基于UWB的场馆人员定位系统的制作方法

基于uwb的场馆人员定位系统
技术领域
1.本发明属于定位技术领域，尤其涉及基于uwb的场馆人员定位系统。


背景技术：

2.定位系统可以用来引导飞机、船舶、车辆、以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。目前最常见的定位系统包括全球定位系统(gps：global positioning system)和北斗定位系统，它们是一种基于卫星的定位系统，用于获得地理位置信息，被广泛的应用到各行各业。在场馆人员定位的应用场景中，由于场馆屋顶或者楼层的遮挡，导致在场馆内无法使用gps/北斗定位系统。另外的场馆人员定位方案，如果待定位人员想要准确的知道自己所在位置，并且希望去往目的地，需要用户自己查看场馆的地图后根据方位去预测路线，容易看错地图，走错方向。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供基于uwb的场馆人员定位系统，用于解决现有场馆人员定位方案，容易看错地图，走错方向的问题。本发明采用了超宽带(uwb：ultra wide band)定位技术，能够快速的定位场馆内人员，具有定位精度高、使用便捷的优点。
4.本发明实施例提供基于uwb的场馆人员定位系统，包括：
5.uwb标签，用于向定位基站发送脉冲信号，所述uwb标签设置于目标场馆内的待定位人员身上；
6.多个定位基站，设置于目标场馆内的不同预设位置，用于接收所述uwb标签的脉冲信号，并将uwb标签与定位基站之间脉冲信号传输时延传输给定位服务器；
7.定位服务器，用于根据多个定位基站上传的uwb标签与定位基站之间脉冲信号传输时延，确定uwb标签的位置，并将确定出的uwb标签的位置信息下发到所述uwb标签对应的当前待定位人员携带的智能终端上；
8.智能终端，用于显示所述当前所述uwb标签的位置信息。
9.在一可选实施例中，所述目标场馆内设置的定位基站的数量不少于3个。
10.在一可选实施例中，所述智能终端内装有目标场馆的电子地图，所述智能终端具体用于在所述目标场馆的电子地图内显示所述当前uwb标签的位置信息。
11.在一可选实施例中，所述uwb标签内部还设有电子罗盘装置，用于定位当前待定位人员的方位朝向信息；
12.所述uwb标签还用于将当前待定位人员的方位朝向信息通过所述定位基站发送给所述定位服务器；
13.所述智能终端还用于显示当前待定位人员的方位朝向信息。
14.在一可选实施例中，在所述uwb标签内部还设置有：
15.微型旋转台，可绕平行于水平面的轴线旋转，所述电子罗盘装置安装于所述微型旋转台上；
16.加速度计，设置于所述微型旋转台的中心位置，用于实时检测自身的重力加速度；
17.所述uwb标签还包括控制器，所述控制器用于根据所述加速度计实时测得的重力加速度确定所述微型旋转台的基准线相对于竖直方向的当前偏移角度，并根据所述当前偏移角度控制所述微型旋转台旋转，直至所述电子罗盘装置保持水平为止。
18.在一可选实施例中，所述uwb标签内部设有两个电子罗盘装置，所述两个电子罗盘装置以所述微型旋转台的中心呈对称对向安装。
19.在一可选实施例中，所述控制器对两个电子罗盘装置同步输出的多个磁北方向夹角进行拟合，得到当前待定位人员所对的方向与磁北方向的最优拟合夹角，作为当前待定位人员的方位朝向信息。
20.在一可选实施例中，所述控制器，包括：
21.偏移角度计算模块，用于根据第一公式计算所述微型旋转台的基准线相对于竖直方向的当前偏移角度；
22.第一判断模块，用于判断所述偏移角度计算模块当前计算出的当前偏移角度是否小于180
°
；
23.第一旋转控制模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为否时，控制所述微型旋转台顺时针旋转180
°
，随后触发所述偏移角度计算模块重新根据第一公式计算所述微型旋转台的当前偏移角度；
24.第二旋转控制模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为是时，先控制所述微型旋转台按预设转速逆时针旋转第一时长tn，在本次旋转控制结束后触发所述偏移角度计算模块根据第一公式计算所述微型旋转台逆时针旋转第一时间tn后的第二偏移角度；随后第二旋转控制模块再控制所述微型旋转台按预设转速顺时针旋转第二时长tn+tz，在本次旋转控制结束后触发所述偏移角度计算模块根据第一公式计算所述微型旋转台顺时针旋转第二时间tn+tz后的第三偏移角度；
