一种基于UWB的对称双边双程测距优化算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于UWB的对称双边双程测距优化算法，包括以下步骤：采集实际工程中的真实数据作为测量数据样本、采用主流算法公式进行算法计算、UWB算法优化以及优化性能评估；本发明专利技术通过基于UWB技术实现数据传输，具有传输速率高、越障能力强、功耗低、抗多径干扰能力强、定位精度高的优点，更加适用于对室内高精度的定位，通过基于UWB技术优化的对称双边双程测距算法进行优化可以提高算法的计算精度和定位精度，可以有效解决在对称双边双程测距算法环境下算法的稳定性低的问题。

An UWB-based optimization algorithm for symmetrical bilateral two-way ranging

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB的对称双边双程测距优化算法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于UWB的对称双边双程测距优化算法。
技术介绍
二十一世纪即信息时代，信息领域的迅速发展逐渐改变了人们的生活，使世界充满未知和无限可能UWB技术由于其低成本、低功耗、隐蔽性好、传输速度快等特点，一直在通信领域得到重要应用，在物理距离测量领域有一种被广泛应用的算法，即对称双边双程测距算法，该算法因其公式简单，计算误差小的特点，在精密仪器制造业得到广泛的应用，但是该算法计算效率低，算法在实际使用中效率较低，浪费了大量的人力和物力成本，这些问题间接增加了企业的负担，因此，本专利技术提出一种基于UWB的对称双边双程测距优化算法，以解决现有技术中的不足之处。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术通过基于UWB技术实现数据传输，具有传输速率高、越障能力强、功耗低、抗多径干扰能力强、定位精度高的优点，更加适用于对室内高精度的定位，通过基于UWB技术优化的对称双边双程测距算法进行优化可以提高算法的计算精度和定位精度，可以有效解决在对称双边双程测距算法环境下算法的稳定性低的问题。本专利技术提出一种基于UWB的对称双边双程测距优化算法，包括以下步骤：步骤一：采集测量数据，采集实际工程中的真实数据作为测量数据样本；步骤二：算法计算，将采集的测量数据样本输入到对称双边双向测距算法中，再采用主流算法公式进行计算；步骤三：UWB算法优化，当测量数据样本在对称双边双程测距算法中循环时，判断测量数据样本是否符合标准系统使用的判断标准；步骤四：优化性能评估，将基于UWB的对称双边双程测距优化算法与之前的隐藏算法进行比较，得出性能评估结果。进一步改进在于：所述步骤二中对称双边双程测距算法的具体计算过程为：在对称双边双程测距算法中，节点之间会有更多的信息交换，假设A节点收到B节点的响应信号后等待一段时间返回距离信息，B节点接收信号并记录接收信号的时间，则两次信号的往返延迟时间计算公式如公式(1)和(2)所示：troundA＝2TOF+treplyB(1)troundB＝2TOF+treplyA(2)其中，troundA为A节点的往返延迟时间，troundB为B节点的往返延迟时间。进一步改进在于：所述步骤二中A节点和B节点的两次交换中，测量信号的时间出现重复，考虑到信息交换的整个过程，对公式(1)和(2)进行整理，得到等式(3)：其中，TOF为飞行时间距离。进一步改进在于：所述步骤二中考虑到时钟漂移的影响，测得的TOF计算公式如公式(4)所示，真实的TOF和测量的TOF之间的误差计算公式如公式(5)所示：其中，为真实的TOF和测量的TOF之间的误差。进一步改进在于：所述步骤二中troundB-treplyA的值比TOF值大，因此最小误差计算公式如公式(6)所示。进一步改进在于：所述步骤三中如果测量数据样本不符合要求，算法自动将其被删除，如果符合要求则会继续循环直到输出正确的结果；进一步改进在于：所述步骤三中测量数据样本在对称双边双向测距算法运行中时，可以调整对称双边双向测距算法的输入参数，对称双边双向测距算法重新确定参数后将再次计算。进一步改进在于：所述步骤四中优化性能评估包括对定位精度、信息传输速度、成本和功耗等四个方面进行评估。本专利技术的有益效果为：本专利技术算法通过基于UWB技术实现数据传输，具有传输速率高、越障能力强、功耗低、抗多径干扰能力强、定位精度高的优点，更加适用于对室内高精度的定位，通过基于UWB技术优化的对称双边双程测距算法进行优化可以提高算法的计算精度和定位精度，可以有效解决在对称双边双程测距算法环境下算法的稳定性低的问题。附图说明图1本专利技术算法优化流程示意图。