一种室内三维无线定位技术的制作方法

本发明涉及一种定位方法，尤其涉及一种室内无线三维定位方法，属于卫星导航技术领域。

背景技术：

gps——全球定位系统，是当前最为常见的定位方法，适用于室外场景，精度可达到10m。室内若使用gps定位，由于定位系统卫星发射的微波信号过于微弱，并且频率很高，难以穿过墙壁，所以室内难以正常接收信号，定位效果很差。室内定位需要室内定位模块的配置使用。dwm1000discovery是以dw1000室内定位芯片为核心开发的一个工具套件。dw1000是由decawave公司研发的超宽带芯片，该芯片具有良好的区分反射能力(因为墙体等物体的反射造成)，从而更精确的呈现出来两个结点(基站anchor和标签tag)之间最短的距离。在室内布局很多基站(anchor)，可以获取标签(tag)跟各个基站的距离，根据这些测量的距离就可以对标签(tag)进行定位，类似gps原理。如果我们再融合惯性传感器和恰当的算法，就可以获取标签相对于基站(anchor)更精确的定位信息。

技术实现要素：

本发明考虑现有的不同室内定位的方法不同程度的存在精度差、成本高、不适合大规模使用、布局要求高等特点，依托于decawave公司开发的dwm1000开发板，申请人提供一种室内定位方法。此方法通过在室内空间内随意布局三个基站，建立空间坐标系，标签与基站之间互相通讯，可以通过信号传输的时间计算出待测标签与每个基站之间的距离，从而确定标签的室内三维位置。具体方法如下：

1、在一个室内空间内任意布局三个基站；

2、基站需要持续供电；

3、基站持续发出脉冲调制信号，由待定位标签接收到信号后返回给基站，由di＝c*(ti/2)可计算出待定位标签到具体每个基站的距离，针对每一个基站，待定位标签的位置都被限定在(x-xi)²+(y-yi)²+(z-zi)²＝ri²的球面上，(xi，yi，zi)是已知的基站坐标，ri＝di。任意两个基站与待定位标签形成的两个球面将会相交于一个圆周，待定位标签的位置被限定在此圆周上。任意三个基站与待定位标签形成的三个球面相交于一点，此点即待定位标签的位置，通过此方法，待定位标签可被定位；

4、针对位于远端的待定位标签，三个球面的相交区域将会在一个狭长的区域里，采用单一的tof(timeofflight)的定位算法会有比较大的误差。针对这一问题，申请人采用tof和tdoa相结合的定位算法(tdoa在定位时，待定位标签的位置将被限定在以任意两个基站为焦点的双曲面上，通过6个双曲面的相交的位置确定待定位标签的坐标)，其中tdoa将会把待定位标签的位置限制在一个与tof形成的狭长区域相垂直的狭长区域，两个狭长区域的公共区域将是待定位标签的坐标位置。此方法可以很好的解决远端定位误差大的问题，使获取的待定位标签的坐标值具有高精确度。

特别的，针对多基站、多标签的定位系统，通过设定各基站对标签信号的特定回复周期确定不遗漏、不误判标签的信号讯息。

本发明的有益效果为：本发明通过在空间内安置不少于3个基站建立空间坐标系，通过各基站与待定位标签的信号交流确定待定位标签的空间坐标。此方法适用于各种室内环境，并具有布置简单、成本较低、精度高等特点。

附图说明

图示用黑色三角形代表基站。

图1是一个基站确定待定位标签位置范围的示意图(待定位标签位于以基站为球心的球面)。

图2是两个基站确定待定位标签位置范围的示意图(待定位标签位于两球相交的圆周上)。

图3是三个基站确定待定位标签位置范围的示意图(待定位标签位于三球相交的点)。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种室内无线定位方法，由不少于3个基站和可自由移动的标签组成，可确定待定位标签的三维位置。基站、标签之间互相发射和接收信号，通过探测信号发出和接收的时间差即可得到目标基站/标签离自身的距离，d＝c*(t/2)。这个距离在三维空间内构成一个以发射基站为球心，基站到标签的距离为半径的球面。当只有一个基站时，标签的位置被限定在这个球面上；当有两个基站时，标签的位置被限定在两球面相交的圆周上；当有三个基站时，形成的三个球面相交于一点，此即标签的三维空间位置。随着标签的移动，得到的三个球面大小实时变化，交点也实时变化，就可以实时获得待定位标签的空间位置，精度可以达到10cm。

技术研发人员：胡信伟
受保护的技术使用者：上海知白智能科技有限公司
技术研发日：2018.01.30
技术公布日：2019.08.06