14、频率参数模块，15、功率参数模块，16、微调电压模块，17、vcxo模块，18、定位编码模块，19、功率校正模块，20、接收接口，21、微处理器ⅱ，22、位置解算模块，23、解码模块，24、接收接口，25、晶振模块，26、电源模块，27、数据处理中心，28、精密时间测量装置，29、程控控温箱，30、程控电源，31、相位触发模块，32、发射接口，33、传感值模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例的被动超宽带定位装置，参考附图1-5，包括用于发送定位编码的主缨子1及两个子缨子2、用于接收定位编码以及解算定位信息的多个标签3、用于接收主缨子1的温度及电压值以及测试主缨子1晶振频率的守时精度模拟环境装置4，主缨子1与子缨子2通过uwb超宽带5通讯连接，主缨子1、子缨子2与守时精度模拟环境装置4通过通信网6通讯连接；主缨子包括用于采集传感数据的微处理器ⅰ7，微处理器ⅰ7上设有传感器接口12、网络接口13，微处理器ⅰ7内部设有用于采集传感数据的传感值模块33、频率参数模块14、功率参数模块15，频率参数模块14通讯连接有频率校正模块8，频率校正模块8的输出端设有依次电连接的延时触发模块10、定位编码模块18、发射接口模块11、功率校正模块19，频率校正模块8的输出端还电连接有微调电压模块16、vcxo模块17，vcxo模块17与延时触发模块10电连接，功率参数模块15与功率校正模块19电连接，延时触发模块10还电连接有相位触发模块31，相位触发模块31与发射接口32通讯连接；子缨子包括用于采集传感数据的微处理器ⅰ7，微处理器ⅰ7上设有传感器接口12、网络接口13，微处理器ⅰ7内部设有用于采集传感数据的传感值模块33、频率参数模块14、功率参数模块15，频率参数模块14通讯连接有频率校正模块8，频率校正模块8的输出端设有依次点连接的延时触发模块10、定位编码模块18、发射接口模块11、功率校正模块19，频率校正模块8的输出端还电连接有微调电压模块16、vcxo模块17，vcxo模块17与延时触发模块10电连接，功率参数模块15与功率校正模块19电连接，延时触发模块10还电连接有相位校正模块9，相位校正模块9与接收接口20通讯连接；标签3包括微处理器ⅱ21，微处理器ⅱ21内设用于接收接收接口ⅱ24数据的解码模块23、用于解算位置的位置解算模块22，微处理器模块ⅱ21还连接有晶振模块25、电源模块26；守时精度模拟环境装置4包括与通信网6通讯连接的数据处理中心27，数据处理中心27通讯连接有程控控温箱29、与北斗天线31相连接的精密时间测量装置28、程控电源30，程控温控箱29内设有晶振，晶振与精密时间测量装置28相连接，晶振同时与程控电源30相连接。

实施例2

本实施例的被动超宽带定位装置及其定位方法，参考附图1，包括以下步骤：

1、主缨子1发送时钟同步信号给子缨子2，子缨子2根据时钟同步信号修正自身的本地时钟以同步主缨子1；

2、主缨子1、子缨子2以等间隔时间分时发送定位信息；

3、标签3分别接收主缨子1和子缨子2的定位信息，并解算出自身的位置信息；

4、主缨子1和子缨子2采集自身的温度数据和电压数据并通过网络发送给守时精度模拟环境装置4，精度模拟环境4测试各缨子的晶振频率偏移值，通过网络发送给各缨子，各缨子接收到自身的晶振频率漂移值后调整自身的晶振频率。

实施例3

本实施例的被动超宽带定位装置及其定位方法，参考附图1-5，包括以下步骤：

主缨子1的工作流程：

主缨子1的微处理器7中的传感值模块33通过传感器接口12采集电压和温度数据；

微处理器7通过网络接口13发送传感数据给守时精度模拟环境装置4，微处理器7中的频率参数模块14通过网络接口13接收数据处理中心27发送的频率调整参数，微处理器7中的功率参数模块15通过网络接口13接收数据处理中心27发送的功率调整参数，功率参数模块15发送功率调整参数给功率校正模块19，功率校正模块19依据功率参数调整发送uwb超宽带的发送功率，频率校正模块8把频率参数模块14传递过来的频率参数转换成晶振控制信号控制微调电压模块16进而调整vcxo模块17的频率值；

相位触发模块31依据频率校正模块8传递来的控制信号通过发射接口32发送时钟同步信号；

延时触发模块10延时固定时间后，触发定位编码模块18，输出定位信息，发射接口模块11接收定位编码模块18传递来的定位信息发射给标签3的接收接口24；

子缨子2的工作流程：

子缨子2的微处理器7中的传感值模块33通过传感器接口12采集电压和温度数据。

微处理器7通过网络接口13发送传感数据给守时精度模拟环境4，微处理器7中的频率参数模块14通过网络接口13接收数据处理中心27发送的频率调整参数、微处理器7中的功率参数模块15通过网络接口13接收数据处理中心27发送的功率调整参数。功率参数模块15发送功率调整参数给功率校正模块19，功率校正模块19依据功率参数调整发送uwb超宽带的发送功率，频率校正模块8把频率参数模块14传递过来的频率参数转换成晶振控制信号控制微调电压模块16进而调整vcxo模块17频率值；

相位校正模块9通过接收接口20接收主缨子的同步信息并转换成控制信号触发延时触发模块10；

延时触发模块10延时固定时间后，触发定位信息编码模块18，输出定位信息，发射接口模块11接收定位编码模块18传递来的定位信息发射给标签3的接收接口24；

所述标签3的工作流程：

标签3中的解码模块23通过接收接口24分别接收各缨子发来的定位信息并进行解码，位置解算模块22接收解码模块23传来的定位信息进行位置解算；

所述守时精度模拟环境4的工作流程：

守时精度模拟环境4中的数据处理中心27通过通讯网6接收各缨子传来的温度和电压数据，并控制程控电源30的电压值给程控温控箱29中的晶振，同时数据处理中心27控制程控温控箱29中的温度值，精密时间测量装置28用来测量晶振的频率变化值，频率变化值反馈给数据处理中心27并通过通讯网6传递给各缨子。

申请人声明，本发明描述的实施例，对于本邻域的技术人员而言，不意味必须依赖上述方法才能实施，可以理解在不脱离本发明的原理和精神上可以对这些实施例进行变化和修改，本发明的范围由所附权力要求限定。