25.记录模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为是时，将当前所述偏移角度计算模块计算出的当前偏移角度记录为第一偏移角度，并记录所述第二旋转控制模块触发所述偏移角度计算模块计算得到的第二偏移角度和第三偏移角度；
26.第三旋转控制模块，用于根据所述记录模块记录的所述第一偏移角度、第二偏移角度和第三偏移角度，基于第二公式确定当前时刻所述微型旋转台对应的旋转指导方向值，并在当前计算出的旋转指导方向值等于-1时，控制所述微型旋转台逆时针旋转，或在当前计算出的旋转指导方向值等于1时，控制所述微型旋转台顺时针旋转，或在当前计算出的旋转指导方向值等于0时，触发电子罗盘朝向确定模块工作；
27.电子罗盘朝向确定模块，用于根据第三公式计算当前待定位人员所对的方向与磁北方向的最优拟合夹角；
28.其中，所述第一公式为：
[0029][0030]
所述第一公式中，θ(t)表示时刻t所述微型旋转台的基准线相对于竖直方向的当前偏移角度；a(t)表示时刻t所述加速度计检测到的重力加速度；g表示重力加速度；
[0031]
所述第二公式为：
[0032][0033]
所述第二公式中，f(t)表示当前时刻t所述微型旋转台对应的旋转指导方向值；θ(t-t
z-2
×
tn)表示时刻t之前所述第二旋转控制模块控制所述微型旋转台逆时针旋转之前的t-t
z-2
×
tn时刻所述微型旋转台的第一偏移角度，θ(t-t
n-tz)表示时刻t之前所述第二旋转控制模块控制所述微型旋转台逆时针旋转之后的t-t
n-tz时刻所述微型旋转台的第二偏移角度；θ(t)表示当前时刻t所述微型旋转台的第三偏移角度；
[0034]
所述第三公式为：
[0035][0036]
所述第三公式中，α(t)表示当前时刻t当前待定位人员所对的方向与磁北方向的最优拟合夹角；δ1(t_i)表示当前时刻t第1个电子罗盘装置同步输出的第i个磁北方向夹角；δ2(t_i)表示当前时刻t第2个电子罗盘装置同步输出的第i个磁北方向夹角；m表示两个电子罗盘装置同步输出的磁北方向夹角总数；||表示求取绝对值。
[0037]
本发明提供的基于uwb的场馆人员定位系统，场馆内的待定位人员首先使用佩戴的uwb标签向定位基站发送脉冲信号，接着定位基站接收uwb标签发来的脉冲信号，并将uwb标签与定位基站之间脉冲信号传输时延传输给定位服务器，最后定位服务器根据此时延信息计算确定uwb标签的位置信息，并将此位置信息通过智能终端进行显示。本发明采用了uwb定位技术，能够快速的定位场馆内人员的位置，具有定位精度高、使用便捷的优点。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0039]
图1为本发明实施例提供的基于uwb的场馆人员定位系统结构示意图；
[0040]
图2为uwb标签结构示意图。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0042]
应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
图1为本发明实施例提供的基于uwb的场馆人员定位系统结构示意图。参见图1，该系统包括：
[0044]
uwb标签1，用于向定位基站21发送脉冲信号，设置于目标场馆内的待定位人员身上；
[0045]
多个定位基站2，设置于目标场馆内的不同预设位置，用于接收uwb标签1的脉冲信号，并将uwb标签1与定位基站21之间脉冲信号传输时延传输给定位服务器3；
[0046]
定位服务器3，用于根据多个定位基站2上传的uwb标签与定位基站21之间脉冲信号传输时延，确定uwb标签1的位置，并将确定出的uwb标签1的位置信息下发到uwb标签1对应的当前待定位人员携带的智能终端4上；
[0047]
智能终端4，用于显示所述当前uwb标签1的位置信息。
[0048]
上述技术方案的有益效果为：场馆内的待定位人员首先使用佩戴的uwb标签向定位基站发送脉冲信号，接着定位基站接收uwb标签发来的脉冲信号，并将uwb标签与定位基站之间脉冲信号传输时延传输给定位服务器，最后定位服务器根据此时延信息计算确定uwb标签的位置信息，并将此位置信息通过智能终端进行显示。本发明采用了uwb定位技术，能够快速的定位场馆内人员的位置，具有定位精度高、使用便捷的优点。其中，超宽带(uwb：ultra wideband)，是一种不用载波，而采用时间间隔极短(小于1ns)的脉冲进行无线通信的方式。使用uwb技术来实现定位的功能就叫做uwb定位，具有定位精度高、功耗小、抗干扰能力强、系统架构简单等优点。
