基于卡尔曼滤波的UWB定位系统基站自标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于卡尔曼滤波的UWB定位系统基站自标定方法，包括如下步骤：假设0号基站的位置为(0,0,h0)，假设1号基站的位置为(0,l01,h1)，其中，l01表示1号基站和0号基站位置的距离，2号基站可以和0号基站和1号基站进行通信，测得l02和l12；分别对l02和l12进行卡尔曼滤波；根据2号基站的高度h2得到2号基站的坐标；依此类推，第n个基站通过测量其和第n‑1和n‑2个基站的距离，结合自身传感器测得的高度来解算出自己的坐标。采用本发明专利技术的方法，基站的位置可以自行标定，减小了UWB室内定位系统布置和展开时的难度，增加了系统的可移动性；算法简单，得到的基站位置精度较高；所提基站标定方法可以很容易地拓展至多个基站的情况。

Base station self calibration method of UWB positioning system based on Calman filter

The invention discloses a self calibration method for UWB base station positioning system based on Calman filter, which comprises the following steps: 0, the location of the base station is assumed (0,0, H0), the location of the base station as the No. 1 hypothesis (0, L01, H1), which L01 said no. 1 and No. 0 base station base station distance from the base station can communicate, No. 2 and No. 0 and No. 1 base station, measured L02 and L12 respectively; Calman filter on L02 and L12; 2, the base station coordinates are obtained according to the height of 2 H2 base station; and so on, the N base station by measuring its and N 1 and N 2 base station distance, combined with their own sensors and height to calculate their coordinate solution. The method of the invention, the base station can be self calibration, reduce the UWB indoor positioning system arrangement and deployment difficulty, increase the mobility of the system; the algorithm is simple, high precision of the base station location; proposed station calibration method can be easily extended to a base station.

