本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于超寬帶的分布式異步定位技術(shù)。

背景技術(shù)：

早在15世紀(jì)，人類開始探索海洋的時(shí)候，定位技術(shù)也隨之催生。當(dāng)時(shí)主要的定位方法是運(yùn)用當(dāng)時(shí)的航海圖和星象圖，確定自己的位置。隨著社會(huì)和科技的不斷發(fā)展，對(duì)定位的需求已不僅僅局限于傳統(tǒng)的航海、航空、航天和測(cè)繪領(lǐng)域。定位的方法經(jīng)歷了多年的發(fā)展，從前期的少數(shù)幾種精度差、設(shè)備較龐大的系統(tǒng)，演變到現(xiàn)在多種定位手段共存，在技術(shù)手段、定位精度、可用性方面均取得質(zhì)的飛越。

脈沖無線電超寬帶(Impulse Radio Ultra Wide Band)，簡(jiǎn)稱“超寬帶”(UWB)技術(shù)，是一種短距離通信技術(shù)，具有對(duì)信道衰落不敏感、發(fā)射信號(hào)功率譜密度低、系統(tǒng)復(fù)雜度低、抗干擾、抗多徑、強(qiáng)穿透、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的位置服務(wù)和高速無線接入應(yīng)用。

一種比較常見的UWB三維定位系統(tǒng)是同步實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，通常采用TDOA(Time Difference Of Arrival，到達(dá)時(shí)間差)定位技術(shù)。TDOA方法利用信號(hào)接收時(shí)間差進(jìn)行定位，通過比較同一個(gè)標(biāo)簽信號(hào)到達(dá)各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)(Anchor)的時(shí)間差，就能作出以錨節(jié)點(diǎn)為焦點(diǎn)、距離差為長軸的雙曲線，多條雙曲線的交點(diǎn)就是標(biāo)簽的位置。

具體的同步實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)如圖1所示，其中的錨節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一稱為基站。定位服務(wù)器101通過路由器102與各基站103至106進(jìn)行通信連接，其中，主基站103是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘源，并與其它基站存在直接或者間接的UWB無線通信連接。標(biāo)簽107發(fā)送信號(hào)，位于標(biāo)簽107周圍的基站103至106對(duì)標(biāo)簽107發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)聽，并記錄標(biāo)簽107信號(hào)到達(dá)本基站的時(shí)間點(diǎn)，基站103至106將此時(shí)間點(diǎn)通過路由器102上報(bào)給定位服務(wù)器101。定位服務(wù)器101匯集各基站103至106發(fā)送的時(shí)間點(diǎn)信息，利用TDOA定位算法，計(jì)算出標(biāo)簽107的位置，并提供給后端的應(yīng)用服務(wù)器，用于位置展示。由于該系統(tǒng)為同步實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)會(huì)維持一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，由主基站103提供。另外，主基站103與其它基站存在直接或者間接的UWB無線通信連接，以便其它基站接收主基站103時(shí)鐘，進(jìn)而調(diào)節(jié)本地時(shí)鐘至與系統(tǒng)時(shí)鐘同步，并長期維持。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有UWB同步實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，為保證系統(tǒng)內(nèi)所有基站之間的同步，從基站在布設(shè)中必須保證與主基站之間存在直接或者間接的通信連接。這對(duì)從基站的布設(shè)位置及整個(gè)同步系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成了明顯制約。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施方式的目的在于提供一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)及方法，使得各設(shè)備之間不需要協(xié)調(diào)，完全獨(dú)立、且布設(shè)無限制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)，包括至少一個(gè)信標(biāo)(Anchor)和至少一個(gè)標(biāo)簽(Tag)；

各信標(biāo)之間相互獨(dú)立，信標(biāo)布設(shè)位置固定，且其位置坐標(biāo)對(duì)于所有標(biāo)簽已知；

在需要獲取自身的位置時(shí)，標(biāo)簽發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求，在獲得其信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的信標(biāo)響應(yīng)后，采取三向測(cè)距算法，獲取標(biāo)簽與各個(gè)信標(biāo)之間的距離；

