CN108490391A - 基于轮流唤醒锚点的新型室内定位***和定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法，该方法中使了UWB控制器模块，该模块采用轮流唤醒UWB定位锚点的机制，该模块每次只唤醒一个UWB定位锚点工作，让待测标签轮流着与被唤醒的UWB定位锚点建立通信，始终保证待测标签每时每刻只与一个UWB定位锚点建立通信连接，其他定位锚点此刻处于休眠状态。该方案可以有效避免由于UWB定位锚点之间的同频干扰而造成获取定位参数的误差，从而可以提高室内定位的精度。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位***和定位方法，属于无线室内定位技术领域。
背景技术：
近年来，短距离无线电技术和无线局域网高速发展们开始利用无线技术进行定位导航。精确的室内定位对于公共安全、商业应用以及军事应用都具有非常重要的意义。然而室内定位面临复杂的传播环境，房间结构设计不同、建筑使用的材料所不同都会导致信号传播损耗随着环境的变化而引起较大的起伏。通常情况下室内环境非常复杂，信号传播会受到墙壁、隔板、天花板等障碍物的阻挡，引起信号发生反射、折射、衍射现象，发射信号经过多条路径、以不同的时间到达接收端，出现多径传播现象和非视距效应，使得室内定位极具挑战性。室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。
根据对室内定位的要求不同，可以采用不同的定位技术。目前，国内外研究者们提出了蓝牙、Wi-Fi、红外线、RFID、WLAN、超宽带、超声波等室内定位技术及应用***，但是不同的室内定位技术根据其定位性能有一定的应用局限，还没有一种普适化技术能满足当前所有的室内定位服务需求。其中，超宽带技术拥有极宽电磁频谱，信号带宽很大，接收多径容易分离，抗衰落性能好，在穿透能力、精细分辨、精确测距、抗多径和抗干扰等方面具有独特的优势，其***实现具有低复杂度、低功耗、低成本的潜力，能够实现很高的定位精度，比较适合室内定位场景，从现有的技术看超宽带已经成为室内定位最有前景的技术方案之一。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理 解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术 人员所公知的现有技术。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位***，从而克服上述现有技术中的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位***，包括待测标签、UWB定位锚点、UWB控制器模块、新算法实现模块；
所述待测标签是一种UWB脉冲信号的标签，用于与被唤醒的定位锚点进行通信；
UWB定位锚点包括：
休眠模块，用于接收UWB控制器模块中激励模块发送的激活指令数据，定位锚点激活后和待测标签进行通信；
数据接收模块，用于接收标签发来的定位参数信息数据；
数据转发模块，用于将接收的数据转发给通信模块；
通信模块，将接收的数据转发给UWB控制器模块数据接收模块；
供电模块，用于为定位锚点***提供电源；
所述的UWB控制器模块包括：
控制器驱动模块，用于驱动整个UWB控制器模块的协调工作，是UWB控制器模块的大脑；
通信模块，用于将新算法实现模块计算出的待测标签的位置坐标转发给服务器管理平台；
UWB管理模块，用于直接协调控制UWB定位锚点的工作状态，是UWB控制器模块中的核心模块；
所述的新算法实现模块是UWB控制器模块能正常发挥其功能的条件，是实现对待测标签位置坐标解析的模块。
本发明提出的一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法，UWB控制器模块中的激励模块轮流去唤醒UWB定位锚点工作以此让定位锚点和待定标签轮流建立通信，建立通信连接后完成了数据传输，定位锚点立刻进入休眠状态，等待下次的激励唤醒，以此，来保证始终只有一个定位锚点和待定标签实时的一对一通信。通过上述方法可以解决由定位锚点之间的同频干扰而引起的测量误差等问题，从而提高了室内定位的精确度。
本发明进一步限定的技术方案为：
优选地，上述技术方案中， UWB管理模块内部包括以下几个模块：
扫描模块，用于扫描区域中UWB定位锚点的个数并识别各基站的标识号；
激励模块，用于轮流向UWB定位锚点中的休眠模块发送激活指令数据；