【技术实现步骤摘要】
基于卡尔曼滤波的UWB定位系统基站自标定方法
本专利技术涉及一种利用超宽带(UltraWideband，UWB)无线电波进行相对定位的系统中基站位置的自标定方法。
技术介绍
目前，室内定位系统尚无较为完善的解决方案。基于UWB的室内定位方法由于具有抗多路径效应好、精度高、不需要载波调制等特点得到了广泛的研究和应用。基于UWB的室内定位系统由至少需要3个基站和若干个标签组成。在进行定位之前，首先要进行精密测量以确定基站的位置。而对基站位置的标定是较为困难的，尤其是在地面没有任何标志的情况下。这增加了UWB室内定位系统布置和展开时的难度，限制了系统的可移动性。浙江大学林志赟(专利申请号201710293070.4)针对三个基站的UWB定位系统，提出利用UWB无线通信技术进行通信获得任意两个基站之间的距离，然后得到由三个基站建立的平面直角坐标系的方法。该方法中隐含一个必要的条件，即假设所有的基站高度均相同。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种适用于UWB室内定位系统的基站位置自标定方法，该方法将赋予基站对自己位置进行标定的能力，减小了UWB室内定位系统系统布置和展开时的难度，增加了系统的可移动性。本专利技术可为基于UWB的无线电定位系统提供支撑，从而为无人飞行器、地面机器人等无人智能体提供局部范围内(例如室内)的高精度的位置、速度等信息。本专利技术的技术方案如下：基于卡尔曼滤波的UWB定位系统基站自标定方法，包括如下步骤：步骤1：假设0号基站的位置为(0,0,h0)，假设1号基站的位置为(0,l01,h1)，其中，l01表示1号基站和0号基站位置的距离，2号基站可以和0号基站和1号基站进行通信，测得l02和l12；步骤2：分别对l02和l12进行卡尔曼滤波；步骤3：根据2号基站的高度h2得到2号基站的坐标；步骤4：依步骤1-3的方法类推，第n个基站通过测量其和第n-1和n-2个基站的距离，结合自身传感器测得的高度来解算出自己的坐标。进一步，所述第一步，假设当前为n号基站，在第k次迭代的过程中，若n＝0，则直接可以将其位置定义为(0,0,h0)，跳过之后的步骤；若n＝1，则和0号基站通信，获得两者之间的距离；若n>1，则和n-1和n-2号基站分别进行通信，获取距离参数l(n-1)n和l(n-2)n。进一步，所述第二步，分别对l(n-1)n和l(n-2)n进行卡尔曼滤波，滤波过程中，假设基站n是固定不动的；返回第一步，直到k大于设置的迭代次数；进一步，所述第四步，确定基站的位置；如果n＝1，则其位置为(0,l01,h1)；如果n>1，则有：其中，l01、l(n-2)n、l(n-1)n、l(n-2)(n-1)均为第k次卡尔曼滤波得到的距离值，l01、l(n-2)n、l(n-1)n可以通过UWB通信测测得，l(n-2)(n-1)可以由n-2号基站和n-1号基站的位置计算得到；至此即可得到基站n的位置坐标，从而完成基站位置的自标定。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术提供一种可用于UWB定位的基站自标定方法，基站的位置可以自行标定，不需要人工再进行测量，减小了UWB室内定位系统布置和展开时的难度，增加了系统的可移动性。
技术介绍
中的方法中隐含一个必要的条件，即假设所有的基站高度均相同，本专利技术不需要这一前提。2、采用卡尔曼滤波对UWB基站测得的距离进行滤波，在一段时间之后，在通过测得的距离根据几何关系解算基站的坐标，算法简单，得到的基站位置精度较高。3、所提基站标定方法可以很容易地拓展至多个基站的情况。附图说明图1是本专利技术中基站自标定的方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术基于卡尔曼滤波的UWB定位系统基站自标定方法，先假设0号基站的位置为(0,0,h0)，h0可以由其他传感器(例如超声波传感器、激光测距模块等)测得，假设1号基站的位置为(0,l01,h1)，其中，l01表示1号基站和0号基站位置的距离，该距离可以通过UWB设备测得，h1可以由其他传感器测得；2号基站可以和0号基站和1号基站进行通信，测得l02和l12，并对l02和l12进行卡尔曼滤波，然后再根据2号基站的高度h2(由其他传感器测得)即可以得到2号基站的坐标。依此类推，第n个基站可以通过测量其和第n-1和n-2个基站的距离，结合自身传感器测得的高度来解算出自己的坐标。本专利技术的具体步骤如下：第一步，假设当前为n号基站，在第k次迭代的过程中，若n＝0，则直接可以将其位置定义为(0,0,h0)，h0可以由其他传感器(例如超声波传感器、激光测距模块等)测得，跳过之后的步骤；若n＝1，则和0号基站通信，获得两者之间的距离；若n>1，则和n-1和n-2号基站分别进行通信，获取距离参数l(n-1)n和l(n-2)n；第二步，分别对l(n-1)n和l(n-2)n进行卡尔曼滤波，滤波过程中，假设基站n是固定不动的；第三步，返回第一步，直到k大于设置的迭代次数；第四步，确定基站的位置。如果n＝1，则其位置为(0,l01,h1)；如果n>1，则有：其中，l01、l(n-2)n、l(n-1)n、l(n-2)(n-1)均为第k次卡尔曼滤波得到的距离值，l01、l(n-2)n、l(n-1)n可以通过UWB通信测测得，l(n-2)(n-1)可以由n-2号基站和n-1号基站的位置计算得到。至此即可得到基站n的位置坐标，从而完成基站位置的自标定。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术。凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于卡尔曼滤波的UWB定位系统基站自标定方法，包括如下步骤：步骤1：假设0号基站的位置为(0,0,h0)，假设1号基站的位置为(0,l01,h1)，其中，l01表示1号基站和0号基站位置的距离，2号基站可以和0号基站和1号基站进行通信，测得l02和l12；步骤2：分别对l02和l12进行卡尔曼滤波；步骤3：根据2号基站的高度h2得到2号基站的坐标；步骤4：依步骤1‑3的方法类推，第n个基站通过测量其和第n‑1和n‑2个基站的距离，结合自身传感器测得的高度来解算出自己的坐标。

【技术特征摘要】
1.基于卡尔曼滤波的UWB定位系统基站自标定方法，包括如下步骤：步骤1：假设0号基站的位置为(0,0,h0)，假设1号基站的位置为(0,l01,h1)，其中，l01表示1号基站和0号基站位置的距离，2号基站可以和0号基站和1号基站进行通信，测得l02和l12；步骤2：分别对l02和l12进行卡尔曼滤波；步骤3：根据2号基站的高度h2得到2号基站的坐标；步骤4：依步骤1-3的方法类推，第n个基站通过测量其和第n-1和n-2个基站的距离，结合自身传感器测得的高度来解算出自己的坐标。2.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波的UWB定位系统基站自标定方法，其特征在于：所述第一步，假设当前为n号基站，在第k次迭代的过程中，若n＝0，则直接可以将其位置定义为(0,0,h0)，跳过之后的步骤；若n＝1，则和0号基站通信，获得两者之间的距离；若n>1，则和n-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树磊，门艳忠，郭魂，孟飞，卜金纬，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32