一种UWB多天线虚拟锚点定位系统及方法与流程

本发明涉及uwb定位领域，具体涉及一种uwb多天线虚拟锚点定位系统及方法。

背景技术：

1、在常规的定位场景和定位应用中，需要使用多个锚点以实现较好的定位效果，通常要求锚点数量大于4个，且每个锚点都需要配有完整的uwb收发设备来保证对应的锚点具备测距功能，现有技术中的定位系统整体造价成本高，多个锚点之间在构成系统时还需要额外增加相互之间的通信，这也会产生额外的成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种uwb多天线虚拟锚点定位系统及方法，可以解决如何利用一个uwb收发设备通过多路射频天线的切换，实现将多个射频天线虚拟为独立且完整的锚点的问题。

2、本发明为了实现上述的发明目的，提供了一种uwb多天线虚拟锚点定位系统，包括：一个uwb收发设备、主控设备、射频开关以及多个射频天线；

3、所述uwb收发设备通过所述射频开关连接所述多个射频天线，所述主控设备控制所述uwb收发设备，并通过切换所述射频开关从而分别使得多个所述射频天线成为独立的虚拟锚点。

4、可选的，所述射频开关通过同轴线或屏蔽线分别与所述多个射频天线连接。

5、可选的，所述虚拟锚点用于与移动终端通讯，进行测距信息的传输与接收，完成测距活动；所述主控设备根据所述移动终端到不同的所述虚拟锚点之间的距离，解算出所述移动终端的位置信息，实现定位。

6、可选的，所述主控设备为所述多个射频天线分配对应的地址、id和矫正参数以实现所述虚拟锚点与移动终端的适配，每个所述虚拟锚点根据所述id获取自身对应的位置信息(xi,yi,zi)和矫正参数。

7、可选的，所述虚拟锚点被配置以统一的地址用于与现有协议进行兼容，在完整测距的间隔进行所述虚拟锚点的切换。

8、本发明还提供了一种采用如上所述的uwb多天线虚拟锚点定位系统进行定位的uwb多天线虚拟锚点定位方法，包括：

9、任一虚拟锚点接收移动终端发送的第一数据帧；

10、n个所述虚拟锚点依次接收所述移动终端发送的n个第一测距帧，分别记录n个接收时间戳tpri，所述n个第一测距帧分别携带发送时间戳tpti；

11、n个所述虚拟锚点依次发送第二测距帧，记录n个发送时间戳trti，以使得所述移动终端依次接收n个所述第二测距帧，并记录n个接收时间戳trri；

12、任一所述虚拟锚点接收第二数据帧，所述第二数据帧携带有n个与第一测距帧相关的发送时间戳tpti和n个与第二测距帧相关的接收时间戳trri；

13、所述主控设备根据tpri、trti、tpti以及trri进行解算距离。

14、可选的，还包括oob同步：主控设备和移动终端进行配对、加密以及交换测距网络必要的信息。

15、可选的，所述交换测距网络必要的信息包括：测距协议版本、uwb参数、测距局域网信息、测距方法、帧结构、sts密钥以及所述虚拟锚点的列表及顺序。

16、可选的，所述第一数据帧用于进行信息验证和时间同步。

17、可选的，在所述任一所述虚拟锚点接收移动终端发送的第一数据帧之后还包括：分配每个所述虚拟锚点进行测距的顺序。

18、可选的，所述n个所述虚拟锚点依次发送第二测距帧，记录n个发送时间戳trti的步骤之后还包括：n个虚拟锚点依次接收n个第三测距帧，分别记录n个接收时间戳tfri。

19、可选的所述第二数据帧携带有n个与所述第一测距帧相关的发送时间戳tpti、n个与所述第二测距帧相关的接收时间戳trri以及n个与所述第三测距帧相关的发送时间戳tfti。

