一种基于单基站双标签测距的一维定位系统及方法
阅读说明：本技术 一种基于单基站双标签测距的一维定位系统及方法 (One-dimensional positioning system and method based on single-base-station double-tag ranging ) 是由 李磊 王凡 吴杰 于 2019-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于单基站双标签测距的一维定位系统及方法,属于室内外精确定位技术领域。该方法针对室外环境下,局限于通信网络及工程实施难度成本等因素,在基站部署受数量及位置限制的区域进行精确定位。该方法将单基站部署于定位区域中间位置,通过双标签距离关系来判断区域分段计算坐标,并利用双标签在坐标轴上的距离差和允许误差范围判断坐标是否可信。该方法能提供能够实现精度可靠的定位,具有很强的工程应用价值。(The invention provides a one-dimensional positioning system and a one-dimensional positioning method based on single-base-station double-tag distance measurement, and belongs to the technical field of indoor and outdoor accurate positioning. The method aims at factors such as communication network and engineering implementation difficulty cost under outdoor environment, and accurate positioning is carried out in areas where base station deployment is limited by quantity and position. The method comprises the steps of deploying a single base station at the middle position of a positioning area, judging area segmentation calculation coordinates through a dual-label distance relation, and judging whether the coordinates are credible or not by utilizing the distance difference of dual labels on coordinate axes and an allowable error range. The method can provide positioning with reliable precision and has strong engineering application value.)
技术领域
本发明属于室内外精确定位领域，特别涉及了一种基于单基站双标签测距的一维定位系统及方法。
背景技术
超宽带无载波通信技术是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗干扰强等优点；同时超宽带无载波通信技术凭借着精度高，适用性广等特点，在工厂、仓储、机器人等定位领域得到广泛应用。
现有采用超宽带通信技术实现的测距一维定位方案，基站多采用定位区域边缘部署方式，然而由于通信网络及工程实施难度问题，基站定位区域边缘部署的方式受限不可用，需要在定位区域内进行部署。
本发明通过定位基站在定位区域内部署，双定位标签测距差实现一维定位及误差判断的方式有效解决以上难题。
发明内容
本发明提出一种基于单基站双标签测距的一维定位系统及方法，该方法可通过双标签测距差实现一维定位及误差判断。
一种基于单基站双标签测距的一维定位系统及方法，所述一维定位系统包括：定位基站、定位标签、定位引擎。
所述定位基站，用于接收定位终端的测距信息，并发送到定位引擎。
所述定位标签，以一定周期循环广播发送测距信号给定位基站。
所述定位引擎，根据所述定位基站发送的各个所述定位标签的测距信息，分别计算所述定位标签的一维坐标，并通过各个所述标签的一维坐标差判断定位标签的坐标是否可信。
本发明提出的一种基于单基站双标签测距的定位方法，包括以下步骤。
步骤01：根据实际环境，所述定位基站ANC安装于定位区域的一侧，天线方向与定位物体运动方向平行，以定位物体运动方向为坐标轴方向，以定位区域的基站安装一侧的一端为坐标原点，以指向基站安装一侧的另一端为正方向，设定一维坐标系，测量出定位基站的一维坐标(s)。
步骤02：所述双定位标签安装于靠近所述定位基站一侧，确保所述定位标签与所述定位基站之间无金属遮挡。
步骤03：根据实际环境测量出各个所述定位标签与所述定位基站垂直高度差a及水平面最小距离b，c 为a和b组成直角三角形的斜边，所述双定位标签在物体运动方向上的距离d，定位物体中心位置为K点，e为c,d所构成直角三角形斜边；所述定位标签A(TA)与所述定位基站距离为LA,所述定位标签B(TB)与所述定位基站距离为LB，TA与所述基站在X轴方向距离映射为DA，TA在X轴上的位置为XA，TB与所述定位基站在X轴方向距离映射为DB，TB在X轴上的位置为XB，设定允许误差范围为(-u,u)。
