定位系统、方法及存储介质

技术领域

本发明涉及无线通信和导航技术领域，尤其涉及一种定位系统、方法和计算机可读存储介质。

背景技术

传统的超宽带(Ultra Wide Band，UWB)定位技术，通过测量定位终端发射的UWB脉冲信号到达UWB基站的时间来计算两者的距离，或者计算定位终端到两个UWB基站的距离差等，从而获取定位终端相对于UWB基站的定位数据。

在传输UWB基站获取的定位数据时，现有技术包括两种方案：利用有源以太网(Power Over Ethernet，POE)交换机将定位数据有线传输到定位解算服务器；利用定位接收机将定位数据WIFI传输到定位解算服务器。

但当在工业互联网应用场景通过上述方案传输定位数据时，需要部署较多的UWB基站、POE交换机、定位接收机，还需要在本地部署专用的定位解算服务器用于位置信息解算，除此之外，在专网建设之外还要单独部署一套只用于定位使用的网络系统，网络部署比较复杂且资源利用率不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种定位系统、方法和存储介质，能够解决定位系统与专网建设不兼容的问题，提高网络资源的利用率。

第一方面，提供了一种定位系统，该定位系统包括：超宽带UWB定位系统、网络连接设备、边缘计算服务器，网络连接设备通过无线接口连接UWB定位系统与边缘计算服务器；UWB定位系统包括定位标签和至少三个UWB基站，至少三个UWB基站，用于根据UWB脉冲信号的传播时间来确定UWB基站与定位标签的相对位置信息，通过无线接口向网络连接设备发送相对位置信息；网络连接设备，用于根据相对位置信息确定相对位置信息的优先级，并根据优先级向边缘计算服务器发送相对位置信息；边缘计算服务器，用于根据接收到的相对位置信息确定定位标签的定位结果。

在第一方面的一些可实现方式中，根据相对位置信息确定相对位置信息的优先级，包括：根据相对位置信息中的UWB脉冲信号的传播时间确定相对位置信息的优先级，其中，UWB脉冲信号传播时间短的相对位置信息的优先级高。

在第一方面的一些可实现方式中，边缘计算服务器具体用于，根据到达时间定位算法和至少三个相对位置信息确定定位标签的定位结果。

在第一方面的一些可实现方式中，边缘计算服务器具体用于，根据到达时间差定位算法和至少四个相对位置信息确定定位标签的定位结果。

在第一方面的一些可实现方式中，网络连接设备还用于，监控UWB基站的状态信息，状态信息包括：UWB基站的工作状态、供电信息以及UWB基站与定位标签的相对位置信息。

在第一方面的一些可实现方式中，网络连接设备还用于，存储预设周期内接收到的相对位置信息。

在第一方面的一些可实现方式中，边缘计算服务器还用于，根据UWB基站与定位标签的相对位置信息以及定位标签的定位结果，判断UWB基站与定位标签的距离，当UWB基站与定位标签的距离超过预设阈值时，重新确定定位结果。

第二方面，提供了一种定位方法，应用于第一方面或者第一方面的一些可实现方式中的定位系统，该方法包括：定位系统中的至少三个UWB基站根据UWB脉冲信号的传播时间来分别确定与定位标签的相对位置信息，并通过无线接口向定位系统中的网络连接设备发送与定位标签的相对位置信息；网络连接设备，根据相对位置信息确定相对位置信息的优先级，并根据相对位置信息的优先级向定位系统中的边缘计算服务器发送相对位置信息；边缘计算服务器，根据接收到的相对位置信息确定定位标签的定位结果。

在第二方面的一些可实现方式中，根据相对位置信息确定相对位置信息的优先级，包括：根据相对位置信息中的UWB脉冲信号的传播时间确定相对位置信息的优先级，其中，UWB脉冲信号传播时间短的相对位置信息的优先级高。

