基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法与流程

1.本发明涉及导航定位与通信领域，尤其涉及一种基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法。


背景技术：

2.一般来说，gps等卫星定位系统可以在全球范围内提供高精度的位置信息，但在某些场景下，如室内、矿井、森林等复杂环境中，卫星信号被遮挡、削弱，无法实现大容量，高可靠的网络定位。
3.目前超宽带定位方法已经在室内、矿下等环境下广泛应用，但其节点容量不足、抗干扰能力差的缺点仍然明显。通信系统具有覆盖范围广、稳定性强等优点，利用通信系统辅助定位，可有效提高位置服务能力。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出一种基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法，通过窄带通信信号辅助传递定位数据信息，减低定位信号开销，实现超短帧结构设计，提高用户容量。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法，包括以下步骤：
7.(1)uwb定位系统的网络服务层向物理层传递包括用户接入控制、基站组网控制、节点身份的网络定位控制数据，形成数据单元；物理层生成用于时间延迟、角度等定位信息测量的同步头，形成导频单元；
8.(2)在发送端，将数据单元进行调制与编码并利用窄带通信信号进行发送；将由同步头构成的导频单元制到超宽带信号上，组帧并进行发送；
9.(3)在接收端，将获取到窄带通信信号进行解调，得到网络定位控制数据；将获取到超宽带定位信号进行解调，得到包括时延、角度的定位测量信息；之后，将网络定位控制数据和定位测量信息共同交由网络服务层进行信息的整合与处理，得到各个节点间的包括测距、测角的定位信息，在通过网络协同定位方法进行计算，从而实现网络节点的定位。
10.其中，步骤(1)中，所述的同步头由超宽带协议中的sync和sfd固定数据构成。
11.其中，步骤(2)中，由同步头构成的超宽带信号为超短帧结构设计。
12.本发明相比背景技术具有如下优点：
13.(1)本发明的通信定位一体化设计可解决卫导盲区下的通信与位置服务问题。
14.(2)本发明提出的利用通信信号辅助超宽带定位方法提高了位置服务可靠性和信号抗干扰能力。
15.(3)本发明提出的利用通信信号辅助超宽带定位方法提高了用户容量，实现大容量定位。
附图说明
16.图1是本发明的基于窄带通信辅助的超宽带定位方法结构图。
17.图2是本发明的基于窄带通信辅助的超宽带定位方法流程图。
具体实施方式
18.下面结合附图1-2和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
19.基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法，在借鉴现有uwb国际标准(ieee 802.15.4-2020)的基础上，采用了窄带通信辅助与超短帧结构设计，以实现大容量高精度定位，具体包括以下步骤：
20.(1)uwb定位系统的网络服务层向物理层传递包括用户接入控制、基站组网控制、节点身份的自组网定位数据信息，形成数据单元；物理层生成用于时间延迟测量的同步头，形成导频单元；
21.现有uwb标准中的物理层帧结构由同步头、分隔符、帧头、数据载荷构成。其中同步头由同步字段(sync)与帧开始界定符(sfd)组成，数据载荷来自网络服务层的数据psdu。在发送端数据生成阶段，本发明所设计的基于窄带通信辅助的超宽带定位系统其网络服务层向物理层传递用户接入控制、基站组网控制、节点身份等自组网定位数据信息(数据单元)，并由本系统物理层生成传统超宽带协议中的sync、sfd等固定数据构成的用于时间延迟测量的同步头(导频单元)。
22.(2)在发送端，将数据单元进行调制与编码并利用窄带通信信号进行发送；将由同步头构成的导频单元制到超宽带信号上，组帧并进行发送；
23.实施例中，在信号调制与发送阶段，与传统的超宽带定位系统发送信号方式不同，本发明引入窄带通信系统辅助定位，数据单元利用窄带通信系统，通过调制与编码，由通信信号进行发送。由同步头构成的导频单元采用ook调制方式调制到超宽带上，组成超短帧结构的超宽带定位信号并进行发送。以时分多址信号体制，脉冲重复频率为1mhz，sync脉冲数为16个，psdu为最长值1016us为例，现有超宽带信号体制的数据帧长度为1070us，每秒钟可完成约934.5个时隙传递，通过本发明中基于窄带通信辅助的超宽带信号其帧长为32us，每秒钟可完成约31250个时隙传递，其用户容量约扩充了29.2倍，由此实现了超短帧结构的设计与用户容量提升。
24.(3)在接收端，将获取到窄带通信信号进行解调，得到组网控制信息；将获取到超宽带定位信号进行解调，得到包括时延、角度的定位信息；之后，将定位信息和组网控制信息共同交由网络服务层进行信息的整合与处理，得到各个节点间的包括测距、测角的定位信息，在通过网络协同定位方法进行计算，从而实现网络节点的定位。
25.实施例中，在接收端，本发明所设计系统获取到窄带通信信号与超宽带定位信号，分别进行数据解调。导频单元获取到时延、角度等定位信息，与数据单元中获取到的组网控制信息共同交由网络服务层进行信息的整合与处理，得到各个节点间的测距、测角等定位信息，通过网络协同定位方法结算，实现网络节点的定位。由于数据单元依托窄带通信信号进行传递，使超宽带信号可以在单位时间内调制更多用于定位信息测量的导频单元，实现了超短帧结构的设计，非相干积分时间延长，降低了解调门限，提高信号抗干扰能力和用户容量。


技术特征：
1.基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)uwb定位系统的网络服务层向物理层传递包括用户接入控制、基站组网控制、节点身份的网络定位控制数据，形成数据单元；物理层生成用于时间延迟、角度等定位信息测量的同步头，形成导频单元；(2)在发送端，将数据单元进行调制与编码并利用窄带通信信号进行发送；将由同步头构成的导频单元制到超宽带信号上，组帧并进行发送；(3)在接收端，将获取到窄带通信信号进行解调，得到网络定位控制数据；将获取到超宽带定位信号进行解调，得到包括时延、角度的定位测量信息；之后，将网络定位控制数据和定位测量信息共同交由网络服务层进行信息的整合与处理，得到各个节点间的包括测距、测角的定位信息，在通过网络协同定位方法进行计算，从而实现网络节点的定位。2.根据权利要求1所述的基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法，其特征在于，步骤(1)中，所述同步头由超宽带协议中的sync和sfd固定数据构成。3.根据权利要求1所述的基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法，其特征在于，步骤(2)中，由同步头构成的超宽带信号为超短帧结构设计。

技术总结
本发明提出了一种基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法，生成窄带通信辅助的超宽带定位信号进行目标节点定位，该信号具有如下特征：将超宽带定位信号分为导频单元与数据单元，数据单元包括入退网控制、节点身份等组网信息，依托窄带通信信号传递；导频单元旨在完成时延估计、角度测量等定位信息的获取，仍然通过测量精度高的超宽带信号进行传递。由此实现超短帧定位信号设计，提高用户数量，完成大容量定位；延长非相干积分时间，降低解调门限，提高信号抗干扰能力。即利用通导融合、通信辅助的手段提升定位性能。通信辅助的手段提升定位性能。通信辅助的手段提升定位性能。


技术研发人员：崔宋祚 蔚保国 鲍亚川 易卿武 杨梦焕
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2022.11.22
技术公布日：2023/3/31