一种UWB+BLE定位系统、定位方法、定位设备及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及uwb标签定位，尤其涉及一种uwb+ble定位系统、定位方法、定位设备及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、目前市场上uwb(ultrawideband，超宽带)数字钥匙或者uwb定位标签，常规会采用ble(bluetoothlowenergy，蓝牙低能耗)通道做设备发现，设备间的信息交换，以及启动uwb锚点设备来做位置采集。需要说明的是，uwb技术是一种无线载波通信技术,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,工作功耗在50豪安。ble技术旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。相较经典蓝牙，低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。通常ble广播功耗小于500微安，数据数发平均在6毫安左右。

2、uwb标签设备发送定位报文给uwb基站锚点，定位基站中央处理器可以根据一个或者多个uwb基站锚点上报的定位时间戳等数据并结合基站的已知坐标计算出uwb标签的位置，同时我们知道uwb在无阻挡以及天线正对着的情况下能进行准确定位，否则仍然会出现较大的定位偏差，甚至在某一轮定位中出现某个uwb基站锚点定位失败的情况。

3、无论是手持移动设备或者其它物理设备做uwb定位标签，这些设备都是采用有限电池供电，uwb定位芯片常规功耗在定位状态下的功耗是50毫安，持续的定位，会快速把电池电量耗尽，给定位或者出行带来不方便。

4、中国专利申请cn115713823a公开了一种基于陀螺仪、计步器和uwb的智能汽车钥匙。其无法解决钥匙系统的uwb系统功耗问题，同时陀螺仪数据只是在uwb标签端使用，没有协助uwb基站在采集uwb标签位置失败时或者异常偏差时，对位置数据进行有效纠正。

5、中国专利申请cn116112866a公开了uwb定位中uwb标签实现低功耗管理通道的方法、uwb标签，提出了采用uwb通道交换配置参数来降低功耗，但是实际工作中，当uwb标签处于静止状态下，在uwb标签和基站仍然进行定位；uwb一个基站的功耗是50毫安，在持续定位下，uwb标签的有限电量和uwb基站的电量都会被大量损耗，从而造成系统低电量而停止工作。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种uwb+ble定位系统、定位方法、定位设备及计算机可读存储介质，能有效提升系统的定位精确度，降低uwb标签和uwb基站的能耗。

2、具体地，本发明提出了一种uwb+ble定位系统，包括：

3、uwb标签，包括第一ble通信单元、第一uwb通信单元和运动传感器；

4、uwb基站，包括第二ble通信单元、第二uwb通信单元和中央处理单元；

5、锚点单元，包括多个基站锚点，所述基站锚点用于采集所述uwb标签的位置数据；

6、其中，所述第一、第二ble通信单元用于建立所述uwb标签和uwb基站之间的ble通信连接，所述第一、第二uwb通信单元基于所述ble通信连接建立所述uwb标签和uwb基站之间的uwb通信连接，所述中央处理单元根据所述ble通信连接的信号强度指示及所述运动传感器获取的运动传感数据来启动多个所述基站锚点，所述中央处理单元基于所述位置数据对所述uwb标签进行定位。

7、根据本发明的一个实施例，所述第一ble通信单元基于设定条件开启蓝牙广播以广播蓝牙信号，所述蓝牙信号包含所述uwb标签的唯一标识属性，所述第二ble通信单元用于扫描蓝牙信号。

