一種基于uwb的室內(nèi)定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型涉及無線室內(nèi)定位領(lǐng)域，尤其涉及一種基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]室外定位技術(shù)，如全球定位系統(tǒng)(GPS)和北斗已成功應(yīng)用于各個領(lǐng)域，包括室外營救，車載導(dǎo)航，物流運(yùn)輸，是目前室外定位中最為成功的一種技術(shù)，但值得注意的是，由于GPS信號或者北斗信號無法有效穿透建筑物的墻壁等障礙物，這樣會導(dǎo)致室外定位誤差增大。GPS或者北斗的定位精度在幾十米范圍內(nèi)，能夠滿足室外定位的要求。但是對于室內(nèi)定位而言，精度必須精確到幾十厘米才能夠滿足需要，而室內(nèi)定位技術(shù)必須結(jié)合無線傳感網(wǎng)絡(luò)，傳感器技術(shù)，信號處理技術(shù)等眾多交叉領(lǐng)域。
[0003]針對于室內(nèi)外的無線定位技術(shù)多種多樣，比如紅外線、藍(lán)牙、Zigbee、Wi_F1、RFID、超寬帶UWB等。這些技術(shù)都分別適用于不用的環(huán)境也都有各自的優(yōu)勢與不足。
[0004]紅外線室內(nèi)定位技術(shù)，如最早的室內(nèi)定位系統(tǒng)ActiveBadget，由于紅外線自身的穿透力不強(qiáng)和環(huán)境中直射光線引起的散射，導(dǎo)致定位效果并不理想。
[0005]超聲波的主要優(yōu)點(diǎn)是傳播距離遠(yuǎn)、方向性強(qiáng)。但是超聲波的定位功能往往不如紅外線技術(shù)，需要結(jié)合反射式方法(三角定位)來實現(xiàn)精確地定位。
[0006]藍(lán)牙技術(shù)的最主要優(yōu)點(diǎn)是功耗較低、對人體危害小，而且應(yīng)用簡單、容易實現(xiàn)，體積較小，方便集成在PDA、PC和手機(jī)中，所以易于推廣。但是藍(lán)牙的造價比較高，穩(wěn)定性容易受環(huán)境影響。
[0007]RFID技術(shù)具有非接觸識別、非可視性、高速閱讀、NLOS等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)的最大缺點(diǎn)是工作的距離比較近，不利于與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合工作。
[0008]UWB技術(shù)以它自身的諸多優(yōu)勢嶄露頭角，并逐漸成為未來無線定位技術(shù)的研究熱點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)有:較低的功耗、很高的安全性、良好的抗多徑效果、很低的系統(tǒng)復(fù)雜度以及能夠精確提供定位精度等。更適合于作為士兵協(xié)同對抗這種對定位要求很高的室內(nèi)環(huán)境使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)和定位方法，利用UWB技術(shù)實現(xiàn)目標(biāo)用戶在室內(nèi)環(huán)境中的動態(tài)精確定位。
[0010]本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0011]—種基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括:若干個固定設(shè)置在室內(nèi)的定位錨節(jié)點(diǎn)；設(shè)置于每個目標(biāo)用戶上的移動標(biāo)簽;固定設(shè)置在室內(nèi)且用于實現(xiàn)各定位錨節(jié)點(diǎn)之間時間同步的同步器；以及，設(shè)置有無線訪問節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器;其中，所述移動標(biāo)簽和定位錨節(jié)點(diǎn)之間基于UWB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同步器與各定位錨節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行校時通信，各定位錨節(jié)點(diǎn)通過無線訪問節(jié)點(diǎn)與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0012]進(jìn)一步的，本實用新型的基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)，所述定位錨節(jié)點(diǎn)包括第一CPU、UWB無線接收器、第一W1-Fi模塊、第一LED指示燈和第一精確時鐘；其中，所述UWB無線接收器、第一 W1-Fi模塊、第一 LED指示燈和第一精確時鐘均與第一 CPU相連接。
[0013]進(jìn)一步的，本實用新型的基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)，所述移動標(biāo)簽包括第二CPU、UWB發(fā)射芯片、運(yùn)動傳感器、第二 LED指示燈和事件觸發(fā)按鈕;其中，所述UWB發(fā)射芯片、運(yùn)動傳感器、第二 LED指示燈和事件觸發(fā)按鈕均與第二 CPU相連接。