数据接收模块，用于接收UWB定位锚点通信模块上传的数据参数；
测距模块，用于根据上传的定位参数利用已提出的算法计算出待测标签到定位锚点的距离。
一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法,包括待测标签、UWB定位锚点、UWB控制器模块、新算法实现模块；待测标签是一种UWB脉冲信号标签； UWB定位锚点模块包括脉冲信号接收模块、数据筛选模块、数据分析转发模块、通信模块、休眠模块、供电模块；UWB控制器模块包括控制器驱动模块、通信模块、UWB管理模块，其中，UWB管理模块包括扫描模块、激励模块、数据接收模块、测距模块；
实现对待测标签室内定位的具体步骤为：
S1，通过UWB控制器模块中UWB管理模块的扫描模块扫描所在区域的所有UWB定位锚点的个数并获取基站的识别码；
S2，UWB控制器模块中UWB管理模块的激励模块有顺序的向定位锚点中的休眠模块发送激励指令，激活定位锚点使之处于工作状态，与标签通信之后完成了数据的传输，定位锚点立即进入休眠状态，等待下次的激活指令；
S3，定位锚点将与待定标签通信获得的定位参数数据通过通信模块上传给UWB控制器模块中UWB管理模块中的数据接收模块；
S4，UWB控制器模块中UWB管理模块中的数据接收模块将接收到的数据发送给测距模块；
S5，UWB控制器模块中UWB管理模块中的测距模块，根据接收到的定位参数计算出待测标签与此刻被唤醒的UWB定位锚点之间的距离；
S6，将计算出待测标签与此刻被唤醒的UWB定位锚点之间的距离转发给新算法实现模块中先保存起来，并做一次接收记录，直到接收记录达到3次即得到三个距离值；
S7，新算法实现模块根据待测标签到三个定位锚点的距离，计算出待测标签的位置坐标；
S8，将计算出的待测标签位置坐标通过UWB控制器模块中通信模块上传到定位服务器管理平台，随即新算法实现模块中对接收到数据进行清除。
优选地，上述技术方案中，步骤S6具体为：由于UWB定位锚点是轮流与待测标签进行通信的，完成一次通信由UWB控制器模块中测距模块测出的该定位锚点到待测标签的距离转发给新算法实现模块中先保存起来，并做一次接收记录；步骤S7具体为：等待另外两个UWB定位锚点与待测标签的距离测试完成并上传给新算法实现模块，由三个标签到锚点的距离以及锚点的坐标，结合已有的算法公式可以计算出待测标签的位置坐标；步骤S8具体为：得到的坐标信息由UWB控制器模块中的通信模块转发出去；随即新算法实现模块中三次记录被清除，等待下一轮的数据的到来并做下记录。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
该方法中使用了UWB控制器模块，该模块采用轮流唤醒UWB定位锚点的机制，该模块每次只唤醒一个UWB定位锚点工作，让待测标签轮流着与被唤醒的UWB定位锚点建立通信，始终保证待测标签每时每刻只与一个UWB定位锚点建立通信连接，其他定位锚点此刻处于休眠状态。该方案可以有效避免由于UWB定位锚点之间的同频干扰而造成获取定位参数的误差，从而可以提高室内定位的精度。
附图说明：
图1 本发明的整体***框架图；
图2 本发明的定位***工作原理图；
图3 本发明的定位***工作流程图。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护 范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，本发明的整体***框架图，一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法。在室内定位中，由于室内环境的复杂，本发明提出的让定位锚点轮流和待测标签通信，建立通信连接后完成了数据传输，定位锚点立刻进入休眠状态，等待下次的激励唤醒，以此，来保证始终只有一个定位锚点和待定标签实时的一对一通信，每个定位锚点中的通信模块都是一种UWB无线脉冲信号的无线通信方式，通信模块将各自与待测标签通信的数据上传给上UWB控制器模块中UWB管理模块，UWB管理模块中各模块相互协同工作将各定位锚点上传的参数进行算法解析计算，得到待测标签的位置坐标通过Wi-Fi模块上传到路由器，由路由器转发出去，从而完成了对待测标签室内位置的定位。通过上述方法可以很好的解决由UWB定位锚点之间的同频干扰而引起的测量误差等问题，从而可以提高室内定位的精确度。
