一種基于超寬帶技術的精確定位系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種基于超寬帶技術的精確定位系統，基于TDOA定位和超寬帶技術基礎，包括中央處理器模塊、經觸發事件喚醒中央處理器模塊的喚醒模塊、將超寬帶信號轉化成數字信號并發送給中央處理器模塊的超寬帶射頻模塊、接收超寬帶射頻模塊發送過來的調制信號的天線模塊，中央處理器模塊處于休眠狀態，經喚醒模塊或超寬帶射頻模塊喚醒后處理邏輯和事件，天線模塊接收、發送調制信號，天線模塊接收到超寬帶調制信號，將超寬帶調制信號發送至超寬帶射頻模塊，超寬帶射頻模塊將調制信號轉換成數字信號并發送給中央處理器模塊。本實用新型提供的無線定位系統具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等特性。
【專利說明】一種基于超寬帶技術的精確定位系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及精確定位技術，特別是指一種基于超寬帶技術的精確定位系統。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信技術的發展，新興的無線網絡技術，例如WiF1、ZigBee、藍牙和超寬帶等，在辦公室、家庭、工廠等得到了廣泛應用。
[0003]藍牙技術通過測量信號強度進行定位，是一種短距離低功耗的無線傳輸技術，在室內安裝適當的藍牙局域網接入點，把網絡配置成基于多用戶的基礎網絡連接模式，就可以獲得用戶的位置信息，藍牙技術主要應用于小范圍定位，例如單層大廳或倉庫。藍牙室內定位技術的優點是設備體積小，因此很容易推廣普及，但是藍牙系統的穩定性稍差，易受噪聲干擾。
[0004]W1-Fi技術即無線局域網絡(WLAN)，是一種全新的信息獲取平臺，可以在廣泛的應用領域內實現復雜的大范圍定位、監測和追蹤任務，而網絡節點自身定位是大多數應用的基礎和前提。當前比較流行的W1-Fi定位是無線局域網絡系列標準之IEEE802.11的一種定位解決方案，該系統采用經驗測試和信號傳播模型相結合的方式，易于安裝，需要很少基站，能采用相同的底層無線網絡結構，系統總精度高。但是，W1-FI技術的成本較高，定位精度較差。
[0005]ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，它介于射頻識別和藍牙之間，也可以用于室內定位。它有自己的無線電標準，可在數千個微小的傳感器之間相互協調通信以實現定位。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，因此它們的通信效率非常高。ZigBee最顯著的技術特點是它的低功耗和低成本。但是，缺點是定位精度較差。
[0006]超寬帶技術是一種全新的、與傳統通信技術有極大差異的通信新技術。它不需要使用傳統通信體制中的載波，而是通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據，從而具有GHz量級的帶寬。超寬帶可用于室內精確定位，例如戰場士兵的位置發現、機器人運動跟蹤等。
[0007]相對于其他幾種無線定位技術，超寬帶技術具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優點。因此，超寬帶技術非常適合應用于室內靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤，且能提供十分精確的定位精度。
[0008]有鑒于此，提供一種基于超寬帶技術的定位系統成為必要。
實用新型內容
[0009]本實用新型提出一種基于超寬帶技術的精確定位系統，解決了現有技術中定位系統穿透力差，功耗高，抗徑效果差等技術問題。
[0010]本實用新型的技術方案是這樣實現的:一種基于超寬帶技術的精確定位系統，基于TDOA定位和超寬帶技術基礎，包括中央處理器模塊、經觸發事件喚醒中央處理器模塊的喚醒模塊、將超寬帶信號轉化成數字信號并發送給中央處理器模塊的超寬帶射頻模塊、接收超寬帶射頻模塊發送過來的調制信號的天線模塊，
[0011 ] 中央處理器模塊處于休眠狀態，經喚醒模塊或超寬帶射頻模塊喚醒后處理邏輯和事件，
[0012]天線模塊接收到超寬帶調制信號，將超寬帶調制信號發送至超寬帶射頻模塊，超寬帶射頻模塊將調制信號轉換成數字信號并發送給中央處理器模塊，中央處理器模塊發出數字信號傳達到超寬帶射頻模塊后，超寬帶射頻模塊將數字信號轉換成調制信號發送至天線模塊，天線模塊放大和發送調制信號。