在第二方面的一些可实现方式中，根据接收到的相对位置信息确定定位标签的定位结果，包括：根据到达时间定位算法和至少三个相对位置信息确定定位标签的定位结果。

在第二方面的一些可实现方式中，根据接收到的相对位置信息确定定位标签的定位结果，包括：根据到达时间差定位算法和至少四个相对位置信息确定定位标签的定位结果。

在第二方面的一些可实现方式中，网络连接设备监控UWB基站的状态信息，状态信息包括：UWB基站的工作状态、供电信息以及UWB基站与定位标签的相对位置信息。

在第二方面的一些可实现方式中，边缘计算服务器根据UWB基站与定位标签的相对位置信息以及定位标签的定位结果，判断UWB基站与定位标签的距离，当UWB基站与定位标签的距离超过预设阈值时，重新确定定位结果。

第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现第二方面或者第二方面的一些可实现方式中的定位方法。

本发明涉及无线通信和导航技术领域，尤其涉及一种定位系统、方法和计算机可读存储介质，通过定位系统中的至少三个UWB基站根据UWB脉冲信号的传播时间来分别确定与定位标签的相对位置信息，并通过无线接口向定位系统中的网络连接设备发送与定位标签的相对位置信息，网络连接设备根据相对位置信息确定相对位置信息的优先级，并根据相对位置信息的优先级向定位系统中的边缘计算服务器发送相对位置信息，边缘计算服务器根据接收到的相对位置信息确定定位标签的定位结果，能够在实现准确定位的同时，解决定位系统与专网建设不兼容的问题，提高网络资源的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于有线的定位系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于无线的定位系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种定位系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种根据TDOA算法确定定位结果的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种定位方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

现有的UWB定位系统主要包括：基于有线的定位系统和基于无线(WIFI)的定位系统。

图1是本发明实施例提供的一种基于有线的定位系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括定位终端、UWB基站、POE交换机、定位解算服务器和终端。首先，定位终端发射UWB脉冲信号到UWB基站，UWB基站通过测量信号的传播时间来计算两者之间的距离，获得定位终端和UWB基站的相对位置信息；然后，UWB基站通过有线方式连接到POE交换机，通过POE交换机将相对位置信息传输到部署在本地的定位解算服务器；定位解算服务器对相对位置信息进行解算得到定位结果，最后传到终端显示。

在复杂的工业互联网应用场景中，基于有线的定位系统需要部署较多的UWB基站和POE交换机用于定位数据的传输，而且在专网建设中，需要单独部署一套用于定位的网络系统，网络部署会比较复杂，资源利用率不高。

图2是本发明实施例提供的一种基于无线的定位系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括定位终端、UWB基站、定位接收机、定位解算服务器和终端。首先，定位终端发射UWB脉冲信号到UWB基站，UWB基站通过测量信号的传播时间来计算两者之间的距离，获得定位终端和UWB基站的相对位置信息；然后，UWB基站通过无线(WIFI)方式连接到定位接收机，通过定位接收机将相对位置信息传输到部署在本地的定位解算服务器；定位解算服务器对相对位置信息进行解算得到定位结果，最后传到终端显示。

基于无线的定位系统有着跟上述基于有线的定位系统一样的问题，除此之外，它最大的缺点在于只能管理有限区域内的UWB基站，而每一个定位区域都需要单独部署定位解算服务器，因此，基于无线的定位系统只适合在小区域内部署，在工业互联网应用场景中使用将会大大增加部署成本。

为了解决现有定位系统的网络部署复杂、资源利用率不高及部署成本过高的问题，本发明实施例提供了一种定位系统，下面结合图3对本发明实施例的技术方案进行描述。

图3是本发明实施例提供的一种定位系统的结构示意图，如图3所示，该定位系统300可以包括：UWB定位系统301、网络连接设备302和边缘计算服务器303，其中，网络连接设备302通过无线接口连接UWB定位系统301与边缘计算服务器303。