20、可选的，任一所述虚拟锚点接收一个所述第一测距帧或一个所述第三测距帧，并记录一个接收时间戳tpr1或tfr1。

21、可选的，其余虚拟锚点利用收发所述一个第一测矩帧产生的两个时间戳tpt1和tpr1以及收发n个所述第三测矩帧产生的2n个时间戳：(tft1、tft2...tftn)和(tfr1、tfr2...tfrn)对其时间戳进行推算：

22、tpti＝tpt1，

23、tpri＝tpr1+(tfri-tfr1)-(tfti-tft1)。

24、可选的，其余虚拟锚点利用收发所述一个第三测矩帧产生的两个时间戳tft1和tfr1和收发第一测矩帧产生的2n个时间戳：(tpt1、tpt2...tptn)和(tpr1、tpr2...tprn)对其时间戳进行推算：

25、tfti＝tft1，

26、tfri＝tfr1+(tpri-tpr1)-(tpti-tpt1)。

27、可选的，所述解算距离包括：对共4n个时间戳进行分组，将与每个所述虚拟锚点相对应的时间戳分为一组，共有n组时间戳，每组中有4个时间戳：tpti、tpri、trti和trri，根据每组的时间戳计算距离：

28、d1＝c*((trri-tpti)-(trti-tpri))/2

29、其中，d1为采用单边双向测距方法解算出的距离，c为光速。

30、可选的，所述解算距离包括：对共6n个时间戳进行分组，将与每个所述虚拟锚点相对应的时间戳分为一组，共有n组时间戳，每组中有6个时间戳tpti、tpri、trti、trri、tfti和tfri，根据每组的时间戳计算距离：

31、d2

32、＝c*((trri-tpti)*(tfri-trti)-(trti-tpri)*(tfti-trri))/((trri-tpti)+(tfri

33、-trti)+(trti-tpri)+(tfti-trri))

34、其中，d2为采用双边双向测距方法解算出的距离，c为光速。

35、可选的，所述解算距离之后还包括：任一虚拟锚点发送携带解算距离的第三数据帧，所述主控设备解析所述解算距离，获取距离值。

36、可选的，所述解算距离之后还包括进行距离矫正：根据系统初始化过程中提供的校正值对测量得到的距离值进行矫正，其中，所述移动终端和所述虚拟锚点之间的真实距离与所述距离值之间的差值为矫正值。

37、相比于现有技术，本发明揭示了一种uwb多天线虚拟锚点定位系统，包括uwb收发设备、主控设备、射频开关以及多个射频天线；实现了基于单个uwb收发设备，通过多路射频天线的切换，将射频天线虚拟为一个独立、完整的锚点以实现测距，在现有测距流程的基础上不增加较大改变的情况下，减少uwb设备的数量，简化系统的结构，通过将锚点更换为成本更低的射频天线，降低整体方案的成本；此外，本发明还揭示了一种uwb多天线虚拟锚点定位方法，基于uwb多天线虚拟锚点定位系统的时隙安排方法以及距离获取方法，并结合切换天线的特性，进一步优化测距的流程，简化测距工作的复杂性。

技术特征：

1.一种uwb多天线虚拟锚点定位系统，其特征在于，包括：一个uwb收发设备、主控设备、射频开关以及多个射频天线；

2.如权利要求1所述的uwb多天线虚拟锚点定位系统，其特征在于，所述射频开关通过同轴线或屏蔽线分别与所述多个射频天线连接。

3.如权利要求1所述的uwb多天线虚拟锚点定位系统，其特征在于，所述虚拟锚点用于与移动终端通讯，进行测距信息的传输与接收，完成测距活动；所述主控设备根据所述移动终端到不同的所述虚拟锚点之间的距离，解算出所述移动终端的位置信息，实现定位。

4.如权利要求1所述的uwb多天线虚拟锚点定位系统，其特征在于，所述主控设备为所述多个射频天线分配对应的地址、id和矫正参数以实现所述虚拟锚点与移动终端的适配，每个所述虚拟锚点根据所述id获取自身对应的位置信息(xi,yi,zi)和矫正参数。

