具体实施方式

本发明提出一种异频部署的UWB定位系统，本发明的UWB定位系统是由一个或多个支持多个频段的UWB定位标签、四个及四个以上支持不同频段的UWB定位基站和一个UWB定位服务器组成的一个定位系统。

UWB定位系统的连接方式为：UWB定位基站与UWB定位服务器通过有线通信进行连接；UWB定位标签跟UWB定位基站通过无线空口进行连接，UWB定位标签与UWB定位服务器间接连接(例如通过UWB定位基站间接连接，还可以通过非UWB方式，如：无线局域网或5G蜂窝移动通信网等)所有UWB定位基站同时周期性发送定位广播消息，设该UWB定位系统中UWB定位基站有K个，可使用频段有N个，UWB定位标签有M个，UWB定位服务器有1个。其中，K和N为大于等于4的整数，并且K大于等于N，M为大于等于1的整数。每个UWB定位标签可同时与四个及四个以上不同频段的UWB定位基站连接。

其中，支持多个频段的UWB定位标签是指在定位过程中同时可以在多个频段上进行定位交互的UWB定位终端。支持多个频段的UWB定位标签是由一组支持不同频段的收发机模块组成、一个基带模块、一个支持下行TDOA定位算法的定位功能模块、一个收发天线模块和一个电源管理模块组成，如图2所示。

支持不同频段的UWB定位基站是指在UWB定位系统中所规划使用的多个频段中支持某一确定频段的UWB定位基站，在部署中可以根据部署区域的频段需要而配置所需频段。该支持不同频段的UWB定位基站是由一个支持某确定频段发机模块、一个基带模块、一个支持下行TDOA定位算法的定位功能模块、一个时钟同步客户端模块、一个收发天线模块、一个有线通信接口模块和一个电源管理模块组成，如图3示。

UWB定位服务器是指能作为时钟同步服务器跟所有UWB定位基站之间进行周期时钟同步、保证该UWB定位系统中所有UWB定位基站之间时钟同步的计算机服务器。该UWB定位服务器能从UWB定位标签获取其计算得到的定位结果，或，从UWB定位标签获取到下行TDOA定位算法对应定位数据，并按照下行TDOA定位算法来计算UWB定位标签的位置并输出该定位结果。UWB定位服务器还可通过其他通信系统(如：无线局域网、移动蜂窝通信网络等)的途径获取UWB定位标签的定位结果或下行TDOA定位算法对应的定位数据。UWB定位服务器是由一个时钟同步服务端模块、一个或多个通信接口模块以及一个电源管理模块组成。该UWB定位服务器组成模块中还可选地包括一个基于下行TDOA定位算法对应定位数据进行定位计算的定位数据处理模块，如图4所示。

UWB定位服务器中所述定位数据处理模块也可与其中一个UWB定位基站集成作为该UWB定位系统的UWB定位服务主基站，用来完成该UWB定位系统中UWB定位标签计算的定位结果收集功能，或，完成其他下行TDOA定位算法相关定位数据收集和定位计算功能，以及时钟同步服务端功能，即：UWB定位服务器所具备的功能。

由于本发明系统采用的是下行TDOA定位算法，UWB定位标签无需与UWB定位基站交互或发送任何消息，只需接收时钟同步并工作在不同频段的UWB定位基站发送定位广播消息即可实现自身位置定位，所以本发明中的UWB定位标签的数量理论上可以支持无限个，其UWB定位系统容量非常大是本发明的一个突出特点。

本发明还提出一种异频部署的UWB定位方法，其整体的流程图如图5所示，其详细的步骤如下：

步骤1：在需要进行室内定位的场所内按照六步法部署异频UWB定位基站和UWB定位服务器，在部署过程中选取支持不同频段的UWB定位基站，并基于不同频段在空间上进行间隔部署。

该步骤1中的异频UWB定位基站部署具体步骤跟背景技术中现有同频UWB定位基站部署的六步法一样，不同点在于本发明UWB定位系统中不同的UWB定位基站工作在不同频段，这些UWB定位基站所支持的不同频段在该UWB定位系统部署前确定，UWB定位基站根据应用场景不同可以按照蜂窝模式来将不同的UWB定位基站基于不同频段来间隔部署，也可以按照线型连续方格网络将不同的UWB定位基站基于不同频段来间隔部署。