當(dāng)標(biāo)簽獲得與至少一個(gè)信標(biāo)之間的距離之后，標(biāo)簽計(jì)算得到自身的位置。

本發(fā)明的實(shí)施方式還提供了一種基于超寬帶的分布式異步定位方法，包含：

在需要獲取自身的位置時(shí)，標(biāo)簽發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求；

在標(biāo)簽獲得其信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的信標(biāo)響應(yīng)后，標(biāo)簽采用三向測(cè)距算法，獲取標(biāo)簽與各個(gè)信標(biāo)之間的距離；

當(dāng)標(biāo)簽獲得與至少一個(gè)信標(biāo)之間的距離之后，標(biāo)簽計(jì)算得到自身的位置；

其中，基于超寬帶的分布式異步定位方法應(yīng)用于包括至少一個(gè)信標(biāo)和至少一個(gè)標(biāo)簽的系統(tǒng)，各信標(biāo)之間相互獨(dú)立，并且每一個(gè)信標(biāo)的布設(shè)位置固定。

本發(fā)明實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，各信標(biāo)之間相互獨(dú)立，彼此間不需要任何的通信連接，不用實(shí)現(xiàn)同步機(jī)制，沒有地理位置或者空間的限制。標(biāo)簽在需要獲取自身的位置時(shí)，與周圍的信標(biāo)進(jìn)行通信應(yīng)答，采用三向測(cè)距算法獲得與信標(biāo)間的距離，并采用特定的定位算法實(shí)現(xiàn)自身定位，這也稱為用戶側(cè)定位。整個(gè)異步定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，幾乎不受任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)限制，布設(shè)、維護(hù)簡(jiǎn)單。

另外，基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)還包括定位服務(wù)器和路由器；定位服務(wù)器與每一個(gè)信標(biāo)通過路由器建立通信連接；每一個(gè)信標(biāo)將自身與標(biāo)簽之間的距離上報(bào)到定位服務(wù)器；定位服務(wù)器篩選出滿足第一條件的標(biāo)簽，計(jì)算得到標(biāo)簽的位置；其中，第一條件為至少一個(gè)信標(biāo)上報(bào)了與標(biāo)簽之間的距離。通過定位服務(wù)器進(jìn)行定位的模式，稱為網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位，使得對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)所有標(biāo)簽的統(tǒng)一監(jiān)管和跟蹤成為可能。

另外，基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)還包括可選的觀測(cè)點(diǎn)；觀測(cè)點(diǎn)本身不參與標(biāo)簽和信標(biāo)之間的通信應(yīng)答，只用于監(jiān)聽標(biāo)簽和信標(biāo)之間的通信數(shù)據(jù)，通過分析這些通信數(shù)據(jù)來獲得標(biāo)簽的位置。通過觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定位的模式，稱為第三方定位。第三方定位機(jī)制使一定區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽位置的監(jiān)管和跟蹤方式更加靈活。

另外，基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)還包括可選的云端連接；云端可以有線或者無線的方式與觀測(cè)點(diǎn)或定位服務(wù)器建立通信連接，從觀測(cè)點(diǎn)或定位服務(wù)器獲取標(biāo)簽的位置數(shù)據(jù)，并分享給與云端相連接的其它各類設(shè)備和終端，使得標(biāo)簽位置信息的遠(yuǎn)程訪問成為可能。

另外，異步定位過程中，標(biāo)簽發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求前需進(jìn)行防碰撞檢測(cè)。在標(biāo)簽的信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)不存在碰撞時(shí)，標(biāo)簽發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求。防碰撞檢測(cè)，可以有效地避免標(biāo)簽信號(hào)之間的沖突，提高測(cè)距成功率，節(jié)約無線信道資源，從而增加系統(tǒng)容量。