8、根据本发明的一个实施例，所述uwb标签通过所述ble通信连接和/或uwb通信连接将所述运动传感器获取的运动传感数据发送到所述中央处理单元。

9、本发明还提供了一种uwb+ble定位方法，适用于前述的uwb+ble定位系统，包括步骤：

10、s1，建立所述uwb标签和uwb基站之间的ble通信连接；

11、s2，基于所述ble通信连接建立所述uwb标签和uwb基站之间的uwb通信连接；

12、s3，根据所述ble通信连接的信号强度指示及所述运动传感器获取的运动传感数据来启动多个所述基站锚点对所述uwb标签的位置数据进行采集；

13、s4，基于所述位置数据对所述uwb标签进行定位。

14、根据本发明的一个实施例，在步骤s1中，若所述第一ble通信单元处于空闲无广播状态，则监听所述运动传感器获取的运动传感数据；

15、若所述运动传感数据的加速度处于运动状态，则开启蓝牙广播以广播蓝牙信号，所述蓝牙信号包含所述uwb标签的唯一标识属性；

16、所述第二ble通信单元根据系统特征值的要求扫描蓝牙信号，若所获取的蓝牙信号中的唯一标识属性符合系统特征值的要求，则所述第二ble通信单元与第一ble通信单元进行连接认证，建立所述ble通信连接。

17、根据本发明的一个实施例，在步骤s2中，所述第一、第二ble通信单元基于所述ble通信连接交换uwb配对参数，建立所述uwb通信连接。

18、根据本发明的一个实施例，在步骤s3中，所述uwb标签通过所述ble通信连接和/或uwb通信连接将所述运动传感器获取的运动传感数据发送到所述中央处理单元；

19、所述中央处理单元根据所述ble通信连接的信号强度指示的标定范围及运动传感数据来启动多个所述基站锚点对所述uwb标签的位置数据进行采集。

20、根据本发明的一个实施例，在步骤s4中，所述中央处理单元采用卡尔曼二阶滤波算法对所述位置数据进行滤波；

21、所述定位系统状态预测方程为，由k-1时刻到k时刻：

22、x(k)＝a*x(k-1)+b*u(k)+w(k)

23、所述定位系统状态观测方程为：

24、z(k)＝h*x(k)+y(k)

25、其中，x(k)为k时刻定位系统的状态；u(k)为控制量；w(k)为符合高斯分布的过程噪声；z(k)为k时刻定位系统的观测值；y(k)为符合高斯分布的测量噪声；a、b、h为系统参数。

26、根据本发明的一个实施例，若某一所述基站锚点在某一规定时刻不能取到正确的位置数据，则所述中央处理单元根据该基站锚点上一次采集到的位置数据，结合运动传感数据中的加速度和角速度来做补偿之后，作为本次采集到的位置数据。

27、根据本发明的一个实施例，在步骤s4中，若所述基站锚点在采集所述uwb标签的位置数据的状态中，所述运动传感数据中的加速度处于限定范围的静止状态，则所述中央处理单元通过所述ble通信连接降低对所述uwb标签的定位频率，直至停止休眠。

28、根据本发明的一个实施例，若所述中央处理单元对所述uwb标签的定位频率处于慢速定位频率，则基于前一次收到的所述位置数据对所述uwb标签进行定位。

29、根据本发明的一个实施例，若所述中央处理单元降低对所述uwb标签的定位频率，到达停止状态，则基于最后一次收到的有效位置数据对所述uwb标签进行定位。

30、根据本发明的一个实施例，若所述中央处理单元降低对所述uwb标签的定位频率之后，若所述运动传感数据中的加速度启动，则所述中央处理单元恢复对所述uwb标签的初始定位频率。

31、根据本发明的一个实施例，若所述ble通信连接断开，则所述uwb标签休眠，所述第一ble通信单元监听所述运动传感器获取的运动传感数据以重启蓝牙广播。

32、根据本发明的一个实施例，若所述ble通信连接断开，则所述uwb基站休眠所述基站锚点。

33、本发明还提供了一种uwb+ble定位设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述任一项所述uwb+ble定位方法的步骤。

34、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述任一项所述uwb+ble定位方法的步骤。

35、本发明提供的一种uwb+ble定位系统、定位方法、定位设备及计算机可读存储介质，建立uwb标签和uwb基站之间的ble通信连接及uwb通信连接，根据ble通信连接的信号强度指示及运动传感器获取的运动传感数据来启动多个基站锚点对uwb标签的位置数据进行采集，从而能有效提升系统的定位精确度，并能根据运动传感器状态来降低uwb标签和uwb基站的能耗。

36、应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。