[0049]
作为一可选实施例，所述目标场馆内设置的定位基站2的数量不少于3个。
[0050]
上述技术方案的有益效果为：uwb标签发送脉冲信号，随后定位基站接收脉冲信号，接着可利用脉冲信号传输时延*脉冲信号传输速度，获得uwb标签到定位基站的距离，然后采用三角定位原理(和卫星定位原理一样)，只需要uwb标签到三个定位基站的距离值，就能以三个距离值为半径，定位基站为中心画出三个圆圈的交集处就是uwb标签的位置，使得系统具有实施成本低的优点。
[0051]
作为一可选实施例，所述智能终端4内装有目标场馆的电子地图，所述智能终端4具体用于在所述目标场馆的电子地图内显示所述当前uwb标签的位置信息。
[0052]
上述技术方案的有益效果为：在场馆的电子地图内显示所述当前uwb标签的位置信息，可让待定位人员清楚的了解自己所处的位置，及周围的环境位置信息，有效地提高了用户使用体验感。
[0053]
作为一可选实施例，所述uwb标签1内部还设有电子罗盘装置，用于定位当前待定位人员的方位朝向信息。本实施例中，所述uwb标签1还用于将当前待定位人员的方位朝向信息通过所述定位基站2发送给所述定位服务器3；所述智能终端4还用于显示当前待定位人员的方位朝向信息。
[0054]
上述技术方案的有益效果为：在uwb标签内设置电子罗盘装置，可以分析出待定位人员的方位朝向信息，便于待定位人员清楚知道自己行进的方向。
[0055]
作为一可选实施例，如图2所示，在所述uwb标签1内部还设置有：微型旋转台11、电子罗盘装置12、加速度计13；其中：
[0056]
微型旋转台11，可绕平行于水平面的轴线旋转，电子罗盘装置12安装于微型旋转台11上。优选地，如图2中所示，uwb标签1内部设有两个电子罗盘装置12，且两个电子罗盘装
置12以微型旋转台11的中心呈对称对向安装，采用了嵌入式方式安装在微型旋转台11的边缘处，并可以随着微型旋转台11进行转动；
[0057]
加速度计13，设置于微型旋转台11的中心位置，用于实时检测自身的重力加速度；如图2中所示，所述加速度计13为柱状并存在方向之分，若图2中点a部分在加速度计13的上方或平齐则加速度计13测得的重力加速度a(t)数值为正，若图2中点a部分在加速度计13的下方则加速度计13测得的重力加速度a(t)数值为负。
[0058]
本实施例中，uwb标签1还包括控制器(图2中未示出)，所述控制器用于根据加速度计13实时测得的重力加速度确定微型旋转台11的基准线相对于竖直方向的当前偏移角度，并根据当前偏移角度控制微型旋转台旋转11，直至电子罗盘装置12保持水平为止。其中，当uwb标签1放置在绝对水平面上时，所述基准线与竖直方向重合。优选地，控制器对两个电子罗盘装置12同步输出的多个磁北方向夹角进行拟合，得到当前待定位人员所对的方向与磁北方向的最优拟合夹角，作为当前待定位人员的方位朝向信息。
[0059]
上述技术方案的有益效果为：uwb标签内部设有双电子罗盘装置，可以快速的定位当前场馆人员的方位朝向，同时由于电子罗盘装置不能存在太大的倾斜角度才能准确的测量，则在所述uwb标签内部还设置有微型旋转转台，因为用户进入场馆后佩戴的uwb标签其旋转位置是不确定的，所以在转台的中心位置设置有加速度计用于根据实时检测到的重力加速度确定出所述佩戴的uwb标签内部转台当前的偏移角度，然后根据所述转台当前的偏移角度控制所述转台进行旋转，直至旋转至两个对称安装的电子罗盘装置保持水平为止，从而有效地提高了测量的准确性。
[0060]
作为一可选实施例，所述控制器，包括：
[0061]
偏移角度计算模块，用于根据第一公式计算所述微型旋转台11的基准线(例如图2中所示的两个电子罗盘装置12的中心连线)相对于竖直方向的当前偏移角度；
[0062]
第一判断模块，用于判断所述偏移角度计算模块当前计算出的当前偏移角度是否小于180
°
；
[0063]
第一旋转控制模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为否时，控制所述微型旋转台11顺时针旋转180
°
，随后触发所述偏移角度计算模块重新根据第一公式计算所述微型旋转台的当前偏移角度；
[0064]