另外，在信標(biāo)反饋響應(yīng)之前，還包括：信標(biāo)進(jìn)行信號(hào)偵聽，并進(jìn)行接收窗口調(diào)整；在檢測(cè)到來自標(biāo)簽的測(cè)距請(qǐng)求之后，信標(biāo)鎖定與標(biāo)簽的通信，并反饋響應(yīng)；在測(cè)距周期完成之后，信標(biāo)解除與標(biāo)簽的通信鎖定。標(biāo)簽鎖定，“鎖定”的含義是指針對(duì)性的僅對(duì)某一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行通信交互，而忽略同一時(shí)段內(nèi)其它標(biāo)簽的所有信號(hào)，防止信號(hào)的沖突。在捕獲標(biāo)簽信號(hào)后進(jìn)行接收窗口調(diào)整，以達(dá)到最佳接收效果。

另外，在每次反饋響應(yīng)的同時(shí)，信標(biāo)均進(jìn)行鐘差補(bǔ)償。鐘差補(bǔ)償，將本地時(shí)鐘盡量同步到標(biāo)簽時(shí)鐘即時(shí)頻率上，以保證測(cè)距精度。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明背景技術(shù)中同步實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)的用戶側(cè)定位示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)側(cè)和用戶側(cè)定位示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)的第三方定位示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)的帶有云端的網(wǎng)絡(luò)側(cè)和用戶側(cè)定位示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)的帶有云端的第三方定位示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的一種基于超寬帶的分布式異步定位方法的標(biāo)簽執(zhí)行流程圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的一種基于超寬帶的分布式異步定位方法的信標(biāo)執(zhí)行流程圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式的一種基于超寬帶的分布式異步定位方法的觀測(cè)點(diǎn)執(zhí)行流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)。具體示意圖如圖2所示，包括：至少一個(gè)信標(biāo)201和至少一個(gè)標(biāo)簽205。

具體地說，各信標(biāo)201至204之間相互獨(dú)立，并且每一個(gè)信標(biāo)的布設(shè)位置固定；在需要獲取自身的位置時(shí)，標(biāo)簽205發(fā)送定位請(qǐng)求，在獲得其信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的信標(biāo)響應(yīng)后，采用三向測(cè)距算法，獲取標(biāo)簽205與各個(gè)信標(biāo)201至204之間的距離，當(dāng)標(biāo)簽205獲得與至少一個(gè)信標(biāo)之間的距離之后，標(biāo)簽205計(jì)算得到自身的位置，即用戶側(cè)定位。

本實(shí)施例中的標(biāo)簽可以是移動(dòng)終端電子設(shè)備，例如，手機(jī)、智能平板、智能手表等，并且，脈沖無線電超寬帶(Impulse Radio-Ultra Wideband，簡(jiǎn)稱“IR-UWB”)是一種無載波通信技術(shù)，有抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

在本實(shí)施方式中，各信標(biāo)201至204布設(shè)位置固定，彼此之間無需通信，因此拓?fù)洳季植皇艿乩砦恢煤涂臻g因素的限制。標(biāo)簽在需要獲取自身位置時(shí)，才發(fā)送定位請(qǐng)求，可以節(jié)省功耗。

值得一提的是，當(dāng)標(biāo)簽205獲得與至少一個(gè)信標(biāo)201之間的距離之后，標(biāo)簽205計(jì)算自身位置時(shí)，可以根據(jù)具體情況采用以下四種定位算法之一：

(1)若標(biāo)簽僅僅獲得與一個(gè)信標(biāo)之間的距離，則計(jì)算自身位置時(shí)，采用原點(diǎn)小區(qū)(Cell of Origin，簡(jiǎn)稱“COO”)定位方法。COO定位是一種單點(diǎn)定位，即根據(jù)標(biāo)簽與一個(gè)信標(biāo)(例如201)間的距離，以及信標(biāo)的位置來確定標(biāo)簽自身的位置。標(biāo)簽205的可能位置在以信標(biāo)201為球心、標(biāo)簽205與信標(biāo)201之間的距離為半徑的球面上。