如图2所示，本发明的各模块工作原理图。一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法，其特征在于所述定位方法的架构中包括待测标签、UWB定位锚点、UWB控制器模块、新算法实现模块；所述的待测标签是一种UWB脉冲信号标签；所述的UWB定位锚点模块包括脉冲信号接收模块、数据筛选模块、数据分析转发模块、通信模块、休眠模块、供电模块；所述UWB控制器模块包括控制器驱动模块、通信模块、UWB管理模块、其中，UWB管理模块包括扫描模块、激励模块、数据接收模块、测距模块。各模块之间协同工作，共同完成对待测标签室内位置的定位。
定位***的模块说明及每个模块的关键功能包括：
（1）一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法，所述的待测标签包括：
待测标签是一种UWB脉冲信号的标签，用于与被唤醒的定位锚点进行通信；
（2）一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法，所述的定位锚点包括：
休眠模块：用于接收UWB控制器模块中激励模块发送的激活指令数据；定位锚点激活后和待测标签进行通信；
数据接收模块，用于接收标签发来的定位参数信息数据；
数据转发模块，用于将接收的数据转发给通信模块；
通信模块，将接收的数据转发给UWB控制器模块数据接收模块；
供电模块，用于为定位锚点***提供电源。
（3）一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法，所述的UWB控制器模块包括：
控制器驱动模块，用于整个UWB控制器模块的协调控制，是UWB控制器模块的大脑；
通信模块，用于将新算法实现模块计算出的待测标签的位置坐标转发给服务器管理平台；
UWB管理模块，用于直接协调控制UWB定位锚点的工作状态，是UWB控制器模块中的核心模块，其内部包括以下几个模块；
扫描模块，用于扫描区域中UWB基站的个数并识别各基站的标识号；
激励模块，用于轮流向UWB定位锚点中的休眠模块发送激活指令数据；
数据接收模块，用于接收UWB定位锚点通信模块上传的数据参数；
测距模块，用于根据上传的定位参数利用已提出的算法计算出待测标签到定位锚点的距离；
（4）一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法，所述的新算法实现模块包括：
新算法实现模块新算法实现模块是UWB控制器模块能正常工作的条件，由于UWB定位锚点是轮流与待测标签进行通信的，完成一次通信由UWB控制器模块中测距模块测出的该定位锚点到待测标签的距离转发给新算法实现模块中先保存起来，并做一次接收记录。如此等待另外两个UWB定位锚点与待测标签的距离测试完成并上传给新算法实现模块，由三个标签到锚点的距离以及锚点的坐标，结合已有的算法公式可以计算出待测标签的位置坐标，得到的坐标信息由UWB控制器模块中的Wi-Fi模块经路由器转发出去。随即新算法实现模块中三次记录被清除，等待下一轮的数据的到来并做下记录。
如图3所示, 本发明定位***工作流程图，本发明定位方法的工作流程如下：
步骤一：通过UWB控制器模块中UWB管理模块的扫描模块扫描所在区域的所有UWB定位锚点的个数并获取基站的识别码；
步骤二：UWB控制器模块中UWB管理模块的激励模块轮流向定位锚点中的休眠模块发送激励指令，激活定位锚点使之处于工作状态，与标签通信之后完成了数据的传输，定位锚点立即进入休眠状态，等待下次的激活指令；
步骤三：定位锚点将与待定标签通信获得的定位参数数据通过通信模块上传给UWB控制器模块中UWB管理模块中的数据接收模块；
步骤四：UWB控制器模块中UWB管理模块中的数据接收模块将接收到的数据发送给测距模块；
步骤五：UWB控制器模块中UWB管理模块中的测距模块，根据接收到的定位参数计算出待测标签与此刻被唤醒的UWB定位锚点之间的距离；
步骤六：将计算出待测标签与此刻被唤醒的UWB定位锚点之间的距离转发给新算法实现模块中先保存起来，并做一次接收记录，直到接收记录达到3次即得到三个距离值；
步骤七：新算法实现模块根据待测标签到三个定位锚点的距离，计算出待测标签的位置坐标；
步骤八：将计算出的待测标签位置坐标通过UWB控制器模块中通信模块上传到服务器管理平台，随即新算法实现模块中对接收到数据进行清除。。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。 这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述 教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在 于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。 本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (4)