在部署六步法的网络调试环节需要确保所有UWB定位基站和UWB定位服务器之间是时钟同步状态。在软件调试环节需要确认所有UWB定位基站上的配置满足下行TDOA定位算法中同步发送定位广播消息的要求。

步骤2：支持多个频段的UWB定位标签同时接收其附近工作在不同频段上的UWB定位基站发送的定位广播消息，UWB定位标签或UWB定位服务器在收集到的基于下行TDOA定位算法所需定位数据基础上完成该UWB定位标签位置定位并输出其位置定位结果。

其中，UWB定位基站发送的定位广播消息中携带该UWB定位基站的标识及坐标信息。

具体地，UWB定位标签具体的定位过程为：UWB定位标签在收集到的基于下行TDOA定位算法所需定位数据基础上完成该UWB定位标签位置定位并输出其计算的位置定位结果，或，UWB定位服务器具体的定位过程为：UWB定位服务器通过某种通信方式(如：无线局域网或蜂窝移动通信网络等通信方式)从UWB定位标签接收到UWB定位标签记录的基于下行TDOA定位算法所需定位数据后，其针对收集到的基于下行TDOA定位算法所需定位数据用下行TDOA定位算法计算出该UWB定位标签位置定位并输出其位置定位结果。

步骤3：UWB定位标签或UWB定位服务器输出其定位结果后，将定位结果进行本地保存，并结合具体应用场景来使用。

步骤4：UWB定位标签或UWB定位服务器根据定位需求重复步骤2和步骤3的过程直到UWB定位系统关闭为止。

下面结合附图和实施例，对本发明方法的具体实施方式做进一步的详细描述。以下各实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例1中的一种异频部署的UWB定位系统，系统实体模块组成和系统架构如图2、图3和图4所示。

本发明实施例1的具体实现方法，如图6所示的不同频段蜂窝模式部署图，该蜂窝模式部署方式对应应用场景是大型商场、大型仓库或大型展馆等面积较大的室内定位场景，其实施例的步骤如下：

步骤1：在大型商场、大型仓库或大型展馆等面积较大的室内定位场景内部署一台UWB定位服务器，选取支持7个不同频段的20个UWB定位基站，并基于不同频段按照蜂窝模式来进行间隔部署。

该步骤具体内容如下：

如图6所示，其为本实施例在某个大型商场、大型仓库或大型展馆等场所内UWB定位基站网络部署情况。图6中手机形状图形的代表UWB定位标签，图6中按蜂窝方式部署的无线覆盖节点CHi则代表UWB定位基站，其图6中似蜂窝的六边形代表跟相邻UWB定位基站的位置关系，即：每个UWB定位基站可以最多跟6个不同频段的UWB定位基站为相邻关系。本实施例中UWB定位基站按照该蜂窝方式具体部署了20个。图6中右上角的服务器图形代表UWB定位服务器，跟每个UWB定位基站都通过有线通信方式连接。图6中外围粗实线框代表部署的大型商场、大型仓库或大型展馆等房间四周的墙壁。

本实施例中保证不同频段的UWB定位基站间隔部署的方法之一如下：

选取7个不同频段，并将这些不同频段的UWB定位基站按照蜂窝方式组合成一个分组，即：中间部署一个频段的UWB定位基站，周围部署与其不同的6个不同频段的UWB定位基站。该分组的不同频段UWB定位基站位置相对固定，在本实施部署空间需要20个UWB定位基站部署的情况下，可以将该分组内各不同频段UWB定位基站相对固定位置的部署分组重复后放到空间进行部署，具体参考图6的部署示意图中点虚粗线部分。

另外，图中UWB定位标签跟附近UWB定位基站之间通过无线信号连接，所有UWB定位基站和UWB定位服务器之间通过有线连接。

部署前需要在选取需要部署UWB定位系统的场所后绘制地图和确定坐标系，并且UWB定位基站所支持不同的频段在该UWB定位系统规划前确定。本实施例在表1的IEEE802.15.4-2020中HRP UWB频段表中选择7个频段，并按照相邻部署的每两个UWB定位基站频段不同原则进行部署。