(2)若標(biāo)簽獲得與兩個(gè)信標(biāo)(例如201、204)之間的距離，計(jì)算自身位置時(shí)，根據(jù)球面相交原理，標(biāo)簽205可能位置處于以信標(biāo)201為球心、以標(biāo)簽205與信標(biāo)201之間的距離為半徑的第一球面和以信標(biāo)204為球心、以標(biāo)簽205與信標(biāo)204之間的距離為半徑的第二球面的相交曲線上。

(3)若標(biāo)簽可獲得與三個(gè)信標(biāo)(例如201、203、204)之間的距離，則計(jì)算自身位置時(shí)，可先將各信標(biāo)投影到標(biāo)簽所在水平面上。之后，通過標(biāo)簽205與各信標(biāo)投影之間的距離關(guān)系，構(gòu)建聯(lián)立的二元方程組并采用最小二乘法對(duì)標(biāo)簽當(dāng)前位置進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，得到標(biāo)簽205在所在水平面上的二維坐標(biāo)值。

(4)若標(biāo)簽可獲得與四個(gè)或四個(gè)以上信標(biāo)(例如201、202、203、204等)之間的距離，則計(jì)算自身位置時(shí)，通過標(biāo)簽205與各信標(biāo)之間的距離關(guān)系，構(gòu)建聯(lián)立的三元方程組并采用最小二乘法對(duì)標(biāo)簽當(dāng)前位置進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，從而得到標(biāo)簽205的三維坐標(biāo)值。

本實(shí)施方式中，標(biāo)簽通過三向測(cè)距算法獲得與一個(gè)或多個(gè)信標(biāo)之間的距離，根據(jù)所獲得信標(biāo)距離的個(gè)數(shù)，選取上述四種算法中對(duì)應(yīng)的算法進(jìn)行計(jì)算，獲取自身的位置信息。不同的定位算法所獲得的最終定位精度存在差別。

本實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，主要區(qū)別及效果在于：各信標(biāo)之間相互獨(dú)立，彼此之間不需要任何的通信或同步機(jī)制，且沒有地理位置的限制；各信標(biāo)布設(shè)位置固定，系統(tǒng)工作期間不可移動(dòng)，且信標(biāo)位置對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備均為已知；標(biāo)簽需要自身定位時(shí)，通過三向測(cè)距算法取得與周圍信標(biāo)間的距離，并采用相應(yīng)的定位算法計(jì)算得到自身的位置，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)定位。本實(shí)施方式下的整個(gè)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，易于拓展，布設(shè)、維護(hù)簡(jiǎn)單。

本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)。第二實(shí)施方式在第一實(shí)施方式基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步改進(jìn)，主要改進(jìn)之處在于：在本發(fā)明第二實(shí)施方式中，基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)還包括定位服務(wù)器和路由器。定位服務(wù)器經(jīng)路由器與信標(biāo)相連接，它通過獲取區(qū)域內(nèi)所有信標(biāo)上報(bào)的測(cè)距信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位。

具體地說，如圖3所示，定位服務(wù)器101通過路由器102與區(qū)域內(nèi)信標(biāo)302至305建立通信連接，路由器與信標(biāo)之間的通信連接可為有線或者無線；每一個(gè)信標(biāo)將自身獲得的標(biāo)簽測(cè)距信息上報(bào)到定位服務(wù)器101。以標(biāo)簽306為例，若定位服務(wù)器101從信標(biāo)處獲得的有關(guān)標(biāo)簽306的距離信息滿足第一條件，即可計(jì)算得到標(biāo)簽306的位置。其中，第一條件為至少一個(gè)信標(biāo)(比如302至305中的至少一個(gè))上報(bào)了與標(biāo)簽306之間的距離。定位服務(wù)器只要獲取到至少一個(gè)信標(biāo)上報(bào)的其與標(biāo)簽306之間的距離，就可以通過本發(fā)明第一實(shí)施方式中的定位算法，計(jì)算出標(biāo)簽306的位置，即網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位。