1.一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位***，其特征在于，
包括待测标签、UWB定位锚点、UWB控制器模块、新算法实现模块；
所述待测标签是一种UWB脉冲信号的标签，用于与被唤醒的定位锚点进行通信；
所述UWB定位锚点包括：
休眠模块，用于接收UWB控制器模块中激励模块发送的激活指令数据，定位锚点激活后和待测标签进行通信；
数据接收模块，用于接收标签发来的定位参数信息数据；
数据转发模块，用于将接收的数据转发给通信模块；
通信模块，将接收的数据转发给UWB控制器模块数据接收模块；
供电模块，用于为定位锚点***提供电源；
所述的UWB控制器模块包括：
控制器驱动模块，用于驱动整个UWB控制器模块的协调工作，是UWB控制器模块的大脑；
通信模块，用于将新算法实现模块计算出的待测标签的位置坐标转发给服务器管理平台；
UWB管理模块，用于直接协调控制UWB定位锚点的工作状态，是UWB控制器模块中的核心模块；
所述的新算法实现模块是UWB控制器模块能正常发挥其功能的条件，是实现对待测标签位置坐标解析的模块。
2.根据权利要求1所述的基于轮流唤醒锚点的新型室内定位***，其特征在于，UWB管理模块内部包括以下几个模块：
扫描模块，用于扫描区域中UWB定位锚点的个数并识别各基站的标识号；
激励模块，用于轮流向UWB定位锚点中的休眠模块发送激活指令数据；
数据接收模块，用于接收UWB定位锚点通信模块上传的数据参数；
测距模块，用于根据上传的定位参数利用已提出的算法计算出待测标签到定位锚点的距离。
3.一种基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法,包括待测标签、UWB定位锚点、UWB控制器模块、新算法实现模块；所述待测标签是一种UWB脉冲信号标签；所述UWB定位锚点模块包括脉冲信号接收模块、数据筛选模块、数据分析转发模块、通信模块、休眠模块、供电模块；所述UWB控制器模块包括控制器驱动模块、通信模块、UWB管理模块，其中，UWB管理模块包括扫描模块、激励模块、数据接收模块、测距模块；
实现对待测标签室内定位的具体步骤为：
S1，通过UWB控制器模块中UWB管理模块的扫描模块扫描所在区域的所有UWB定位锚点的个数并获取基站的识别码；
S2，UWB控制器模块中UWB管理模块的激励模块有顺序的向定位锚点中的休眠模块发送激励指令，激活定位锚点使之处于工作状态，与标签通信之后完成了数据的传输，定位锚点立即进入休眠状态，等待下次的激活指令；
S3，定位锚点将与待定标签通信获得的定位参数数据通过通信模块上传给UWB控制器模块中UWB管理模块中的数据接收模块；
S4，UWB控制器模块中UWB管理模块中的数据接收模块将接收到的数据发送给测距模块；
S5，UWB控制器模块中UWB管理模块中的测距模块，根据接收到的定位参数计算出待测标签与此刻被唤醒的UWB定位锚点之间的距离；
S6，将计算出待测标签与此刻被唤醒的UWB定位锚点之间的距离转发给新算法实现模块中先保存起来，并做一次接收记录，直到接收记录达到3次即得到三个距离值；
S7，新算法实现模块根据待测标签到三个定位锚点的距离，计算出待测标签的位置坐标；
S8，将计算出的待测标签位置坐标通过UWB控制器模块中通信模块上传到定位服务器管理平台，随即新算法实现模块中对接收到数据进行清除。
4.根据权利要求3所述的基于轮流唤醒锚点的新型室内定位方法,其特征在于：
步骤S6具体为：由于UWB定位锚点是轮流与待测标签进行通信的，完成一次通信由UWB控制器模块中测距模块测出的该定位锚点到待测标签的距离转发给新算法实现模块中先保存起来，并做一次接收记录；步骤S7具体为：等待另外两个UWB定位锚点与待测标签的距离测试完成并上传给新算法实现模块，由三个标签到锚点的距离以及锚点的坐标，结合已有的算法公式可以计算出待测标签的位置坐标；步骤S8具体为：得到的坐标信息由UWB控制器模块中的通信模块转发出去；随即新算法实现模块中三次记录被清除，等待下一轮的数据的到来并做下记录。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180904 |
|
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