UWB和ZigBee综合精确定位系统及其工作方法与流程

本发明涉及一种计算机领域装置，尤其是一种解决了UWB精确定位时遇到的信号减损、基站坐标错误和时钟同步错误等问题，实现了定位子站和基站保持通讯的UWB和ZigBee综合精确定位系统及其工作方法。

背景技术：

利用RFID、ZigBee、Wi-Fi、UWB 等多种技术的定位系统基本架构均为固定部署读卡基站，人员携带标识卡，读卡基站接收来自人员携带的标识卡的信息，根据其场强、相位、TOF、TDOF等信息进行识别和定位。TOF和TDOF测距主要的错误来源：

1，信号减损

室内定位的测距信息是假设在视距的情况下测得的距离，如果非视距，比如中间有障碍物或者通过反射到达，都将会导致接收的时间变长，从而测得的距离会变大。

2，基站坐标错误

标识卡的坐标是相对于基站坐标而言的，如果基站的坐标本身就有错误，那我们的定位数据就没有什么意义了。

3，时钟同步错误

每一个基站他们的时钟都会有略微的差距，但是如果差距在1ns就会有30厘米的误差，所以需要系统中所有基站的时间同步，进一步提升定位精度。

UWB的精确定位过程，都是以标识卡与读卡基站之间保持苛刻的时钟同步为前提的，而在矿山、施工隧道、化工厂等复杂环境条件下，往往存在各种各样的障碍物，因而，要实现比较精确的定位，就需要安装大量的读卡基站，将复杂环境划分为许多相对无遮挡的小定位空间，或形成以读卡基站为中心的若干个大小不同的定位圈，因此，其定位精度的提高依赖于增加定位基站的部署密度。

而由于成本、无法布线等各种因素的考虑，这样做往往变得不现实，系统的可靠性也迅速降低。因此，传统的方法难以实现低成本高精度的定位。

针对人员定位，专利权人熊海良等发明了一种“一种基于UWB、RFID、INS多源联合定位技术的定位系统及定位（公告号CN106093858A）”，该系统包括定位终端、UWB定位模块、RFID定位模块、INS定位模块；UWB定位模块向定位终端发送UWB信号，判断定位终端转发回来的UWB信号是否满足预设的定位要求，如果满足，则采用TDOA和AOA定位估计中的相关算法获取定位终端的位置；否则，则采用RFID 定位技术和INS定位技术获取所述定位终端的位置。专利CN106019221 也公开了一种基于AoA的UWB定位系统，包括发射模块、多个接收模块以及信号处理模块；发射模块用于发射信号；多个接收模块用于接收发射模块发射的信号，信号处理模块用于根据AoA算法计算发射模块与多个接收模块的角度，并融合后得到发射模块与接收模块的位置关系。以上2种方法的共性在于：UWB的精确定位过程，都是以标识卡与读卡基站之间保持苛刻的时钟同步为前提的，并且距离受限。

技术实现要素：

为了克服现有的技术存在的不足, 本发明提供一种UWB和ZigBee综合精确定位系统及其工作方法，该UWB和ZigBee综合精确定位系统及其工作方法解决了UWB精确定位时遇到的信号减损、基站坐标错误和时钟同步错误等问题，实现了定位子站无线和基站保持通讯，既满足了不同场景对定位精度按需部署的灵活要求，又实现了低成本高精度的定位效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明包括基站、标识卡、定位子站；

标识卡和定位子站之间通过超宽带和ZigBee无线相连；标识卡和基站之间的通过ZigBee无线相连。

在一个优选或可选地实施例中，所述定位子站为四个。

在一个优选或可选地实施例中，所述的ZigBee无线相连替换为LORA无线相连。

在一个优选或可选地实施例中，所述的ZigBee无线相连替换为NB-IOT无线相连。

在一个优选或可选地实施例中，所述的ZigBee无线相连替换为2.4G无线射频相连。

在一个优选或可选地实施例中，所述定位子站不仅限于四个。

进一步，基站包括：基站收发信台（BTS）、基站控制器（BSC）、码变换和速率适配器（XCDR）、无线操作维护中心（OMC_R）。

进一步，标识卡包括由耦合元件及芯片组成的标签；读取(有时还可以写入)标签信息的设备的阅读器；在标签和读取器间传递射频信号的天线。

一种UWB和ZigBee综合精确定位系统的工作方法包括以下步骤：标识卡发送ZigBee信号和UWB超宽带信号；在定位子站的无线信号覆盖范围内，定位子站开始发送超宽带定位信息，由标识卡接收并计算得出距离后发送给基站；当标识卡在基站无线信号覆盖范围时，基站接收到标识卡发送的距离信息，计算出标识卡的精确位置。

本发明的有益效果是，解决了UWB精确定位时遇到的信号减损、基站坐标错误和时钟同步错误等问题，实现了定位子站无线和基站保持通讯，既满足了不同场景对定位精度按需部署的灵活要求，又实现了低成本高精度的定位效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是UWB和ZigBee综合精确定位系统实施例的构造图。

图2是UWB和ZigBee综合精确定位系统的工作方法实施例的构造图。

图中

1、基站；2、标识卡；3、定位子站。

具体实施方式

在图1所示实施例中，本发明包括基站1、标识卡2、定位子站3；标识卡2和定位子站3之间通过超宽带和ZigBee无线相连；标识卡2和基站1之间的通过ZigBee无线相连；所述定位子站3为四个；所述的ZigBee无线相连替换为LORA无线相连；所述的ZigBee无线相连替换为NB-IOT无线相连；所述的ZigBee无线相连替换为2.4G无线射频相连；所述定位子站3不仅限于四个。

基站1包括：基站收发信台（BTS）、基站控制器（BSC）、码变换和速率适配器（XCDR）、无线操作维护中心（OMC_R）。

标识卡2包括由耦合元件及芯片组成的标签；读取(有时还可以写入)标签信息的设备的阅读器；在标签和读取器间传递射频信号的天线。

一种UWB和ZigBee综合精确定位系统的工作方法包括：标识卡2发送ZigBee信号和UWB超宽带信号；在定位子站3的无线信号覆盖范围内，定位子站3开始发送超宽带定位信息，由标识卡2接收并计算得出距离后发送给基站1；当标识卡2在基站1无线信号覆盖范围时，基站1接收到标识卡2发送的距离信息，计算出标识卡2的精确位置。

具体地，图2中的实施例给出的是4个定位子站，编号分别为D1、D2、D3和Dn，当然定位子站可以是一个或者更多的。 系统的工作方法为：标识卡2发送ZigBee信号和UWB超宽带信号；在定位子站3的无线信号覆盖范围内，定位子站3开始发送超宽带定位信息，由标识卡2接收并计算出距离，当标识卡2在基站1无线信号覆盖范围时，基站1接收到标识卡2发送的距离信息，计算出标识卡2的精确位置。

上述工作方法对于每个定位子站3与基站1的是否通讯以及每个定位子站3之间无论能否通讯，都能实现快速定位。本实施例中的编号为K1和编号为K2的标识卡接近或远离定位子站3时，按上述工作方法进行计算，把这两个标识卡以及距离信息分别发送给基站1，实现不同标识卡的同时定位。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外， 如果其公开了数值范围， 那么公开的数值范围均为优选的数值范围， 任何本领域的技术人员应该理解 ：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举， 所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外， 固定连接可以理解为 ：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为 ：不可拆卸的固定连接 （例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是 :以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制 ；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明， 所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换 ； 而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。