一种结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统，包括至少一个组网基站模块、两个及以上普通基站模块、一个或多个标签模块；普通基站模块参与UWB局域网组网、响应移动标签模块的测距请求，帮助移动标签模块完成测距定位；组网基站模块是整个UWB局域网的发起者与控制者；移动标签模块位于定位目标上，通过与周边基站进行测距，实现对自身的位置定位。本发明专利技术将系统中的模块按功能划分为组网基站模块、路由基站模块、普通基站模块、移动标签模块，以实现UWB局域网组网，实现模块的远程统一管理功能；所述移动标签模块中结合有IMU惯性测量单元模块，与定位结果进行融合计算，使移动标签模块的定位结果更加准确、稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统
本专利技术涉及无线通信
，具体是一种结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统。
技术介绍
UWB(Ultra-wideBandwidth)无线通信是一种不使用载波，采用时间间隔极短的纳秒级脉冲进行通信的技术，相比于WiFi、蓝牙等通信技术，UWB具有以下优势：1.功耗低：使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间短，系统耗电低。2.多径分辨能力强：由于UWB无线电发射的是单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的，很容易分离出多径分量以排除干扰。3.定位精度高：超宽带具有较强的穿透能力，对于室内常见塑料、墙面等材质，穿透后信号衰减较少，可提高定位测距的准确性，从而提高定位精度。目前市场上常见的UWB室内定位系统，主要包含普通基站模块和标签模块，普通基站模块为位置固定、坐标已知的模块，标签模块为可移动、依赖于与基站进行通信测距实现定位的模块。其系统结构较为简单，大多存在以下问题：1、基站、标签间各自独立运行，无法进行统一管理。2、应用场景中障碍物较多，且无法穿透的时候，标签模块在移动的过程中会因为信号遮挡而产生较大的偏差，导致定位结果的不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够使移动标签的定位结果更加准确、稳定的结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统，包括至少一个组网基站模块、两个及以上普通基站模块、一个或多个标签模块；所述普通基站模块是位置已知的固定模块，主要功能是参与UWB局域网组网、响应移动标签模块的测距请求，帮助移动标签模块完成测距定位；所述组网基站模块是位置已知的固定模块，其具备普通基站模块的功能，还是整个UWB局域网的发起者与控制者，提供局域网基准时钟，控制其他基站的入网退网，并通过以太网接口，实现与远程监控端的交互；所述移动标签模块是待定位模块，位于定位目标上，通过与周边基站进行测距，实现对自身的位置定位；所述组网基站模块包含电源模块、第一MCU处理器模块、DWM1001模块，所述第一MCU处理器模块使用SPI接口与DWM1001模块进行连接通信，对外提供UART串口接口、JLINK调试接口、USB程序烧写接口，所述DWM1001模块，包含Nordic-nRF2832芯片、Decawave-1000UWB通信芯片、STM-LIS2DH12TR三轴加速度计和PCB印刷天线，其中PCB印刷天线同时兼容蓝牙和UWB信号，DWM1001模块通过SPI接口与第一MCU处理器模块进行连接通信，通过UART接口对外提供接口，通过JLINK接口对外提供程序调试接口；所述普通基站模块包括电源模块和DWM1001模块；所述移动标签模块包括电源模块、DWM1001模块、第二MCU处理器模块和IMU惯性测量单元模块，所述第二MCU处理器模块通过SPI接口与DWM1001模块连接，通过UART接口与IMU惯性测量单元模块连接，对外提供UART通信串口、JLINK调试接口、USB程序下载接口。作为本专利技术进一步的方案：所述组网基站模块以固定的周期向外广播网络的基本信息，并处理来自其他模块的入网申请，处理移动标签模块的定位请求。作为本专利技术进一步的方案：所述网络的基本信息包括网络的时钟同步信号、网络的识别码、组网基站模块的坐标。作为本专利技术进一步的方案：所述IMU惯性测量单元模块为超核HI216模块或者超核HI219模块。作为本专利技术进一步的方案：所述第一MCU处理器模块具体为STM32F407ZGT6，所述第二MCU处理器模块为STM32F103C8T6。作为本专利技术进一步的方案：所述结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统根据应用场景的覆盖面积还包括一个或多个路由基站模块。作为本专利技术进一步的方案：所述路由基站模块是位置已知的固定模块，其具备普通基站模块的功能，还是整个UWB局域网中的中继节点，负责转发组网基站的时钟基准信号，转发其他模块与组网基站的交互信息，以辅助实现组网基站模块与自身信号覆盖范围外的其他模块进行通信的功能。作为本专利技术进一步的方案：所述路由基站模块包括电源模块和DWM1001模块。作为本专利技术再进一步的方案：所述结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统还包括通过太网接口与所述组网基站模块连接的控制终端。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术将系统中的模块按功能划分为组网基站模块、路由基站模块、普通基站模块、移动标签模块，在常规的普通基站、移动标签两种模块的系统之上，增加了组网基站模块和路由基站模块，以实现UWB局域网组网，实现模块的远程统一管理功能；所述移动标签模块中结合有IMU惯性测量单元模块，与定位结果进行融合计算，使移动标签模块的定位结果更加准确、稳定。附图说明图1为本专利技术中组网基站模块的硬件结构示意图。