5.如权利要求4所述的uwb多天线虚拟锚点定位系统，其特征在于，所述虚拟锚点被配置以统一的地址用于与现有协议进行兼容，在完整测距的间隔进行所述虚拟锚点的切换。

6.一种采用如权利要求1-5中任意一项所述的uwb多天线虚拟锚点定位系统进行定位的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，还包括oob同步：主控设备和移动终端进行配对、加密以及交换测距网络必要的信息。

8.如权利要求7所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，所述交换测距网络必要的信息包括：测距协议版本、uwb参数、测距局域网信息、测距方法、帧结构、sts密钥以及所述虚拟锚点的列表及顺序。

9.如权利要求6所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，所述第一数据帧用于进行信息验证和时间同步。

10.如权利要求6所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，在所述任一所述虚拟锚点接收第一数据帧之后还包括：主控设备分配每个所述虚拟锚点进行测距的顺序。

11.如权利要求6所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，所述n个所述虚拟锚点依次发送第二测距帧，记录n个发送时间戳trti的步骤之后还包括：n个虚拟锚点依次接收n个第三测距帧，分别记录n个接收时间戳tfri。

12.如权利要求11所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，所述第二数据帧携带有n个与所述第一测距帧相关的发送时间戳tpti、n个与所述第二测距帧相关的接收时间戳trri以及n个与所述第三测距帧相关的发送时间戳tfti。

13.如权利要求11所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，任一所述虚拟锚点接收一个所述第一测距帧或一个所述第三测距帧，并记录一个接收时间戳tpr1或tfr1。

14.如权利要求13所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，其余虚拟锚点利用收发所述一个第一测矩帧产生的两个时间戳tpt1和tpr1以及收发n个所述第三测矩帧产生的2n个时间戳：(tft1、tft2...tftn)和(tfr1、tfr2...tfrn)对其时间戳进行推算：

15.如权利要求13所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，其余虚拟锚点利用收发所述一个第三测矩帧产生的两个时间戳tft1和tfr1和收发n个所述第一测矩帧产生的2n个时间戳：(tpt1、tpt2...tptn)和(tpr1、tpr2...tprn)

16.如权利要求6所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，所述解算距离包括：对共4n个时间戳进行分组，将与每个所述虚拟锚点相对应的时间戳分为一组，共有n组时间戳，每组中有4个时间戳：tpti、tpri、trti和trri，根据每组的时间戳计算距离：

17.如权利要求11、14或15中所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，所述解算距离包括：对共6n个时间戳进行分组，将与每个所述虚拟锚点相对应的时间戳分为一组，共有n组时间戳，每组中有6个时间戳tpti、tpri、trti、trri、tfti和tfri，根据每组的时间戳计算距离：

18.如权利要求6所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，所述解算距离之后还包括：任一虚拟锚点发送携带解算距离的第三数据帧，所述主控设备解析所述解算距离，获取距离值。

19.如权利要求18所述的uwb多天线虚拟锚点定位方法，其特征在于，所述解算距离之后还包括进行距离矫正：根据系统初始化过程中提供的校正值对测量得到的距离值进行矫正，其中，所述移动终端和所述虚拟锚点之间的真实距离与所述距离值之间的差值为矫正值。

技术总结
本发明揭示了一种UWB多天线虚拟锚点定位系统及方法，包括UWB收发设备、主控设备、射频开关以及多个射频天线；可以基于单个UWB收发设备，通过射频开关实现多路射频天线的切换，将射频天线虚拟为一个独立、完整的锚点来实现测距，在现有测距流程基础上不增加较大改变的情况下，减少UWB设备的数量，简化系统的结构，通过将锚点更换为成本更低的射频天线，降低整体方案的成本；此外，本发明还揭示了基于UWB多天线虚拟锚点定位系统的时隙安排方法以及距离获取方法，并结合切换射频天线的特性，进一步优化测距的流程，简化测距工作的复杂性。

技术研发人员：罗超,段淇艺,陈春雪
受保护的技术使用者：合肥四相至新科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16