本发明涉及无线电定位,尤其涉及一种基于双通道超宽带(ultrawideband,以下简称:uwb)到达时间的单基站一维定位系统与方法。
背景技术:
1、在隧道、矿井、线性道路各种一维定位场景中,工作面一般处于地下,存在人员多、交通拥挤、空气不畅等危险因素。因此,如何精确快速地定位工作人员的位置,及时发现和处理事故,是保障隧道、矿井等施工安全的重要问题。针对这种一维定位场景,通常是在特定基准点布设定位基站,工作人员携带标签卡,通过检测定位基站和标签卡之间的距离,即可知道工作人员可能的位置。
2、目前现有基站与标签卡之间的测距方案之一为:在单个定位基站中内置一个主射频模块和一个辅射频模块,利用两条等长的馈线分别连接两个射频天线,然后通过标签分别和这两个射频模块来进行测距;最后再将与两个射频模块进行测距的测距结果上传给上层服务器,实现定位。然而,该方案存在的问题是:1.需要标签卡与同一个基站测距两次才能完成定位,因此增加了标签的功耗,降低了标签卡的续航能力。2.需要两条等长的馈线与射频天线连接,在实际应用中,很难实现完全等长的要求,从而定位容易引入误差。现有基站与标签卡之间的另一测距方案为:使用时钟单元提供同步的时钟信号给测距模块和监听模块,其中监听模块专门负责监听标签卡的方向,测距模块负责实现测距功能;由此实现单基站定位功能,该方案虽然在一定程度上能够减少信道占用,降低标签卡的功耗,但是该方案存在以下问题:1.硬件上需要专门的时钟模块,对硬件有一定要求,会额外的增加硬件成本。2.测距模块和监听模块功能不同,必须专模块专用,而对隧道这种有要求覆盖距离大的场景,无法使用定向天线来有效提升覆盖范围。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决以上存在的问题,提供一种基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位系统与方法。
2、一种基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位系统,包括:
3、第一超带宽uwb通道,用于与标签卡之间进行测距通信;
4、第二超带宽uwb通道,用于与标签卡之间进行测距通信;
5、标签卡,用于发送测距请求给所述第一uwb通道或第二uwb通道,并根据第一uwb通道或第二uwb通道反馈的信息确定其与相应通道之间的距离,并将距离信息发送给边缘数据处理模块;
6、边缘数据处理模块,用于接收标签卡发送的距离信息;还用于根据所述第一uwb通道或第二uwb通道反馈的时间信息,确定标签卡的方向信息。
7、进一步地,如上所述的基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位系统,所述第一uwb通道包括:第一基带模块和第一天线;所述第一天线安装在所述第一基带模块上;
8、所述第二uwb通道包括:第二基带模块和第二天线;所述第二天线安装在所述第二基带模块上。
9、进一步地,如上所述的基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位系统,所述第一天线与第二天线为全向天线或者定向天线。
10、进一步地,如上所述的基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位系统,所述第一基带模块与第二基带模块的时间同步。
11、一种利用如上任一所述定位系统的定位方法,包括:
12、步骤一:标签卡分别向第一uwb通道和第二uwb通道发送测距请求帧poll,并记录相应通道针对所述测距请求帧的发送时间,其中,测距请求帧又称作轮询(poll)帧;
13、步骤二:第一uwb通道和第二uwb通道分别记录其接收所述测距请求帧poll的接收时间,第一uwb通道或者第二uwb通道发送测距响应帧给所述标签卡,并记录响应所述测距响应帧resp的发送时间,其中,测距响应帧又称作redis序列化协议(redisserializationprotocol,resp)帧;
14、步骤三:标签卡在接收到所述测距响应帧resp后,记录所述测距响应帧resp的接收时间;
15、步骤四:标签卡根据所述测距请求帧poll的发送时间、接收时间、所述测距响应帧resp的发送时间、接收时间,确定其与相应通道之间的距离,并将该距离信息发送给边缘数据处理模块;
16、步骤五:边缘数据处理模块接收到所述标签卡上报的距离信息后,根据所述第一uwb通道和第二uwb通道上报的测距请求帧poll的接收时间,确定标签卡的方向。
17、本发明提供的基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位方法,通过标签卡的到达时间差信息,即可区分标签卡所在的方向,从而实现单基站定位能力。该方法针对隧道等一维定位场景,可以实现单基站快速的一维定位。本发明提供的定位系统,其双通道uwb基站内部uwb基带硬件部分与常规的没有差异,不需要额外更改硬件,因此能够有效地降低研发陈本和生产。而且还能够匹配全向天线和定向天线,普适性强,能够显著提升单基站覆盖范围的能力,从而能够减少基站的安装数量。此外,还能明显的降低隧道等应用场景的安装施工、供电线路安装、运维等方面的成本。
1.一种基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位系统,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位系统,其特征在于,
3.根据权利要求2所述的基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位系统,其特征在于,所述第一天线与第二天线为全向天线或者定向天线。
4.根据权利要求2所述的基于双通道uwb到达时间的单基站一维定位系统,其特征在于,所述第一基带模块与第二基带模块的时间同步。
5.一种利用权利要求1-4任一所述定位系统的定位方法,其特征在于,包括:
