一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法及装置制造方法及图纸

一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法及装置，属于动态定位方法及装置。装置包括超宽带无线通讯UWB传感器、UWB定位标签、激光测距传感器、上位机和POE交换机；在待检测区域布置超宽带无线通讯UWB传感器基站；激光测距传感器安装固定在超宽带无线通讯UWB传感器上；在待检测目标上固定UWB定位标签；超宽带无线通讯UWB传感器、激光测距传感器通过POE交换机与上位机连接。在每个超宽带无线通讯UWB传感器上装有激光测距传感器以获得两两超宽带无线通讯UWB传感器之间的相对距离，从而重新确定或校准移动后超宽带无线通讯UWB传感器的坐标，继续实现动态定位要求。优点：采用UWB与激光测距组合的动态定位方法，其定位精确，同时安全可靠且易于安装、操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法及装置
本专利技术涉及一种动态定位的方法及装置，特别是一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法及装置。
技术介绍
定位技术,是指对测量目标进行位置信息测定的技术。随着现代社会日新月异的发展，在各个领域内，需要被精确定位的目标随之越来越多，因此人们对定位技术也提出了更高层次的要求，尤其是对动态移动目标的精确定位，逐渐成为了当代人们关注的关键问题。然而在现代社会某些领域中，一些我们常用的动态定位方式已经无法满足当前日益增强的精确定位的需求，在这种背景下，超宽带无线通讯UWB定位系统应运而生，使得对动态目标的精确定位成为可能。超宽带无线通讯UWB技术，又称冲击无线电(ImpulseRadio)技术，是目前比较先进的无线通讯技术。它实现了短距离内超宽带、高速的数据传输，同时UWB技术的调制方式以及采用的多址技术等特点使它相比于其他无线通信技术具有更宽的带宽、高速的数据传输、低的功耗、安全性能高等特点，因此引起了人们的重视。在当前的动态定位方式中，主要存在红外、蓝牙、无线、Zigbee等定位方式。然而红外定位方式必须在可视范围内测量，当距离较大时并不适合，同时精度较低，往往无法到达测量要求，容易受到测量环境的干扰；蓝牙技术相对于其他几种定位方式而言虽然也能达到精确定位的要求，但这项技术并没有完全成熟，还无法大规模的应用在实际定位测量中，并且通讯速率低；无线和Zigbee定位方式主要作为短距离内的通讯，同时存在着可靠性低，不稳定等问题，因此往往造成精度达不到需求。在使用超宽带无线通讯UWB系统进行动态目标定位时，需要首先完成基站布置，也就是超宽带无线通讯UWB传感器，作为基站固定不动，从而实现对动态目标的测量。但当其中某一个基站发生移动，也就意味着超宽带无线通讯UWB传感器坐标发生变化时，由于UWB系统不能自动得到移动后基站新的坐标，造成对动态定位目标定位不精确。同时，若想在某一个较大的区域内进行动态目标定位，并且该区域超过了超宽带无线通讯UWB系统定位的范围，此时，若是布置更多的超宽带无线通讯UWB传感器，不仅大大增加了成本，而且没有从根本上解决问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法及装置，解决超宽带无线通讯UWB传感器移动后影响动态测量精度的问题，实现对检测目标的动态定位。本专利技术的目的是这样实现的：该动态定位装置包括：超宽带无线通讯UWB传感器、UWB定位标签、激光测距传感器、上位机、支架和POE交换机；在待检测区域布置可移动的支架；超宽带无线通讯UWB传感器安装固定在支架上作为UWB基站；激光测距传感器安装固定在超宽带无线通讯UWB传感器上；在待检测目标上固定UWB定位标签；超宽带无线通讯UWB传感器、激光测距传感器通过POE交换机与上位机连接；在控制处布置上位机，在上位机中建立检测区域系统模型，收集超宽带无线通讯UWB传感器及激光测距传感器数据，进行数据的分析及处理。一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法，步骤如下：A.根据实际待检测目标所处环境，放置支架，在支架上安装超宽带无线通讯UWB传感器作为UWB基站；在被检测目标上安装固定UWB定位标签；根据待检测区域环境建立坐标系，测量各个超宽带无线通讯UWB传感器的三维坐标；B.在超宽带无线通讯UWB传感器上安装固定激光测距传感器；C.将超宽带无线通讯传感器、激光测距传感器按照系统要求连接，与上位机系统建立联系，组建以太网；D.根据实际检测环境及所布置的超宽带无线通讯UWB传感器的实际位置，在上位机中建立动态定位检测模型；根据所布置的激光测距传感器的实际位置，在上位机中建立距离测量系统模型；E.对超宽带无线通讯UWB传感器进行校准，检验安装过程是否出现差错，检验定位系统是否能够达到定位的精度要求；F.动态定位系统运行，通过TDOA算法对待检测目标上的UWB定位标签进行定位，显示待检测目标的三维坐标及实时位置；G.定位数据实时存入数据库系统，绘制定位目标的运动轨迹；H.超宽带无线通讯UWB传感器基站移动，利用激光测距传感器测量距离，重新标定超宽带无线通讯UWB传感器坐标；I.将新的超宽带无线通讯UWB传感器坐标输入动态定位检测模型，继续对待检测动态目标实时定位，重复步骤F-G；J.当整个检测定位系统运行超过100小时或者超宽带无线通讯UWB传感器基站移动次数累计超过20次后，为保证动态目标的定位精确度，应再次对超宽带无线通讯UWB传感器位置进行人工校准，重复步骤E-G。所述步骤A包括下列步骤：A1.在带检测区域内支架上布置4个超宽带无线通讯UWB传感器作为基站；其中1个超宽带无线通讯UWB传感器基站作为时间源及主传感器，其余3个超宽带无线通讯UWB传感器基站作为从传感器；A2.为保证测量精度达到动态目标定位的要求，将4个超宽带无线通讯UWB传感器基站布置为方形区域；同时为最大程度的减小误差，应满足传感器布置高度大于定位目标高度2m以上；超宽带无线通讯UWB传感器向下倾斜角度25度左右；A3.保证待检测区域内的定位标签信号每一处位置都可以至少被三个超宽带无线通讯UWB传感器接收到；A4.依据实际检测环境建立坐标系，为满足定位精度要求，超宽带无线通讯UWB传感器基站不能被选为原点；通过激光测距仪得到每一个超宽带无线通讯UWB传感器基站的坐标。所述步骤B中注意安装中应保证激光测距传感器应紧固在超宽带无线通讯UWB传感器上，并保证激光测距传感器不应被遮挡；同时，为精确测得两个超宽带无线通讯UWB传感器之间的距离，激光测距传感器激光发射端中心点应同超宽带无线通讯UWB传感器信号发射中心点保持在同一水平直线上。所述步骤C包括下列步骤：C1.采用星型连接方式连接超宽带无线通讯UWB传感器；时间信号从设置为时间源传感器任意端口输出，分别输入到从传感器的右上角端口处；由于共选用4个超宽带无线通讯UWB传感器，则使用作为时间源的超宽带无线通讯UWB传感器3个接口作为输出口，接入另外3个超宽带无线通讯UWB传感器的右上角输入端口，完成信号同步；C2.四个超宽带无线通讯UWB传感器之间其连接线必须为带信号屏蔽的网线，以保证时间同步信号不受影响；C3.基于UWB与激光测距组合的动态定位系统，选用以太网供电方式，选用POE交换机进行数据的传输及为传感器供电；超宽带无线通讯UWB传感器以及激光测距传感器通过网线与POE交换机接口连接，建立以太网；C4.POE交换机通过网线与上位机相连，通过DHCP服务器，为每一个超宽带无线通讯UWB传感器、激光测距传感器提供IP地址。所述步骤D包括下列步骤：D1.依据实际的环境以及超宽带无线通讯UWB传感器基站坐标，在上位机中建立待检测动态目标的定位系统模型，以达到定位的要求，实时的显示动态目标的位置；D2.建立激光测距传感器信息收集系统，以方便对移动后的超宽带无线通讯UWB传感器移动后坐标的计算；D3.通过上位机中动态目标的定位系统模型，对检测区域内超宽带无线通讯UWB传感器信号进行采集；通过信号的接收信息，查看超宽带无线通信UWB传感器之间时间同步是否存在异常、超宽带无线通信UWB传感器是否已经与上位机系统建立联系，若存在问题，则进行检查校正；D4.