图2为本专利技术对称双边双程测距算法的计算流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据图1、2所示，本实施例提出一种基于UWB的对称双边双程测距优化算法，包括以下步骤：步骤一：采集测量数据，采集实际工程中的真实数据作为测量数据样本，由于我们研究的优化算法将主要应用于室内定位及工程领域，因此数据主要来源于国内排名靠前的工程公司在实际工程中积累的真实数据；步骤二：算法计算，将采集的测量数据样本输入到对称双边双向测距算法中，再采用主流算法公式进行计算，对称双边双程测距算法的具体计算过程为：在对称双边双程测距算法中，节点之间会有更多的信息交换，假设A节点收到B节点的响应信号后等待一段时间返回距离信息，B节点接收信号并记录接收信号的时间，则两次信号的往返延迟时间计算公式如公式(1)和(2)所示：troundA＝2TOF+treplyB(1)troundB＝2TOF+treplyA(2)其中，troundA为A节点的往返延迟时间，troundB为B节点的往返延迟时间；A节点和B节点的两次交换中，测量信号的时间出现重复，考虑到信息交换的整个过程，对公式(1)和(2)进行整理，得到等式(3)：其中，TOF为飞行时间距离；虑到时钟漂移的影响，测得的TOF计算公式如公式(4)所示，真实的TOF和测量的TOF之间的误差计算公式如公式(5)所示：其中，为真实的TOF和测量的TOF之间的误差；troundB-treplyA的值比TOF值大，因此最小误差计算公式如公式(6)所示；为了减少时钟漂移的影响，A必须再次与B进行信息传输，解决了时延问题后，各个结构的计算时间如下表1所示：表1各个结构的计算时间表初始值计算中间值计算最终值计算R10.33s0.43s0.49sR20.35s0.53s0.52sR30.38s0.23s0.23s从表1中可以看出，经过算法优化后的数据，每次测量数据的平均值均有所较少，R1、R2、R3三组数据的初始平均值为0.34s，优化算法后数据与之相比时间减少了一秒多，算法大大提升了定位精度；步骤三：UWB算法优化，当测量数据样本在对称双边双程测距算法中循环时，判断测量数据样本是否符合标准系统使用的判断标准，如果测量数据样本不符合要求，算法自动将其被删除，如果符合要求则会继续循环直到输出正确的结果，测量数据样本在对称双边双向测距算法运行中时，可以调整对称双边双向测距算法的输入参数，对称双边双向测距算法重新确定参数后将再次计算；步骤四：优化性能评估，将基于UWB的对称双边双程测距优化算法与之前的隐藏算法进行比较，包括对定位精度、信息传输速度、成本和功耗等四个方面进行评估，得出性能评估结果。对没有进行优化的算法与进行优化的算法进行比较后得出表2：表2无优化算法与优化算法之间的比较结果从表2中可以看得出，经过算法优化后的数据，每次测量数据的平均值均有所较少，R1、R2、R3三组数据的初始平均值为0.34s，优化算法后数据与之相比时间减少了一秒多，算法大大提升了定位精度。本专利技术算法通过基于UWB技术实现数据传输，具有传输速率高、越障能力强、功耗低、抗多径干扰能力强、定位精度高的优点，更加适用于对室内高精度的定位，通过基于UWB技术优化的对称双边双程测距算法进行优化可以提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于UWB的对称双边双程测距优化算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采集测量数据，采集实际工程中的真实数据作为测量数据样本；步骤二：算法计算，将采集的测量数据样本输入到对称双边双向测距算法中，再采用主流算法公式进行计算；步骤三：UWB算法优化，当测量数据样本在对称双边双程测距算法中循环时，判断测量数据样本是否符合标准系统使用的判断标准；步骤四：优化性能评估，将基于UWB的对称双边双程测距优化算法与之前的隐藏算法进行比较，得出性能评估结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB的对称双边双程测距优化算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采集测量数据，采集实际工程中的真实数据作为测量数据样本；步骤二：算法计算，将采集的测量数据样本输入到对称双边双向测距算法中，再采用主流算法公式进行计算；步骤三：UWB算法优化，当测量数据样本在对称双边双程测距算法中循环时，判断测量数据样本是否符合标准系统使用的判断标准；步骤四：优化性能评估，将基于UWB的对称双边双程测距优化算法与之前的隐藏算法进行比较，得出性能评估结果。2.根据权利要求1所述的种基于UWB的对称双边双程测距优化算法，其特征在于：所述步骤二中对称双边双程测距算法的具体计算过程为：在对称双边双程测距算法中，节点之间会有更多的信息交换，假设A节点收到B节点的响应信号后等待一段时间返回距离信息，B节点接收信号并记录接收信号的时间，则两次信号的往返延迟时间计算公式如公式(1)和(2)所示：troundA＝2TOF+treplyB(1)troundB＝2TOF+treplyA(2)其中，troundA为A节点的往返延迟时间，troundB为B节点的往返延迟时间。3.根据权利要求2所述的种基于UWB的对称双边双程测距优化算法，其特征在于：所述步骤二中A节点和B节点的两次交换中，测量信号的时间出现...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鲲，沈重，王咸鹏，李壮，李涵雯，
申请(专利权)人：海南热带海洋学院，海南大学，
类型：发明
国别省市：海南,46