本實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，主要區(qū)別及效果在于：目前絕大多數(shù)的定位系統(tǒng)只能支持單一的網(wǎng)絡(luò)側(cè)或者用戶側(cè)定位模式，而本實(shí)施方式可以在不增加額外通信網(wǎng)絡(luò)的情況下同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)側(cè)和用戶側(cè)雙向?qū)崟r(shí)定位，精簡(jiǎn)了定位系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效降低了系統(tǒng)成本。

本發(fā)明的第三實(shí)施方式涉及一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)。第三實(shí)施方式在第一實(shí)施方式基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步改進(jìn)，主要改進(jìn)之處在于：在本發(fā)明第三實(shí)施方式中，本實(shí)施方式的系統(tǒng)還包括觀測(cè)點(diǎn)設(shè)備。觀測(cè)點(diǎn)可獲取其周圍標(biāo)簽的即時(shí)位置，實(shí)現(xiàn)第三方定位，豐富了系統(tǒng)定位模式，方便了區(qū)域監(jiān)控等實(shí)際應(yīng)用需求。

具體的說，如圖4所示，本實(shí)施方式的基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)還包括觀測(cè)點(diǎn)401；觀測(cè)點(diǎn)401監(jiān)聽標(biāo)簽(比如305、306)和信標(biāo)(比如302、303、304)之間的通信數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算出標(biāo)簽與相應(yīng)信標(biāo)之間的即時(shí)距離，從而采用相應(yīng)的定位算法計(jì)算得到標(biāo)簽的當(dāng)前位置，即第三方定位。

本實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，主要區(qū)別及效果在于：觀測(cè)點(diǎn)屬于系統(tǒng)可選項(xiàng)，本身并不參與標(biāo)簽和信標(biāo)之間的測(cè)距請(qǐng)求與應(yīng)答流程，存在與否對(duì)系統(tǒng)其它設(shè)備沒有任何影響。引入觀測(cè)點(diǎn)設(shè)備后實(shí)現(xiàn)的第三方定位，豐富了系統(tǒng)定位模式，方便了區(qū)域監(jiān)控等實(shí)際應(yīng)用需求。

本發(fā)明的第四實(shí)施方式涉及一種基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)。第四實(shí)施方式是第二、三實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，主要改進(jìn)之處在于：在本發(fā)明第四實(shí)施方式中，基于超寬帶的分布式異步定位系統(tǒng)還包括云端，如圖5、圖6所示，分別對(duì)應(yīng)實(shí)施方式二和三中圖3、圖4基礎(chǔ)上的進(jìn)一步改進(jìn)。

具體地說，云端與觀測(cè)點(diǎn)或定位服務(wù)器建立通信連接，從觀測(cè)點(diǎn)或定位服務(wù)器獲取標(biāo)簽的位置。本實(shí)例中的云端，是采用應(yīng)用程序虛擬化技術(shù)的軟件平臺(tái)，通過遠(yuǎn)程調(diào)用或任何與云端建立連接的設(shè)備都可以通過某種方式從云端獲得定位數(shù)據(jù)。

圖5中，云端502與定位服務(wù)器101建立連接，從定位服務(wù)器101獲取標(biāo)簽507、508的位置，并且，在定位服務(wù)器101獲取標(biāo)簽507、508的定位信息同時(shí)，標(biāo)簽507、508也可以自主計(jì)算獲取自身的定位信息。圖6中，云端502與觀測(cè)點(diǎn)401建立連接，從觀測(cè)點(diǎn)401獲取標(biāo)簽606、607的位置。

本實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，主要區(qū)別及效果在于：實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備從云端獲取標(biāo)簽定位數(shù)據(jù)，定位信息通過網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)等)傳播，使遠(yuǎn)程訪問成為可能，獲取和分享方式更加靈活多樣。

本發(fā)明第五實(shí)施方式涉及一種基于超寬帶的分布式異步定位方法，該方法應(yīng)用于包括至少一個(gè)信標(biāo)和至少一個(gè)標(biāo)簽的系統(tǒng)，各信標(biāo)之間相互獨(dú)立，并且每一個(gè)信標(biāo)的布設(shè)位置固定。其中，標(biāo)簽執(zhí)行的具體流程如圖7所示，包含：