UWB定位系统301包括定位标签3011和至少三个UWB基站3012。

定位标签3011，用于发射UWB脉冲信号到UWB基站3012。

其中，UWB脉冲信号可以是非正弦形式的窄脉冲波，由于脉冲时间周期非常短，可以保证信号的宽带比较宽。

UWB基站3012，用于每个UWB基站根据UWB脉冲信号的传播时间来确定每个UWB基站与定位标签3011的相对位置信息，每个UWB基站通过无线接口向网络连接设备302发送与定位标签3011的相对位置信息。

UWB基站3012，还可以用于对定位标签(定位终端)3011的参数配置、定位标签的状态回传以及定位标签的上下行数据。

具体地，测量定位标签3011发射UWB脉冲信号时间、UWB基站3012中脉冲信号的到达时间，根据时间差得到每个UWB脉冲信号的传播时间，根据公式(1)确定每个UWB基站与定位标签的距离。

s＝ct(1)

其中，s为UWB基站与定位标签的距离，t为UWB脉冲信号的传播时间，定位标签位于以该UWB基站为中心，以s为半径的圆上。

其中，UWB基站3012的位置信息是确定的，相对位置信息包括UWB脉冲信号的传播时间、UWB基站3012与定位标签3011的计算距离。

网络连接设备302，用于接收UWB基站3012发送的相对位置信息，根据相对位置信息确定相对位置信息的优先级，并根据优先级向边缘计算服务器303发送相对位置信息。

具体地，网络连接设备302通过无线接口(WIFI、蓝牙、紫峰等)连接UWB基站3012，还用于监控UWB基站3012的状态信息，状态信息包括：UWB基站3012的工作状态、供电信息以及UWB基站3012与定位标签3011的相对位置信息。

在室内复杂的环境中，由于墙体、设备等物体对无线信号的反射、散射等因素，会导致定位标签3011发射到UWB基站3012的信号传播路径变长，因此不同UWB基站接收到的信号有时延差异，时延久的就会大大影响到UWB基站测距的准确性。

因此，网络连接设备302需要对接收到的UWB基站3012与定位标签3011的若干个相对位置信息进行优先级排序，根据UWB脉冲信号的传播时间长短确定相对位置信息的优先级，UWB脉冲信号传播时间短的相对位置信息的优先级高，根据优先级排序向边缘计算服务器303发送相对位置信息。

可选地，在一个实施例中，UWB定位技术在室内复杂环境中会有一些对定位精度产生影响的因素，例如多径效应和非视距传输，这两点会对UWB基站3012接收到的UWB脉冲信号质量产生影响，因此，网络连接设备302在确定相对位置信息的优先级时，也可以将多径效应和非视距传播对UWB脉冲信号质量的影响考虑在内，UWB基站3012接收到的UWB脉冲信号质量好的优先级高。

具体地，网络连接设备302还预留非易失性存储器，用于存储预设周期内接收到的UWB基站3012发送的所有相对位置信息。

边缘计算服务器303，用于根据接收到的相对位置信息确定定位标签3011的定位结果。

其中，边缘计算服务器303，用于专网建设中的移动边缘计算(Mobile EdgeComputing，MEC)节点，边缘计算服务器303在接收相对位置信息之前，专网网关首先要对网络连接设备302发送的相对位置信息进行分流，通过路由策略将所有相对位置信息传输到MEC节点，防止这些信息数据流向公网，保证了这些相对位置信息的安全性。

具体地，边缘计算服务器303，用于根据到达时间(time of arrival，TOA)定位算法和至少三个相对位置信息确定定位标签的定位结果，或，根据到达时间差(TimeDifference 0f Arrival，TDOA)定位算法和至少四个相对位置信息确定定位标签的定位结果，并将定位结果传到终端显示。

图5是本发明实施例提供的一种根据TDOA算法确定定位结果的示意图，如图5所示，有基站A、B、C、D四个基站，计算UWB脉冲信号到达两个基站的时间差，利用双曲线原理，根据两对双曲线确定定位标签的定位结果。