[0013]進一步，喚醒模塊包括有主動喚醒模塊、超寬信號喚醒模塊以及RTC喚醒模塊，主動喚醒模塊、超寬信號喚醒模塊以及RTC喚醒模塊分別與中央處理器模塊通訊。
[0014]進一步，RTC喚醒模塊為一常量時間單位喚醒一次中央處理器模塊。
[0015]進一步，RTC喚醒模塊與中央處理器模塊通過I2CI2C串行總線連接。
[0016]進一步，超寬射頻模塊與中央處理器模塊通過SPI數據總線連接。
[0017]進一步，天線模塊與超寬帶射頻模塊通過射頻線連接。
[0018]進一步，電源模塊管理中央處理器模塊、超寬射頻模塊、RTC模塊和主動喚醒模塊的供電。
[0019]與現有技術相比，本實用新型提供的無線定位系統，超寬帶技術具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優點。因此，超寬帶技術非常適合應用于室內靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤，且能提供十分精確的定位精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本實用新型提供的TDOA定位結構示意圖；
[0022]圖2為基于超寬帶技術的精確定位系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0024]本實用新型提供的一種基于超寬帶技術的精確定位系統，適于于TDOA定位技術，通過TDOA系統與超寬帶技術相結合，形成一種全新的、與傳統通信技術有極大差異的通信新技術。它不需要使用傳統通信體制中的載波，而是通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據，從而具有GHz量級的帶寬。述及的TDOA定位(Time Differenceof Arrival到達時間差)是一種利用時間差進行定位的方法，通過測量定位標簽發出的信號到達定位基站的時間，可以確定到達信號源的距離。如圖1所示，TDOA定位系統利用信號源到各個定位基站的距離，就能確定信號的位置。通過比較信號到達各個定位基站的時間差，就能作出以定位基站為焦點，距離差為長軸的雙曲線，雙曲線的交點就是信號源的位置。
[0025]如圖2所示，一種基于超寬帶技術的精確定位系統，包括中央處理器模塊3、經觸發事件喚醒中央處理器模塊3的喚醒模塊、將超寬帶信號轉化成數字信號并發送給中央處理器模塊3的超寬帶射頻模塊2、接收超寬帶射頻模塊2發送過來的調制信號的天線模塊
I。中央處理器模塊3處于休眠狀態，經喚醒模塊或超寬帶射頻模塊2喚醒后處理邏輯和事件。天線模塊I接收、發送調制信號，天線模塊I接收到超寬帶調制信號，將超寬帶調制信號發送至超寬帶射頻模塊2，超寬帶射頻模塊2將調制信號轉換成數字信號并發送給中央處理器模塊3。
[0026]作為一種實施方案，電源管理模塊5是通過電池供電，電池供電的電壓是3.6伏特。電源管理模塊5將電池供電的電源轉換成3.3伏特給中央處理器模塊3、RTC模塊4和主動喚醒模塊供電。電源管理模塊5將電池供電的電源轉換成1.8伏特給超寬帶射頻模塊2供電。電源管理模塊5將電池供電的電源轉換成5伏特給天線模塊I供電。供電電壓要求為各功能模塊的用電電壓，且以節能和維持電池更長使用時間設計思路。
[0027]主動喚醒模塊喚醒中央處理器模塊3，中央處理器模塊3收到喚醒請求，根據緊急觸發事件的行為，生成不同的緊急事件消息，通過超寬帶射頻模塊2和天線模塊I發送到空中，由接收站收到緊急事件消息后進行進一步的處理。主動喚醒模塊采用按鍵矩陣的形式和中央處理器相連的。
[0028]喚醒模塊包括有主動喚醒模塊、超寬信號喚醒模塊以及RTC喚醒模塊，主動喚醒模塊、超寬信號喚醒模塊以及RTC喚醒模塊分別與中央處理器模塊3通訊。
[0029]RTC喚醒模塊為一常量時間單位喚醒一次中央處理器模塊3。RTC喚醒模塊與中央處理器模塊3通過I2C串行總線連接。通常本系統由電池供電，功耗必須盡可能的小，尤佳地，中央處理器模塊3處理完事件后，立即進入深度休眠狀態。作為一種實施方案，RTC模塊4將每隔3秒或特定時間周期性的喚醒中央處理器模塊3，中央處理器被喚醒后處理邏輯和事件，生成定位信號消息，通過超寬帶射頻模塊2和天線模塊I發送出去。由接收站收到定位信號消息后進行進一步的處理。