步驟701：防碰撞檢測(cè)。

具體地說，一個(gè)區(qū)域內(nèi)，可能有多個(gè)標(biāo)簽，在本標(biāo)簽發(fā)送請(qǐng)求之前，要先檢查通信信道中是否有信號(hào)正在傳輸。如果有，說明該區(qū)域范圍內(nèi)的某個(gè)其它標(biāo)簽正在進(jìn)行測(cè)距交互，此時(shí)本標(biāo)簽選擇避讓，即等待一段時(shí)長后再次進(jìn)行防碰撞檢測(cè)。直到未發(fā)現(xiàn)碰撞時(shí)，進(jìn)入步驟702中，繼續(xù)執(zhí)行下一步操作。其中，避讓等待的時(shí)長長短可以作為參數(shù)設(shè)置。

步驟702：發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求。

具體地說，標(biāo)簽要測(cè)量與附近信標(biāo)的精確距離，首先需要建立與信標(biāo)的通信連接。當(dāng)標(biāo)簽通過防碰撞檢測(cè)后，即，當(dāng)標(biāo)簽檢測(cè)不到周圍正在通信的其它同類信號(hào)時(shí)，隨即廣播自己的測(cè)距請(qǐng)求，以便周圍的信標(biāo)偵測(cè)。

步驟703：判斷是否獲得信標(biāo)響應(yīng)。

具體地說，如果標(biāo)簽獲得其信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的信標(biāo)響應(yīng)，則進(jìn)入步驟704中，否則，繼續(xù)執(zhí)行本步驟。

步驟704：測(cè)距交互。

具體的說，在標(biāo)簽獲得信標(biāo)響應(yīng)后，根據(jù)特定的三向測(cè)距算法，標(biāo)簽和對(duì)應(yīng)信標(biāo)測(cè)算出彼此之間的精確距離。此距離值由標(biāo)簽和信標(biāo)各自計(jì)算得出。當(dāng)周圍有多個(gè)信標(biāo)回復(fù)標(biāo)簽時(shí)，標(biāo)簽按照一定的順序與這些信標(biāo)一一完成三向測(cè)距操作。

步驟705：判斷標(biāo)簽是否獲得與至少一個(gè)信標(biāo)之間距離。

具體地說，如果標(biāo)簽獲得與至少一個(gè)信標(biāo)之間的距離，就進(jìn)入步驟706中，否則，進(jìn)入步驟704中，重新進(jìn)行距離的獲取操作。

步驟706：計(jì)算標(biāo)簽位置。

具體地說，當(dāng)標(biāo)簽獲得與至少一個(gè)信標(biāo)之間的距離之后，標(biāo)簽計(jì)算得到自身的位置，其中，標(biāo)簽可以根據(jù)實(shí)施方式一中的定位算法，進(jìn)行標(biāo)簽位置的計(jì)算，從而得到自身的定位信息。

需要說明的是，在步驟701、703、705中，均設(shè)有超時(shí)退出機(jī)制，也就是說，在大于預(yù)設(shè)時(shí)長內(nèi)，標(biāo)簽一直未能獲得執(zhí)行下一步驟的條件時(shí)，則標(biāo)簽放棄本次定位操作，釋放信道資源。

在定位過程中，信標(biāo)側(cè)也會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作步驟，具體流程如圖8所示，其包括：

步驟801：信號(hào)偵測(cè)。

具體地說，在未與任何標(biāo)簽進(jìn)行測(cè)距應(yīng)答交互時(shí)，信標(biāo)保持對(duì)信道上有效信號(hào)的持續(xù)偵測(cè)。標(biāo)簽的有效信號(hào)以數(shù)據(jù)包的形式出現(xiàn)，如果信標(biāo)偵測(cè)到有效信號(hào)，則進(jìn)入下一步驟。