[0014]進(jìn)一步的，本實用新型的基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)，所述同步器包括無線通信模塊、第三CPU、第三LED指示燈、第二精確時鐘和備用UWB無線接收器;其中，所述無線通信模塊、第三LED指示燈、第二精確時鐘和備用UWB無線接收器均與第三CPU相連接。
[0015]進(jìn)一步的，本實用新型的基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信模塊采用W1-Fi功能模塊。
[0016]進(jìn)一步的，本實用新型的基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為4。
[0017]本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0018]1.本實用新型的室內(nèi)定位系統(tǒng)安全性高，抗多徑效果良好，系統(tǒng)復(fù)雜度低，易于操作；
[0019]2.本實用新型的室內(nèi)定位系統(tǒng)功耗低，約為ImW?30mW;
[°02°] 3.本實用新型的室內(nèi)定位系統(tǒng)定位精度高，達(dá)到5cm?50cm;
[0021]4.本實用新型的室內(nèi)定位系統(tǒng)可應(yīng)用在士兵協(xié)同對抗領(lǐng)域中，采用UWB或者W1-Fi通信，無需布線，節(jié)約人力物力和空間，提高應(yīng)用效率。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型的基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)的框架圖。
[0023]圖2是本實用新型的定位錨節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖3是本實用新型的移動標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖4是本實用新型的同步器的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖5是本實用新型的基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本實用新型所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0028]以下以本實用新型應(yīng)用在士兵協(xié)同對抗領(lǐng)域中為例進(jìn)一步介紹其實施方案。
[0029]如圖1所示，本實用新型的一種基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括:固定在特定環(huán)境中的定位錨節(jié)點(diǎn)，放在士兵身上的移動標(biāo)簽，使定位錨節(jié)點(diǎn)實現(xiàn)同步的同步器。在獲取定位錨節(jié)點(diǎn)和移動標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)后，通過UWB或者W1-Fi通信協(xié)議進(jìn)行解析得到可被理解的數(shù)據(jù);然后對解析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取并進(jìn)行預(yù)處理；由預(yù)處理所得的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)有的定位算法和濾波算法得到士兵的位置;最后將計算結(jié)果通過軟件或者手機(jī)展示出來。
[0030]如圖2所示，本實用新型的定位錨節(jié)點(diǎn)包括第一CPU、UWB無線接收器、第一 W1-Fi模塊、第一 LED指示燈和第一精確時鐘，所述UWB無線接收器、第一 W1-Fi模塊、第一 LED指示燈和第一精確時鐘均與第一 CPU相連接。定位錨節(jié)點(diǎn)是一種高精度的定位信號測量設(shè)備，能可靠地檢測低功率的超寬帶脈沖，此脈沖信號時由移動標(biāo)簽周期性的發(fā)出，同時可以檢測出直線路徑和折線路徑的信號差異并加以區(qū)分。錨節(jié)點(diǎn)配有優(yōu)質(zhì)的天線陣列，錨節(jié)點(diǎn)可以在事先規(guī)定好x，y，z軸方向的情況下測量并顯示出各個錨節(jié)點(diǎn)的絕對坐標(biāo)位置。錨節(jié)點(diǎn)的硬件組成除了具有無線通信功能的低功耗CPU和UWB無線接收器之外，還需要配有W1-Fi模塊以及LED指示燈。其中，W1-Fi模塊用于同步器和各個錨節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸以及將各個錨節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)打包上傳到上位機(jī)進(jìn)行處理。
[0031]如圖3所示，本實用新型的移動標(biāo)簽包括第二 CPU、UWB發(fā)射芯片、運(yùn)動傳感器、第二LED指示燈和事件觸發(fā)按鈕，所述UWB發(fā)射芯片、運(yùn)動傳感器、第二 LED指示燈和事件觸發(fā)按鈕均與第二 CPU相連接。士兵佩戴的移動標(biāo)簽是一種小型設(shè)備，可獲取精度達(dá)15cm的三維動態(tài)定位信息。電路板上的主要器件包含以下幾部分:具有超低功耗CPU、UWB信號發(fā)射芯片、一個LED指示燈、一個運(yùn)動傳感器、一個事件觸發(fā)按鈕。具有無線通信功能的超低功耗的CPU可以使移動標(biāo)簽在發(fā)