在本实施例中，UWB定位基站选取的频段都是Band group＝2频段组中的七个带宽为499.2MHz频段：CH5、CH6、CH8、CH9、CH10、CH12、CH13。这里“CH”代表“Channel”(信道)的意思，后面数字代表表1中“信道号”内容。该选取的七个频段分别为中心频点为6489.6MHz的CH5、中心频点为6988.8MHz的CH6、中心频点为7488.0MHz的CH8、中心频点为7987.2MHz的CH9、中心频点为6988.8MHz的CH10、中心频点为8985.6MHz的CH12、中心频点为9484.8MHz的CH13，这些选取不同频段的中心频点之间的间隔均大于或等于499.2MHz，其这些频段的带宽同样都为499.2MHz。每个UWB定位基站仅支持该七个频段中某一个频段，每个UWB定位标签同时需要支持该选取七个频段中的四个或四个以上频段。

如图7所示，本实施例是以频段为CH5的三个UWB定位基站为例给出部署距离要求。其中，设CH5的UWB定位基站覆盖平均半径为R，虚线圆圈为其覆盖的范围，两个CH5的UWB定位基站之间的距离为D，灰色UWB定位基站是其他频段的UWB定位基站。为了保持连续覆盖，避免出现定位盲点，则每两个相同频段CHi的相邻UWB定位基站之间部署距离D必须小于等于UWB定位基站信号有效定位覆盖平均半径R的倍，即：

其次，如图6所示，在支持不同频段的UWB定位基站按照不同频段按照蜂窝模式来间隔部署安装完毕后，对其进行坐标测量，测量的坐标系要以选定的坐标系为准。将UWB定位基站和UWB定位服务器进行联网并上电进行网络调试，该网络调制包括各个UWB定位基站跟UWB定位服务器之间时钟同步、连通性等调试，网络调试完后UWB定位基站处于待机状态，即：开机但是不进行任何实质性工作的状态。

最后，对处于待机状态的UWB定位基站进行软件调试，该软件调试主要包括参数的配置有效性、各个软件功能验证等操作，该软件调试过程中，时钟同步的UWB定位基站会配置相同的周期参数并配置同时发送定位广播消息。软件调试完后UWB定位基站进入工作状态，即：处于无线信号接收或发射的状态。

步骤2：支持7个频段的UWB定位标签同时并行与其所支持不同频段上的UWB定位基站基于下行TDOA定位算法进行定位，UWB定位标签或UWB定位服务器在收集到的基于下行TDOA定位算法所需定位数据基础上完成该UWB定位标签位置定位计算并输出其位置定位结果。

当某支持多频段的UWB定位标签进入该UWB定位系统范围内，该UWB定位标签会扫描附近UWB定位基站，若在同一个定位广播周期内获得有效定位广播信号的UWB定位基站数量达到下行TDOA定位算法定位需求最少四个UWB定位基站数量情况下，其会直接进行定位，否则该UWB定位标签继续扫描附近UWB定位基站，直至在某同一个定位广播周期内获得了有效定位广播信号的UWB定位基站数量达到四个为止。

本实施例该步骤中基于下行TDOA定位算法的定位处理操作过程为：第一步，UWB定位标签在不同频段信道上接收到附近四个或四个以上UWB定位基站按周期同时分别发出的定位广播包。第二步，UWB定位标签解析这些定位广播包并记录相关定位数据，包括：UWB定位基站的标识和坐标以及定位广播包的接收时间等。其中，以UWB定位基站1和UWB定位基站2的定位广播包为例，接收到UWB定位基站1定位广播包的时间记录为T1，接收到UWB定位基站2定位广播包的时间记录为T2。第三步，计算时间差Td＝T2-T1。第四步，对于至少四个有效定位通信连接的UWB定位基站，可以得到三组这样的两两之间的定位数据。第五步，通过TDOA定位算法公式可以解算出UWB定位标签的空间坐标。

步骤3：完成该UWB定位标签定位之后，定位结果会被保存在UWB定位标签中，以供持有UWB标签的用户来跟踪其运动轨迹。

步骤4：UWB定位标签或UWB定位服务器根据定位需求重复步骤2和步骤3的过程直到UWB定位系统关闭为止。

该实施例1所带来的有益效果如下：

1、能快速同时获得多个异频UWB定位基站连接并进入定位状态，并同时执行定位消息交互，将UWB定位基站串行轮流定位改成并行同时定位，定位更快；

2、相对同频系统来说减少了UWB定位基站之间协同调度步骤，实现更简单；

3、相对同频UWB定位系统来说，本发明的异频部署UWB定位系统由于增加了信道资源并采用了下行TDOA定位算法，故可以支持更多的UWB定位标签同时定位，即：提高了系统的容量；