确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于UWB与激光测距组合的动态定位装置，其特征是：该动态定位装置包括：超宽带无线通讯UWB传感器、UWB定位标签、激光测距传感器、上位机、支架和POE交换机；在待检测区域布置可移动的支架；超宽带无线通讯UWB传感器安装固定在支架上作为UWB基站；激光测距传感器安装固定在超宽带无线通讯UWB传感器上；在待检测目标上固定UWB定位标签；超宽带无线通讯UWB传感器、激光测距传感器通过POE交换机与上位机连接；在控制处布置上位机，在上位机中建立检测区域系统模型，收集超宽带无线通讯UWB传感器及激光测距传感器数据，进行数据的分析及处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法，其特征是：动态定位方法，步骤如下：A．根据实际待检测目标所处环境，放置支架，在支架上安装超宽带无线通讯UWB传感器作为UWB基站；在被检测目标上安装固定UWB定位标签；根据待检测区域环境建立坐标系，测量各个超宽带无线通讯UWB传感器的三维坐标；B．在超宽带无线通讯UWB传感器上安装固定激光测距传感器；C．将超宽带无线通讯传感器、激光测距传感器按照系统要求连接，与上位机系统建立联系，组建以太网；D．根据实际检测环境及所布置的超宽带无线通讯UWB传感器的实际位置，在上位机中建立动态定位检测模型；根据所布置的激光测距传感器的实际位置，在上位机中建立距离测量系统模型；E．对超宽带无线通讯UWB传感器进行校准，检验安装过程是否出现差错，检验定位系统是否能够达到定位的精度要求；F．动态定位系统运行，通过TDOA算法对待检测目标上的UWB定位标签进行定位，显示待检测目标的三维坐标及实时位置；G．定位数据实时存入数据库系统，绘制定位目标的运动轨迹；H．超宽带无线通讯UWB传感器基站移动，利用激光测距传感器测量距离，重新标定超宽带无线通讯UWB传感器坐标；I．将新的超宽带无线通讯UWB传感器坐标输入动态定位检测模型，继续对待检测动态目标实时定位，重复步骤F-G；J.当整个检测定位系统运行超过100小时或者超宽带无线通讯UWB传感器基站移动次数累计超过20次后，为保证动态目标的定位精确度，应再次对超宽带无线通讯UWB传感器位置进行人工校准，重复步骤E-G。2.根据权利要求1所述的一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法，其特征是：所述步骤A包括下列步骤：A1.在带检测区域内支架上布置4个超宽带无线通讯UWB传感器作为基站；其中1个超宽带无线通讯UWB传感器基站作为时间源及主传感器，其余3个超宽带无线通讯UWB传感器基站作为从传感器；A2.为保证测量精度达到动态目标定位的要求，将4个超宽带无线通讯UWB传感器基站布置为方形区域；同时为最大程度的减小误差，应满足传感器布置高度大于定位目标高度2m以上；超宽带无线通讯UWB传感器向下倾斜角度25度左右；A3.保证待检测区域内的定位标签信号每一处位置都可以至少被三个超宽带无线通讯UWB传感器接收到；A4.依据实际检测环境建立坐标系，为满足定位精度要求，超宽带无线通讯UWB传感器基站不能被选为原点；通过激光测距仪得到每一个超宽带无线通讯UWB传感器基站的坐标。3.根据权利要求1所述的一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法，其特征是：所述步骤B中注意安装中应保证激光测距传感器应紧固在超宽带无线通讯UWB传感器上，并保证激光测距传感器不应被遮挡；同时，为精确测得两个超宽带无线通讯UWB传感器之间的距离，激光测距传感器激光发射端中心点应同超宽带无线通讯UWB传感器信号发射中心点保持在同一水平直线上。4.根据权利要求1所述的一种基于UWB与激光测距组合的动态定位方法，其特征是：所述步骤C包括下列步骤：C1.采用星型连接方式连接超宽带无线通讯UWB传感器；时间信号从设置为时间源传感器任意端口输出，分别输入到从传感器的右上角端口处；由于共选用4个超宽带无线通讯UWB传感器，则使用作为时间源的超宽带无线通讯UWB传感器3个接口作为输出口，接入另外3个超宽带无线通讯UWB传感器的右上角输入端口，完成信号同步；C2.四个超宽带无线通讯UWB传感器之间其连接线必须为带信号屏蔽的网线，以保证时间同步信号不受影响；C3.基于UWB与激光测距组合的动态定位系统，选用以太网供电方式，选...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘万里，刘一鸣，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32