第二旋转控制模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为是时，先控制所述微型旋转台11按预设转速逆时针旋转第一时长tn，在本次旋转控制结束后触发所述偏移角度计算模块根据第一公式计算所述微型旋转台11逆时针旋转第一时间tn后的第二偏移角度；随后第二旋转控制模块再控制所述微型旋转台11按预设转速顺时针旋转第二时长tn+tz，在本次旋转控制结束后触发所述偏移角度计算模块根据第一公式计算所述微型旋转台顺时针旋转第二时间tn+tz后的第三偏移角度；
[0065]
记录模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为是时，将当前所述偏移角度计算模块计算出的当前偏移角度记录为第一偏移角度，并记录所述第二旋转控制模块触发所述偏移角度计算模块计算得到的第二偏移角度和第三偏移角度；
[0066]
第三旋转控制模块，用于根据所述记录模块记录的所述第一偏移角度、第二偏移角度和第三偏移角度，基于第二公式确定当前时刻所述微型旋转台对应的旋转指导方向值，并在当前计算出的旋转指导方向值等于-1时，控制所述微型旋转台11逆时针旋转，或在
当前计算出的旋转指导方向值等于1时，控制所述微型旋转台11顺时针旋转，或在当前计算出的旋转指导方向值等于0时，触发电子罗盘朝向确定模块工作；
[0067]
电子罗盘朝向确定模块，用于根据第三公式计算当前待定位人员所对的方向与磁北方向的最优拟合夹角；
[0068]
其中，所述第一公式为：
[0069][0070]
所述第一公式中，θ(t)表示时刻t所述微型旋转台的基准线相对于竖直方向的当前偏移角度；a(t)表示时刻t所述加速度计检测到的重力加速度；g表示重力加速度；
[0071]
所述第二公式为：
[0072][0073]
所述第二公式中，f(t)表示当前时刻t所述微型旋转台对应的旋转指导方向值；θ(t-t
z-2
×
tn)表示时刻t之前所述第二旋转控制模块控制所述微型旋转台逆时针旋转之前的t-t
z-2
×
tn时刻所述微型旋转台的第一偏移角度，θ(t-t
n-tz)表示时刻t之前所述第二旋转控制模块控制所述微型旋转台逆时针旋转之后的t-t
n-tz时刻所述微型旋转台的第二偏移角度；θ(t)表示当前时刻t所述微型旋转台的第三偏移角度；
[0074]
所述第三公式为：
[0075][0076]
所述第三公式中，α(t)表示当前时刻t当前待定位人员所对的方向与磁北方向的最优拟合夹角；δ1(t_i)表示当前时刻t第1个电子罗盘装置同步输出的第i个磁北方向夹角；δ2(t_i)表示当前时刻t第2个电子罗盘装置同步输出的第i个磁北方向夹角；m表示两个电子罗盘装置同步输出的磁北方向夹角总数；||表示求取绝对值。
[0077]
上述技术方案的有益效果为：利用第一公式(1)根据实时检测到的重力加速度计算出所述佩戴的uwb标签内部微型旋转台当前的偏移角度，从而为后续微型旋转台控制奠定基础；然后利用第二公式(2)根据所述微型旋转台的偏移角度控制所述微型旋转台进行旋转，进而可以在用户随意佩戴uwb标签的情况下还可以自动计算出偏移角并自动进行调整，体现了装置的自动化以及智能化；最后利用第三公式(3)根据两个电子罗盘装置同步输出的多个磁北方向夹角进行拟合得到当前uwb标签所对的方向与磁北方向的最优拟合夹角，从而将所述用户的朝向计算出来，有效地优化定位，使得定位精度更加准确。
[0078]
从上述实施例的内容可知，待定位人员的uwb标签可向定位基站发送脉冲信号，接着定位基站接收uwb标签发来的脉冲信号，并将uwb标签与定位基站之间脉冲信息传输时延传输给定位服务器，最后定位服务器根据此时延信息计算确定uwb标签的位置信息；进一步
的，uwb标签内部设有双电子罗盘装置，可以快速的定位佩戴uwb标签的当前场馆人员的方位朝向。本发明采用了uwb定位技术，能够快速地确定场馆内人员位置和方向，具有定位精度高、使用便捷的优点。
[0079]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0080]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0081]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0082]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。