图2为本专利技术中普通基站模块、路由基站模块的硬件结构示意图(普通基站、路由基站的硬件结构相同的话，如何让功能不同的，请突出一下两个基站模块不同的位置)。图3为本专利技术中移动标签模块的硬件结构示意图。图4为本专利技术中移动标签模块的模型结构示意图。图5为本专利技术的一种典型布置方法的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。请参阅图1-5，一种结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统，包括至少一个组网基站模块、两个及以上普通基站模块、一个或多个标签模块；所述普通基站模块是位置已知的固定模块，主要功能是参与UWB局域网组网、响应移动标签模块的测距请求，帮助移动标签模块完成测距定位；所述组网基站模块是位置已知的固定模块，其具备普通基站模块的功能，还是整个UWB局域网的发起者与控制者，提供局域网基准时钟，控制其他基站的入网退网，并通过以太网接口，实现与远程监控端的交互；所述移动标签模块是待定位模块，位于定位目标上，通过与周边基站进行测距，实现对自身的位置定位。所述组网基站模块的覆盖范围是一个半径约为60米的圆，如果应用场景超出组网基站模块的信号覆盖范围，则还需要加入一个或多个路由基站模块。所述组网基站模块作为整个UWB局域网络的控制模块，一般固定于整个应用场景的中间位置，以便能较好的覆盖到网络中每一个模块；组网基站模块以固定的周期向外广播网络的基本信息，并处理来自其他模块的入网申请，处理移动标签模块的定位请求。所述网络的基本信息包括网络的时钟同步信号、网络的识别码、组网基站模块的坐标。所述路由基站模块除了处理来自移动标签模块的定位请求，还是组网基站模块与自身信号覆盖范围外模块进行通信的中继节点，有了路由基站模块之后，整个UWB局域网的覆盖范围得以大大提升。所述路由基站模块是位置已知的固定模块，其具备普通基站模块的功能，还是整个UWB局域网中的中继节点，负责转发组网基站的时钟基准信号，转发其他模块与组网基站的交互信息，以辅助实现组网基站模块与自身信号覆盖范围外的其他模块进行通信的功能。所述普通基站模块根据应用场景的障碍物高度、密度，移动标签模块的高度、密度等客观因素，合理的固定在场景中的各个位置，为移动标签定位提供支持。所述移动标签模块安装于待定位物体上，在移动的过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统，其特征在于，包括至少一个组网基站模块、两个及以上普通基站模块、一个或多个标签模块；所述普通基站模块是位置已知的固定模块，主要功能是参与UWB局域网组网、响应移动标签模块的测距请求，帮助移动标签模块完成测距定位；所述组网基站模块是位置已知的固定模块，其具备普通基站模块的功能，还是整个UWB局域网的发起者与控制者，提供局域网基准时钟，控制其他基站的入网退网，并通过以太网接口，实现与远程监控端的交互；所述移动标签模块是待定位模块，位于定位目标上，通过与周边基站进行测距，实现对自身的位置定位；所述组网基站模块包含电源模块、第一MCU处理器模块、DWM1001模块，所述第一MCU处理器模块使用SPI接口与DWM1001模块进行连接通信，对外提供UART串口接口、JLINK调试接口、USB程序烧写接口，所述DWM1001模块，包含Nordic‑nRF2832芯片、Decawave‑1000UWB通信芯片、STM‑LIS2DH12TR三轴加速度计和PCB印刷天线，其中PCB印刷天线同时兼容蓝牙和UWB信号，DWM1001模块通过SPI接口与第一MCU处理器模块进行连接通信，通过UART接口对外提供接口，通过JLINK接口对外提供程序调试接口；所述普通基站模块包括电源模块和DWM1001模块；所述移动标签模块包括电源模块、DWM1001模块、第二MCU处理器模块和IMU惯性测量单元模块，第二MCU处理器模块通过SPI接口与DWM1001模块连接，通过UART接口与IMU惯性测量单元模块连接，对外提供UART通信串口、JLINK调试接口、USB程序下载接口。...

【技术特征摘要】
1.一种结合惯性测量单元的超宽带无线通信室内定位系统，其特征在于，包括至少一个组网基站模块、两个及以上普通基站模块、一个或多个标签模块；所述普通基站模块是位置已知的固定模块，主要功能是参与UWB局域网组网、响应移动标签模块的测距请求，帮助移动标签模块完成测距定位；所述组网基站模块是位置已知的固定模块，其具备普通基站模块的功能，还是整个UWB局域网的发起者与控制者，提供局域网基准时钟，控制其他基站的入网退网，并通过以太网接口，实现与远程监控端的交互；所述移动标签模块是待定位模块，位于定位目标上，通过与周边基站进行测距，实现对自身的位置定位；所述组网基站模块包含电源模块、第一MCU处理器模块、DWM1001模块，所述第一MCU处理器模块使用SPI接口与DWM1001模块进行连接通信，对外提供UART串口接口、JLINK调试接口、USB程序烧写接口，所述DWM1001模块，包含Nordic-nRF2832芯片、Decawave-1000UWB通信芯片、STM-LIS2DH12TR三轴加速度计和PCB印刷天线，其中PCB印刷天线同时兼容蓝牙和UWB信号，DWM1001模块通过SPI接口与第一MCU处理器模块进行连接通信，通过UART接口对外提供接口，通过JLINK接口对外提供程序调试接口；所述普通基站模块包括电源模块和DWM1001模块；所述移动标签模块包括电源模块、DWM1001模块、第二MCU处理器模块和IMU惯性测量单元模块，第二MCU处理器模块通过SPI接口与DWM1001模块连接，通过UART接口与IMU惯性测量单元模块连接，对外提供UART通信串口、JLINK调试接口、USB程序下载接...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾人茜，应龙，彭业兴，
申请(专利权)人：长沙智能机器人研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43