步骤04：定位物体运动过程中，双标签按一定频率不断测量与基站间距离LA及LB。
步骤05：根据LA,LB,e三者之间的大小关系，计算物体一维坐标，并根据允许误差范围估计一维坐标是否可信。
进一步的，LA,LB,e三者之间的大小关系包括LA>LB>e，LB>LA>e，LA>e>LB，LB>e>LA，e>LA>LB，e>LB>LA。
如果LA>LB>e，则TA,TB均在M区范围，XA = s - DA，XB = s - DB，由TA算得定位物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
如果LB>LA>e，则TA,TB均在N区范围，XA = s + DA，XB = s +DB，由TA算得定位物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
如果LA>e>LB，则TA,TB均在M区范围，XA = s - DA，XB = s -DB，由TA算得定位物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
如果LB>e>LA，则TA,TB均在N区范围，XA = s + DA，XB = s + DB，由TA算得定位物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
如果e>LA>LB，则TA在M区范围，TB在N区范围，XA = s - DA，XB = s + DB，由TA算得定位物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
如果e>LB>LA，则TA在M区范围，TB在N区范围，XA = s - DA，XB = s + DB，由TA算得定位物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
进一步的估计一维坐标是否可信，包括u>U >-u，U≥u或者U≤-u。
如果u>U >-u，则判断一维坐标可信。
如果U≥u或者U≤-u，则判断一维坐标不可信。
附图说明
图1 一种基于单基站双标签测距的一维定位系统示意图。
图2 一种基于单基站双标签测距的一维定位方法流程图。
图3 固定偏移量参数示意图。
图4 测距示意图。
图5 坐标计算方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图2所示，该方法包括如下步骤。
步骤01：根据实际环境，定位基站安装于定位区域的一侧，天线方向与定位物体运动方向平行，以定位物体运动方向为坐标轴方向，以定位区域的基站安装一侧的一端为坐标原点，以指向基站安装一侧的另一端为正方向，设定一维坐标系，测量出定位基站的一维坐标(s)。
步骤02：双标签安装于定位物体且靠近基站一侧，保证标签与基站之间无金属遮挡。
步骤03：如图3,图4所示，根据实际环境测量出各个标签与基站垂直高度差a及水平面最小距离b，c 为a和b组成直角三角形的斜边，双标签在物体运动方向上的距离d，定位物体中心位置为定位物体坐标K，e为c,d所构成直角三角形斜边；标签A(TA)与基站距离为LA,标签B(TB)与基站距离为LB，TA与基站在X轴方向距离映射为DA，TA在X轴上的位置为XA，TB与基站在X轴方向距离映射为DB，TB在X轴上的位置为XB，设定允许误差范围为(-u,u)。
步骤04：物体运动过程中，双标签按500ms频率不断测量与基站间距离LA及LB。
步骤05：根据LA,LB,e三者之间的大小关系，计算物体一维坐标。
步骤06：如图5所示，一维坐标计算步骤如下。
步骤07：如果LA>LB>e，则TA,TB均在M区范围，XA = s - DA，XB = s - DB，由TA算得运动物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
步骤08：如果LB>LA>e，则TA,TB均在N区范围，XA = s + DA，XB = s +DB，由TA算得运动物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
步骤09：如果LA>e>LB，则TA,TB均在M区范围，XA = s - DA，XB = s -DB，由TA算得运动物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
步骤10：如果LB>e>LA，则TA,TB均在N区范围，XA = s + DA，XB = s + DB，由TA算得运动物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
步骤11：如果e>LA>LB，则TA在M区范围，TB在N区范围，XA = s - DA，XB = s + DB，由TA算得运动物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
步骤12：如果e>LB>LA，则TA在M区范围，TB在N区范围，XA = s - DA，XB = s + DB，由TA算得运动物体坐标K为KA=XA+d/2，由TB算得KB=XB-d/2，误差U = KA-KB。
步骤13：根据双标签X轴方向距离差应为定值d，可以此判断一维坐标是否可信。
估计一维坐标是否可信，包括u>U >-u，U≥u或者U≤-u。
如果u>U >-u，则判断一维坐标可信。
如果U≥u或者U≤-u，则判断一维坐标不可信。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。