边缘计算服务器303，还用于根据UWB基站3012与定位标签3011的相对位置信息以及定位标签3011的定位结果判断定位结果的准确性。

下面结合一个具体的实施例进行说明：

首先，边缘计算服务器303接收到网络连接设备302发送的基站a与定位标签p之间的相对位置信息、基站b与定位标签p之间的相对位置信息和基站c与定位标签p之间的相对位置信息，其中，相对位置信息中包括了基站a、b、c的位置信息，边缘计算服务器303根据TOA定位算法和上述三个相对位置信息，得到定位标签p的定位结果。

然后，边缘计算服务器303根据得到的定位结果分别与基站a的位置信息、基站b的位置信息和基站c的位置信息进行对比，分别得到基站a、b、c与定位标签p之间的距离，比较基站a、b、c与定位标签p之间的距离与预设阈值的大小，若基站a、b、c中任意一个基站与定位标签p之间的距离超过预设阈值，则边缘计算服务器303需要重新确定定位标签p的定位结果。

例如，若基站a与定位标签p之间的距离超过预设阈值，基站b、c与定位标签p之间的距离未超过预设阈值，选取网络连接设备中预先存储的基站d(其它基站)与定位标签p之间的相对位置信息，代替基站a与定位标签p之间的相对位置信息，边缘计算服务器303根据基站b、c、d与定位标签p之间的相对位置信息以及TOA定位算法重新确定定位标签p的定位结果，实现对定位标签p的定位结果的优化。

本发明实施例提供的定位系统，通过定位系统中的至少三个UWB基站根据UWB脉冲信号的传播时间来分别确定与定位标签的相对位置信息，并通过无线接口向定位系统中的网络连接设备发送与定位标签的相对位置信息，网络连接设备根据相对位置信息确定相对位置信息的优先级，并根据相对位置信息的优先级向定位系统中的边缘计算服务器发送相对位置信息，边缘计算服务器根据接收到的相对位置信息确定定位标签的定位结果，能够在实现确定定位的同时，解决定位系统与专网建设不兼容的问题，提高网络资源的利用率。

可以理解的是，本发明实施例提供的定位系统可以是基于5G通信网络的定位系统，该系统的网络连接设备可以是5G网络连接设备，边缘计算服务器可以是5G边缘计算服务器。

本发明实施例提供了一种定位方法，可以应用于5G通信网络的定位系统，下面以5G网络通信为例，结合图5进行说明。

图5是本发明实施例提供的一种定位方法的流程示意图，如图5所示，该方法包括以下步骤：

S110，定位系统中的至少三个UWB基站根据UWB脉冲信号的传播时间来分别确定与定位标签的相对位置信息，并通过无线接口向定位系统中的5G网络连接设备发送与定位标签的相对位置信息。

定位终端(定位标签)发送UWB脉冲信号到UWB基站，每个UWB基站根据UWB脉冲信号的传播时间来确定每个UWB基站与定位标签的相对位置信息，每个UWB基站通过无线接口向5G网络连接设备发送与定位标签的相对位置信息。

其中，UWB脉冲信号可以是非正弦形式的窄脉冲波，由于脉冲时间周期非常短，可以保证信号的宽带比较宽。

具体地，测量定位标签发射UWB脉冲信号时间、UWB脉冲信号到达UWB基站的时间，根据时间差得到每个UWB脉冲信号的传播时间，根据公式(1)确定每个UWB基站与定位标签的距离。

其中，UWB基站的位置信息是确定的，相对位置信息包括UWB脉冲信号的传播时间、UWB基站与定位标签的计算距离。

S120，5G网络连接设备根据相对位置信息确定相对位置信息的优先级，并根据相对位置信息的优先级向定位系统中的边缘计算服务器发送相对位置信息。

具体地，5G网络连接设备通过无线接口(WIFI、蓝牙、紫峰等)连接UWB基站，监控UWB基站的状态信息，状态信息包括：UWB基站的工作状态、供电信息以及UWB基站与定位标签的相对位置信息。

在室内复杂的环境中，由于墙体、设备等物体对无线信号的反射、散射等因素，会导致定位标签发射到UWB基站的信号传播路径变长，因此不同UWB基站接收到的信号有时延差异，时延久的就会大大影响到UWB基站测距的准确性。