步驟802：接收窗口調(diào)整。

具體地說，信標(biāo)根據(jù)一定的接收窗口調(diào)整算法，對(duì)自身接收窗口的時(shí)間位置進(jìn)行持續(xù)微調(diào)，確保信標(biāo)能夠成功獲取完整的標(biāo)簽數(shù)據(jù)包，達(dá)到最佳雙向通信效果。

步驟803：判斷標(biāo)簽請(qǐng)求內(nèi)容是否為測(cè)距請(qǐng)求。

具體地說，信標(biāo)獲取完整的標(biāo)簽數(shù)據(jù)包后，解析其中的內(nèi)容，判斷是否為標(biāo)簽的測(cè)距請(qǐng)求。如果是標(biāo)簽測(cè)距請(qǐng)求，則執(zhí)行步驟804；否則返回步驟801，繼續(xù)偵測(cè)標(biāo)簽信號(hào)。

步驟804：鐘差補(bǔ)償。

具體地說，信標(biāo)根據(jù)一定的鐘差檢測(cè)和補(bǔ)償算法，調(diào)整本地時(shí)鐘以適應(yīng)標(biāo)簽時(shí)鐘的頻率變化。有效的鐘差檢測(cè)和補(bǔ)償算法，是信標(biāo)和標(biāo)簽之間測(cè)距精度的可靠保證。

步驟805：測(cè)距交互。

具體地說，在檢測(cè)到來自標(biāo)簽的測(cè)距請(qǐng)求，并進(jìn)行鐘差補(bǔ)償之后，信標(biāo)根據(jù)一定的三向測(cè)距算法與標(biāo)簽進(jìn)行測(cè)距交互，完成彼此之間的距離測(cè)算。

步驟806：測(cè)距完成。

具體地說，與標(biāo)簽之間的三向測(cè)距結(jié)束后，信標(biāo)隨即完成對(duì)于所得距離值的后處理，并返回至步驟801信號(hào)偵測(cè)狀態(tài)。

需要說明的是，標(biāo)簽執(zhí)行流程圖中的步驟704和信標(biāo)執(zhí)行流程圖中的步驟805共同組成了本系統(tǒng)中所設(shè)計(jì)的三向測(cè)距算法，通過此三向測(cè)距算法，標(biāo)簽和信標(biāo)可以分別自主計(jì)算出彼此之間的精確距離。

本實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，主要區(qū)別及效果在于：各信標(biāo)之間相互獨(dú)立，彼此間不需要任何的通信連接，不用實(shí)現(xiàn)同步機(jī)制，沒有地理位置或者空間的限制。標(biāo)簽在需要獲取自身的位置時(shí)，與周圍的信標(biāo)進(jìn)行通信應(yīng)答，采用三向測(cè)距算法獲得與信標(biāo)間的距離，并采用特定的定位算法實(shí)現(xiàn)自身定位，即用戶側(cè)定位。與此同時(shí)，測(cè)距交互過程中信標(biāo)計(jì)算得到的與不同標(biāo)簽之間的距離信息，也可匯總到后端定位服務(wù)器，直接用于網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位。整個(gè)異步定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，幾乎不受任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)限制，布設(shè)、維護(hù)簡(jiǎn)單。

不難發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施方式為與第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式相對(duì)應(yīng)的方法實(shí)施例，本實(shí)施方式可與第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式互相配合實(shí)施。第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實(shí)施方式中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中。

本發(fā)明第六實(shí)施方式涉及一種基于超寬帶的分布式異步定位方法，第六實(shí)施方式在第五實(shí)施方式基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步改進(jìn)，主要改進(jìn)之處在于，在本第六實(shí)施方式中，添加了觀測(cè)點(diǎn)獲取標(biāo)簽定位信息，其中，觀測(cè)點(diǎn)執(zhí)行流程如圖9所示，包含：

步驟901：信號(hào)偵測(cè)。

具體地說，觀測(cè)點(diǎn)對(duì)信道上有效信號(hào)持續(xù)偵測(cè)。有效信號(hào)包括標(biāo)簽和信標(biāo)所發(fā)的數(shù)據(jù)包。如果觀測(cè)點(diǎn)偵測(cè)到有效信號(hào)，則進(jìn)入下一步驟。

