一种基于UWB的双基站定位标签的方法及系统与流程

本发明涉及uwb定位，尤其公开了一种基于uwb的双基站定位标签的方法及系统。

背景技术：

1、uwb（ultra wide band，超宽带）技术是一种无线载波通信技术，uwb不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。uwb技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。现有的uwb定位方案存在的缺点问题点为：1、目前精准定位方案均采用三个及以上的基站实现标签定位，基站造价昂贵、定位成本高；2、目前单基站定位方向角度偏移严重，存在定位准确性差的现象。

2、因此，现有uwb定位方案存在的上述缺陷，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于uwb的双基站定位标签的方法及系统，旨在解决现有uwb定位方案存在的上述缺陷。

2、本发明的一方面涉及一种基于uwb的双基站定位标签的方法，应用于基于uwb的定位设备中，基于uwb的定位设备包括主基站、从基站、以及标签，主基站、从基站和标签之间建立通信连接，基于uwb的双基站定位标签的方法包括以下步骤：

3、主基站开机后广播自身信息，实现信号发射和接收；

4、当主基站与从基站完成蓝牙连接后，主基站与从基站之间通过tof方案进行第一时间差收集，采用uwb方案计算主基站与从基站之间的距离及角度；

5、标签开机后更改自身为可发现状态，主基站搜索到标签后与标签建立连接，标签发送自身mac地址给主基站；主基站通对标签的mac地址进行数据加密，并将加密后的数据收发至标签和从基站，通过加密后的macid作为通讯依据，实现主基站、从基站及标签之间的通信连接；

6、标签与主基站之间通过tof方案进行第二时间差收集后，采用uwb方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离r1、标签与主基站之间的角度θ1；

7、标签与从基站之间通过tof方案进行第三时间差收集后，采用uwb方案进行标签与主基站距离及角度计算，计算得出标签与从基站之间的距离r2，标签与从基站之间的角度θ2；

8、定义主基站与从基站的中心点为原点，根据标签与主基站之间的距离r1、以及标签与从基站之间的距离r2，计算得出标签可能位置为位置点a、或者位置点b；

9、通过预设的第一角度阈值和第二角度阈值分别对位置点a和位置点b进行判断，舍弃错误点，保留正确点；则保留的正确点为标签在当前时间的位置，完成主基站和从基站双基站的定位。

10、进一步地，标签与主基站之间通过tof方案进行第二时间差收集后，采用uwb方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离r1、标签与主基站之间的角度θ1的步骤中，标签与主基站之间的距离r1通过tof方案进行计算，标签与主基站之间的角度θ1通过aod角度进行计算。

11、进一步地，标签与主基站之间的角度θ1通过以下公式计算出：

12、θ1=arcos((ψ1λ)/(2πd1))

13、其中，θ1为标签与主基站之间的角度，ψ1为来自主基站上的第一uwb天线的信号相位与来自主基站上的第二uwb天线的信号相位间的差值，λ为信号波长，d1为主基站上的第一uwb天线与主基站上的第二uwb天线之间的天线间距，π为圆周率。

14、进一步地，标签与从基站之间通过tof方案进行第三时间差收集后，采用uwb方案进行标签与主基站距离及角度计算，计算得出标签与从基站之间的距离r2，标签与从基站之间的角度θ2的步骤中，标签与从基站之间的距离r2通过tof方案进行计算，标签与从基站之间的角度θ2通过aod角度进行计算。

15、进一步地，定义主基站与从基站的中心点为原点，根据标签与主基站之间的距离r1、以及标签与从基站之间的距离r2，计算得出标签可能位置为位置点a、或者位置点b的步骤包括：

16、以主基站为圆心、标签与主基站之间的距离r1为半径画圆；

17、以从基站为圆心、标签与从基站之间的距离r2为半径画圆；

18、定义两个圆交点上方为位置点a，交点下方为位置点b；设定主基站为零点，从基站方向为x轴正向，主从基站上方为y轴正向，则位置点a、位置点b的坐标为（（r32+r12-r22）/2/r3，±（（r12+r22）/2-r32/4-（r12-r22）2/4/r32）1/2），若（θ1+θ2）<180°，则计算的点为位置点a（（r32+r12-r22）/2/r3，（（r12+r22）/2-r32/4-（r12-r22）2/4/r32）1/2）；若（θ1+θ2）>180°，则计算的点为位置点b（（r32+r12-r22）/2/r3，-（（r12+r22）/2-r32/4-（r12-r22）2/4/r32）1/2），其中，r1为主基站与标签之间的距离，r2为从基站与标签之间的距离，r3为主基站与从基站之间的距离；θ1为主基站与标签之间的角度，θ2为从基站与标签之间的角度。

19、本发明的另一方面涉及一种基于uwb的双基站定位标签的系统，应用于基于uwb的定位设备中，基于uwb的定位设备包括主基站、从基站、以及标签，主基站、从基站和标签之间建立通信连接，基于uwb的双基站定位标签的系统包括：