因此，5G网络连接设备需要对接收到的UWB基站与定位标签的若干个相对位置信息进行优先级排序，以UWB脉冲信号的传播时间长短确定相对位置信息的优先级，UWB脉冲信号传播时间短的相对位置信息的优先级高，根据优先级排序向5G边缘计算服务器发送相对位置信息。

可选地，在一个实施例中，UWB定位技术在室内复杂环境中会有一些对定位精度产生影响的因素，例如多径效应和非视距传输，这两点会对UWB基站接收到的UWB脉冲信号质量产生影响，因此，5G网络连接设备在确定相对位置信息的优先级时，也可以将多径效应和非视距传播对UWB脉冲信号质量的影响考虑在内，UWB基站接收到的UWB脉冲信号质量好的优先级高。

具体地，5G网络连接设备还预留非易失性存储器，用于存储预设周期内接收到的UWB基站发送的所有相对位置信息。

S130，5G边缘计算服务器根据接收到的相对位置信息确定定位标签的定位结果。

5G专网是以行业专网网关为核心，融合5G切片技术和边缘计算技术，满足行业客户业务、链接、计算和安全等需求的专用网络，是运营商在5G时代为行业客户设计的新型信息与通信技术(information and communications technology，ICT)基础措施，5G边缘计算服务器部署于专网区域的MEC节点，可以用于低时延业务的计算，给5G融合UWB定位技术提供了解算平台。

5G边缘计算服务器在接收到相对位置信息之前，5G专网中的专网网关首先要对5G网络连接设备发送的相对位置信息进行分流，通过路由策略将所有相对位置信息传输到MEC节点，防止这些信息数据流向公网，保证了这些相对位置信息的安全性。

具体地，5G边缘计算服务器根据到达时间(time of arrival，TOA)定位算法和至少三个相对位置信息确定定位标签的定位结果，或，根据到达时间差(Time Difference 0fArrival，TDOA)定位算法和至少四个相对位置信息确定定位标签的定位结果。

5G边缘计算服务器还可以根据UWB基站与定位标签的相对位置信息以及定位标签的定位结果判断定位结果的准确性。

下面结合一个具体的实施例进行说明：

首先，5G边缘计算服务器接收到5G网络连接设备发送的基站a与定位标签p之间的相对位置信息、基站b与定位标签p之间的相对位置信息和基站c与定位标签p之间的相对位置信息，其中，相对位置信息中包括了基站a、b、c的位置信息，5G边缘计算服务器根据TOA定位算法和上述三个相对位置信息，得到定位标签p的定位结果。

然后，5G边缘计算服务器根据得到的定位结果分别与基站a的位置信息、基站b的位置信息和基站c的位置信息进行对比，分别得到基站a、b、c与定位标签p之间的距离，比较基站a、b、c与定位标签p之间的距离与预设阈值的大小，若基站a、b、c中任意一个基站与定位标签p之间的距离超过预设阈值，则5G边缘计算服务器需要重新确定定位标签p的定位结果，并将定位结果传到终端显示。

例如，若基站a与定位标签p之间的距离超过预设阈值，基站b、c与定位标签p之间的距离未超过预设阈值，选取网络连接设备中预先存储的基站d(其它基站)与定位标签p之间的相对位置信息，代替基站a与定位标签p之间的相对位置信息，5G边缘计算服务器根据基站b、c、d与定位标签p之间的相对位置信息以及TOA定位算法重新确定定位标签p的定位结果，实现对定位标签p的定位结果的优化。

本发明实施例的定位方法，将5G网络和UWB定位技术结合起来，利用5G网络低时延的优势，将位置数据回传至专网建设的MEC进行位置信息解算，解决了UWB定位系统与专网建设不兼容的问题，提高了网络资源利用率，同时利用5G无线通信做位置数据的承载通道，可以做到低时延的相对位置信息解算。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现本发明实施例提供的图5所示实施例的方法。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，做出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(Radio Frequency，RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。