4、通过异频部署方案避免UWB定位基站同频信号的干扰。

本发明实施例2中的一种异频部署的UWB定位系统，参考本说明书前部分的描述，系统实体模块组成和系统架构如图2、图3和图4所示。

本实施例2的具体实施方法，如图8所示的不同频段线型连续方格模式部署，主要应用场景是隧道或管廊等室内定位场景，其具体的实现步骤如下：

步骤1：在隧道或管廊等室内定位场景内部署多个UWB定位基站，在部署过程中选取支持四个不同频段的七个UWB定位基站，并基于不同频段按照线型连续方格模式来进行间隔部署。该步骤具体内容如下：

首先，部署前需要在选取需要部署UWB定位系统的场所后绘制地图和确定坐标系，并且UWB定位基站所支持不同的频段在该UWB定位系统规划前确定。在表1的IEEE802.15.4-2020中HRP UWB频段表中选择合适的四个频段将这些相邻的每两个UWB定位基站按照频段不同的原则来进行间隔部署。

在本实施例中，UWB定位基站选取在Band group＝2频段组的频段，这些频段的中心频点之间的频率间隔均在近1GHz左右，这些频段的带宽均为499.2MHz，每个UWB定位基站仅支持该四个频段中某一个频段，该四个频段包括中心频点为6489.6MHz的CH5、中心频点为7488.0MHz的CH8、中心频点为8486.4MHz的CH10、中心频点为9484.8MHz的CH13。该部署场景下UWB定位标签也同时需要支持该选取的四个频段，即：CH5、CH8、CH10、CH13。在某个隧道或管廊等场所内部署完的UWB定位基站网络如图8所示。

如图9所示，每两个UWB定位基站之间部署的间距距离等于或小于该两个UWB定位基站信号有效定位覆盖半径之和。图9中是以频段为CH5的两个UWB定位基站为例给出部署距离要求。其中，设CH5的UWB定位基站覆盖平均半径为R，虚线圆圈为其覆盖的范围，两个CH5的UWB定位基站之间的距离为D，其他频段的UWB定位基站分别依次部署在其两侧。为了保持连续覆盖，避免出现定位盲点，则每两个相同频段CHi的相邻UWB定位基站之间部署距离D必须小于等于UWB定位基站信号有效定位覆盖平均半径R的2倍，即：D≤2*R。

其次，如图8所示，在支持不同频段的UWB定位基站按照不同频段按照线型连续方格模式来间隔部署安装完毕后，对其进行坐标测量，测量的坐标系要以选定的坐标系为准。将UWB定位基站和UWB定位服务器进行联网并上电进行网络调试，该网络调制包括各个UWB定位基站和UWB定位服务器之间时钟同步、连通性等调试，网络调试完后UWB定位基站处于待机状态。

最后，对处于待机状态的UWB定位基站进行软件调试，该软件调试主要包括参数的配置有效性、各个软件功能验证等操作，软件调试完后进入工作状态。

步骤2：支持多个频段的UWB定位标签同时并行与这些不同频段上的UWB定位基站进行定位，UWB定位标签或UWB定位服务器在收集到的基于下行TDOA定位算法所需定位数据基础上完成该UWB定位标签位置定位并输出其位置定位结果。

本实施例该步骤中UWB定位标签的下行TDOA定位过程跟实施例1一样，此处不用赘述。

步骤3：完成该UWB定位标签定位之后，定位结果会被保存在UWB定位标签或通过可用通信连接发送UWB定位服务器中，以供持有UWB标签的用户或网络管理人员来跟踪UWB定位标签的运动轨迹。

步骤4：UWB定位标签或UWB定位服务器根据定位需求重复步骤2和步骤3的过程直到UWB定位系统关闭为止。

该实施例2所带来的有益效果如下：

1、能快速同时获得多个异频UWB定位基站连接并进入定位状态，并同时执行定位消息交互，将UWB定位基站串行轮流定位改成并行同时定位，定位更快；

2、相对同频系统来说减少了UWB定位基站之间协同调度步骤，实现更简单；

3、相对同频UWB定位系统来说，本发明的异频部署UWB定位系统由于增加了信道资源并采用了下行TDOA定位算法，故可以支持更多的UWB定位标签同时定位，即：提高了系统的容量；

4、通过异频部署方案避免相邻UWB定位基站同频信号的干扰。

本发明UWB定位系统异频部署的实施例中提到的部署频段个数、定位算法等信息是用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。