20、第一通信连接模块，用于主基站开机后广播自身信息，实现信号发射和接收；

21、第一计算模块，用于当主基站与从基站完成蓝牙连接后，主基站与从基站之间通过tof方案进行第一时间差收集，采用uwb方案计算主基站与从基站之间的距离及角度；

22、第二通信连接模块，用于标签开机后更改自身为可发现状态，主基站搜索到标签后与标签建立连接，标签发送自身mac地址给主基站；主基站通对标签的mac地址进行数据加密，并将加密后的数据收发至标签和从基站，通过加密后的macid作为通讯依据，实现主基站、从基站及标签之间的通信连接；

23、第二计算模块，用于标签与主基站之间通过tof方案进行第二时间差收集后，采用uwb方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离r1、标签与主基站之间的角度θ1；

24、第三计算模块，用于标签与从基站之间通过tof方案进行第三时间差收集后，采用uwb方案进行标签与主基站距离及角度计算，计算得出标签与从基站之间的距离r2，标签与从基站之间的角度θ2；

25、第四计算模块，用于定义主基站与从基站的中心点为原点，根据标签与主基站之间的距离r1、以及标签与从基站之间的距离r2，计算得出标签可能位置为位置点a、或者位置点b；

26、定位模块，用于通过预设的第一角度阈值和第二角度阈值分别对位置点a和位置点b进行判断，舍弃错误点，保留正确点；则保留的正确点为标签在当前时间的位置，完成主基站和从基站双基站的定位。

27、进一步地，第二计算模块中，标签与主基站之间的距离r1通过tof方案进行计算，标签与主基站之间的角度θ1通过aod角度进行计算。

28、进一步地，标签与主基站之间的角度θ1通过以下公式计算出：

29、θ1=arcos((ψ1λ)/(2πd1))

30、其中，θ1为标签与主基站之间的角度，ψ1为来自主基站上的第一uwb天线的信号相位与来自主基站上的第二uwb天线的信号相位间的差值，λ为信号波长，d1为主基站上的第一uwb天线与主基站上的第二uwb天线之间的天线间距，π为圆周率。

31、进一步地，第三计算模块中，标签与从基站之间的距离r2通过tof方案进行计算，标签与从基站之间的角度θ2通过aod角度进行计算。

32、进一步地，第四计算模块包括：

33、第一绘图单元，用于以主基站为圆心、标签与主基站之间的距离r1为半径画圆；

34、第二绘图单元，用于以从基站为圆心、标签与从基站之间的距离r2为半径画圆；

35、计算单元，用于定义两个圆交点上方为位置点a，交点下方为位置点b；设定主基站为零点，从基站方向为x轴正向，主从基站上方为y轴正向，则位置点a、位置点b的坐标为（（r32+r12-r22）/2/r3，±（（r12+r22）/2-r32/4-（r12-r22）2/4/r32）1/2），若（θ1+θ2）<180°，则计算的点为位置点a（（r32+r12-r22）/2/r3，（（r12+r22）/2-r32/4-（r12-r22）2/4/r32）1/2）；若（θ1+θ2）>180°，则计算的点为位置点b（（r32+r12-r22）/2/r3，-（（r12+r22）/2-r32/4-（r12-r22）2/4/r32）1/2），其中，r1为主基站与标签之间的距离，r2为从基站与标签之间的距离，r3为主基站与从基站之间的距离；θ1为主基站与标签之间的角度，θ2为从基站与标签之间的角度。

36、本发明所取得的有益效果为：

37、本发明提供一种基于uwb的双基站定位标签的方法及系统，应用于基于uwb的定位设备中，通过主基站开机后广播自身信息，实现信号发射和接收；当主基站与从基站完成蓝牙连接后，主基站与从基站之间通过tof方案进行第一时间差收集，采用uwb方案计算主基站与从基站之间的距离及角度；标签开机后更改自身为可发现状态，主基站搜索到标签后与标签建立连接，标签发送自身mac地址给主基站；主基站通对标签的mac地址进行数据加密，并将加密后的数据收发至标签和从基站，通过加密后的macid作为通讯依据，实现主基站、从基站及标签之间的通信连接；标签与主基站之间通过tof方案进行第二时间差收集后，采用uwb方案计算标签与主基站之间距离及角度，计算得出标签与主基站之间的距离r1、标签与主基站之间的角度θ1；标签与从基站之间通过tof方案进行第三时间差收集后，采用uwb方案进行标签与主基站距离及角度计算，计算得出标签与从基站之间的距离r2，标签与从基站之间的角度θ2；定义主基站与从基站的中心点为原点，根据标签与主基站之间的距离r1、以及标签与从基站之间的距离r2，计算得出标签可能位置为位置点a、或者位置点b；通过预设的第一角度阈值和第二角度阈值分别对位置点a和位置点b进行判断，舍弃错误点，保留正确点；则保留的正确点为标签在当前时间的位置，完成主基站和从基站双基站的定位。本发明提供的基于uwb的双基站定位标签的方法及系统，通过双基站实现精准定位，通过蓝牙进行基站信息通讯连接和通信群组建立，相比三个或三个以上基站进行定位降低成本，相比单基站定位提高定位精度。