步驟902：接收窗口調(diào)整。

具體地說，觀測(cè)點(diǎn)根據(jù)一定的接收窗口調(diào)整算法，對(duì)自身接收窗口的時(shí)間位置進(jìn)行持續(xù)微調(diào)，確保信標(biāo)能夠成功獲取完整的標(biāo)簽或者信標(biāo)數(shù)據(jù)包，以達(dá)到最佳的信號(hào)接收效果。

步驟903：判斷信號(hào)內(nèi)容是否為測(cè)距請(qǐng)求或測(cè)距交互。

具體地說，觀測(cè)點(diǎn)截獲完整的數(shù)據(jù)包后，解析其中的內(nèi)容是否為標(biāo)簽的測(cè)距請(qǐng)求或者標(biāo)簽與信標(biāo)之間的數(shù)據(jù)交互。如果是，則執(zhí)行步驟904；否則返回步驟901，繼續(xù)偵測(cè)有效信號(hào)。

步驟904：測(cè)距交互期間持續(xù)監(jiān)聽。

具體地說，在觀測(cè)點(diǎn)偵測(cè)到測(cè)距請(qǐng)求或測(cè)距交互之后，持續(xù)監(jiān)聽標(biāo)簽與信標(biāo)之間的測(cè)距交互信息，并根據(jù)特定的三向測(cè)距算法，對(duì)測(cè)距交互信息進(jìn)行分析，提取出關(guān)鍵數(shù)據(jù)，用于計(jì)算標(biāo)簽與相應(yīng)信標(biāo)之間的距離。

步驟905：計(jì)算標(biāo)簽位置。

具體地說，當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)獲得標(biāo)簽與至少一個(gè)信標(biāo)之間的距離之后，觀測(cè)點(diǎn)可以根據(jù)已知的信標(biāo)坐標(biāo)，采用實(shí)施方式一中的定位算法，計(jì)算得到標(biāo)簽的位置。

步驟906：定位完成。

具體地說，觀測(cè)點(diǎn)完成對(duì)標(biāo)簽定位過程的持續(xù)監(jiān)聽，并通過分析測(cè)距交互信息完成標(biāo)簽位置計(jì)算后，將返回至步驟901信號(hào)偵測(cè)狀態(tài)。

此外，需要說明的是，在觀測(cè)點(diǎn)的整個(gè)運(yùn)行過程中，觀測(cè)點(diǎn)本身不會(huì)發(fā)送任何信號(hào)，只是保持持續(xù)監(jiān)聽，因此對(duì)于除觀測(cè)點(diǎn)之外的系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行沒有任何干擾或影響。

本實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，主要區(qū)別及效果在于：觀測(cè)點(diǎn)屬于系統(tǒng)可選項(xiàng)，本身并不參與基站和信標(biāo)之間的測(cè)距請(qǐng)求與應(yīng)答流程，存在與否對(duì)系統(tǒng)其它設(shè)備沒有任何影響。引入觀測(cè)點(diǎn)設(shè)備后實(shí)現(xiàn)的第三方定位，豐富了系統(tǒng)定位模式，方便了區(qū)域監(jiān)控等實(shí)際應(yīng)用需求。

由于第三實(shí)施方式與本實(shí)施方式相互對(duì)應(yīng)，因此本實(shí)施方式可與第三實(shí)施方式互相配合實(shí)施。第三實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實(shí)施方式中依然有效，在第三實(shí)施方式中所能達(dá)到的技術(shù)效果在本實(shí)施方式中也同樣可以實(shí)現(xiàn)，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第三實(shí)施方式中。

上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實(shí)現(xiàn)時(shí)可以合并為一個(gè)步驟或者對(duì)某些步驟進(jìn)行拆分，分解為多個(gè)步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)；對(duì)算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計(jì)，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計(jì)都在該專利的保護(hù)范圍內(nèi)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。