[0030]超寬射頻模塊與中央處理器模塊3通過SPI數據總線連接。天線模塊I與超寬帶射頻模塊2通過射頻線連接。超寬帶射頻模塊2從天線模塊I接收超寬帶信號，經過調制解調，轉化成數字信號發送給中央處理器處理。由于超寬帶射頻模塊2處于深度睡眠狀態，在發送給中央處理器模塊3消息之前，超寬帶射頻模塊2通過中斷喚醒中央處理器模塊3。超寬帶射頻模塊2從中央處理器模塊3接收信號消息，經過調制解調轉化成無線調制信號，發送給天線模塊I進行處理。
[0031]電源模塊管理中央處理器模塊3、超寬帶射頻模塊2、RTC模塊4和主動喚醒模塊的供電。天線模塊I接收超寬帶射頻模塊2發過來的調制信號，通過功放放大后發送到空中，由接收站收到調制信號后進行進一步的處理。
[0032]天線模塊I接收有其他發射站發送的空中的超寬帶調制信號，經過天線模塊I的低噪放放大后，交給超寬帶射頻模塊2處理。天線模塊I和超寬帶射頻模塊2通過50歐姆射頻線連接。
[0033]中央處理器模塊3是定位系統的核心模塊，所有的邏輯和事件都是由中央處理器模塊3進行處理，在閑置狀態下處于深度休眠狀態，能夠節能。中央處理器模塊3可以被主動喚醒模塊、RTC模塊4和超寬帶射頻模塊2通過中斷喚醒，上述的主動喚醒模塊可以為手觸或按鍵裝置，作為操作指令的輸入部。
[0034]綜上所述，本實用新型提供的無線定位系統，定位系統周期性的發送定位信號，RTC模塊4觸發定時器喚醒中央處理器模塊3，作為優選，中央處理器模塊3判斷喚醒的原因，如果是RTC模塊4喚醒的，則生成定位信號消息，通過超寬帶射頻模塊2發送出去，發送完成后，立即進入深度休眠狀態，和等待下一次喚醒。如果是主動喚醒模塊立即喚醒中央處理器模塊3，經中央處理器模塊3判斷是主動喚醒，中央處理器模塊3立即根據喚醒請求，生成不同的緊急事件消息，通過超寬帶射頻模塊2和天線模塊I發送到空中，由接收站收到緊急事件消息后進行進一步的處理。發送完成后，立即進入深度休眠狀態，等待下一次喚醒。超寬帶射頻模塊2收到空中發送過來的超寬帶信號消息，喚醒中央處理器模塊3，中央處理器模塊3則對信號消息進行處理。中央處理器模塊3和RTC模塊4相連，中央處理器模塊3和RTC模塊4通過I2C串行總線相連。中央處理器模塊3和超寬帶射頻模塊2通過SPI數據總線相連。基于TDOA技術的上述功能模塊，結合超寬帶技術具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等特性，本實用新型提供的無線定位系統為室內靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤技術的發展起到重要作用。
[0035]以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于超寬帶技術的精確定位系統，基于TDOA定位和超寬帶技術基礎，其特征在于:包括 中央處理器模塊、經觸發事件喚醒中央處理器模塊的喚醒模塊、將超寬帶信號轉化成數字信號并發送給中央處理器模塊的超寬帶射頻模塊、接收超寬帶射頻模塊發送過來的調制信號的天線模塊， 中央處理器模塊處于休眠狀態，經喚醒模塊或超寬帶射頻模塊喚醒后處理邏輯和事件， 天線模塊接收到超寬帶調制信號，將超寬帶調制信號發送至超寬帶射頻模塊，超寬帶射頻模塊將調制信號轉換成數字信號并發送給中央處理器模塊，中央處理器模塊發出數字信號傳達到超寬帶射頻模塊后，超寬帶射頻模塊將數字信號轉換成調制信號發送至天線模塊，天線模塊放大和發送調制信號。
2.根據權利要求1的一種基于超寬帶技術的精確定位系統，其特征在于: 喚醒模塊包括有主動喚醒模塊、超寬信號喚醒模塊以及RTC喚醒模塊，主動喚醒模塊、超寬信號喚醒模塊以及RTC喚醒模塊分別與中央處理器模塊通訊。
3.根據權利要求2的一種基于超寬帶技術的精確定位系統，其特征在于: RTC喚醒模塊間隔一常量時間單位喚醒一次中央處理器模塊。
4.根據權利要求3的一種基于超寬帶技術的精確定位系統，其特征在于: RTC喚醒模塊與中央處理器模塊通過I2C串行總線連接。
5.根據權利要求1的一種基于超寬帶技術的精確定位系統，其特征在于: 超寬射頻模塊與中央處理器模塊通過SPI數據總線連接。
6.根據權利要求5的一種基于超寬帶技術的精確定位系統，其特征在于: 天線模塊與超寬帶射頻模塊通過射頻線連接。
7.根據權利要求2的一種基于超寬帶技術的精確定位系統，其特征在于: 電源模塊管理中央處理器模塊、超寬射頻模塊、RTC模塊和主動喚醒模塊的供電。
【文檔編號】H04W64/00GK204069360SQ201420460936
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月15日 優先權日:2014年8月15日
【發明者】包建義, 錢克勤 申請人:杭州綠宇通信技術有限公司