一种UWB基站迭代自定位与校准方法技术

本发明专利技术公开了一种UWB基站迭代自定位与校准方法。现有UWB定位系统需要人工进行自身的定位，工作量较大。本发明专利技术如下：1：在定位区域中部署好基础基站A、基础基站B和n个自定位基站。建立相对定位坐标系。对n个自定位基站按照相对定位坐标系中X轴坐标从小到大进行排序。2：对n个自定位基站分别进行位置坐标的检测。3：对各个自定位基站的坐标值进行迭代更新。4：对所有自定位基站进行位置校准。本发明专利技术相比于现有技术，通过迭代自定位与校准方法使得定位过程无需专业人员对定位基站进行手动的测量与校准，降低了UWB定位效果对基站精准坐标的要求，提高了定位系统使用的便捷性，可以满足广大用户对室内定位可操作性的迫切需求。

【技术实现步骤摘要】
一种UWB基站迭代自定位与校准方法
本专利技术属于室内UWB
，具体涉及一种UWB基站迭代自定位与校准方法。
技术介绍
超宽带(UWB)定位技术由于功耗低、传输速度快、多径分辨率高、系统安全性高等优点，在室内定位领域得到了广泛应用。UWB基本定位原理与其他无线定位方式相似，主要是通过构建多个已知位置的定位基站的定位场景，利用UWB基站和位置未知目标进行无线通信，获取两者之间的相对距离，将使用定位算法进行解算，最终获得定位结果。UWB定位方式的定位精度可达几十厘米，部署和使用的成本较低，因此得到了迅速发展。虽然UWB常用的定位距离只有几十米，但是可以通过部署多个定位基站的方式扩大定位区域，实现较大范围的精确定位。目前的UWB基站位置获取方式都采用了人工测量或者严格定位在长方形区域顶端的方式，这种方式需要专业人员对UWB基站部署的位置测量，并输入到定位系统进行定位，虽然这种方式的可靠性较高，但是使用起来非常不方便。如果没有专业人员的参与，无疑严重影响了定位系统的定位效果。因此本专利技术提出了一种利用两个相距一定长度的基础基站来定位其他位置的自定位基站的迭代自定位与校准方法，无需专业测量就可以实现UWB基站的位置获取，提高了用户的使用便捷性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种UWB基站迭代自定位与校准方法。本专利技术一种UWB基站迭代自定位与校准方法，具体如下：步骤1：在定位区域中部署好基础基站A、基础基站B。基础基站A和基础基站B均设置在定位区域的边线处。以基础基站A与基础基站B的连线作为基准线。以基准线的中点作为坐标原点，以垂直于基准线且朝向定位区域内的方向作为X轴正方向，建立相对定位坐标系。步骤2：将n个自定位基站按照到基准线的距离由近至远的顺序逐个设置到定位区域内；每设置一个自定位基站，便对该自定位基站进行自动位置检测。对第i个自定位基站进行自动位置检测的过程如下：判断第i个自定位基站是否能够收到基础基站A和基础基站B发出的信号，并根据不同的情况，选择对应的计算方法计算第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)；具体如下：情况1：若第i个自定位基站能够同时收到基础基站A和基础基站B发出的信号，则通过UWB定位方法分别检测第i自定位基站到基础基站A、基础基站B的距离diA、diB；建立diA、diB与第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)的关系式如式(1)所示：式(1)中，diA为第i个自定位基站与基础基站A之间的距离；diB为第i个自定位基站与基础基站B之间的距离；xi、yi分别为第i个自定位基站的X轴坐标、Y轴坐标。求解方程式(1)获取第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)，设置第i个自定位基站的定位可信度C为1。情况2：若第i个自定位基站能够收到基础基站A发出的信号且无法收到基础基站B发出的信号，则在已经完成定位的自定位基站中任意选一个能够与第i自定位基站通信的自定位基站作为基站j，则通过UWB定位方法分别检测第i自定位基站到基础基站A、基站j的距离diA、dij；建立diA、dij与第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)的关系式如式(3)所示：式(3)中，xj、yj分别为第j个自定位基站的X轴坐标、Y轴坐标。求解方程式(3)获取第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)，并设置第i个自定位基站的定位可信度C为预设值s；求解式(3)时，若有两个解，则取X轴坐标中较大的那个解作为第i个自定位基站的相对坐标。情况3：若第i个自定位基站能够收到基础基站B发出的信号且无法收到基础基站A发出的信号，则在已经完成定位的自定位基站中任意选一个能够与第i自定位基站通信的自定位基站作为基站j，则通过UWB定位方法分别检测第i自定位基站到基础基站B、基站j的距离diB、dij；建立diB、dij与第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)的关系式如式(3)所示：求解方程式(4)获取第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)，并设置第i个自定位基站的定位可信度C为预设值s；求解式(4)时，若有两个解，则取X轴坐标中较大的那个解作为第i个自定位基站的相对坐标。情况4：若第i个自定位基站无法收到基础基站A和基础基站B发出的信号，则在已经完成定位的自定位基站中任意选两个能够与第i自定位基站通信的自定位基站作为基站p和基站q，则通过UWB定位方法分别检测第i自定位基站到基站p、基站q的距离dip、diq；建立dip、diq与第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)的关系式如式(5)所示：求解方程式(5)获取第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)，并设置第i个自定位基站的定位可信度C为s2。求解式(5)时，若有两个解，则取X轴坐标中较大的那个解作为第i个自定位基站的相对坐标。步骤3：对各个自定位基站的坐标值进行迭代更新。3-1.i＝1,2,…,n，依次执行步骤3-2至3-4，对每个自定位基站的坐标进行迭代更新。3-2.计算第i个自定位基站坐标偏差值Δx和Δy的过程如下：根据第i个自定位基站的初始定位坐标(xi,yi)，计算坐标偏差值Δx和Δy。如式(6)所示。式(6)中，矩阵A的表达式如式(7)所示；矩阵B的表达式如式(8)所示；式(8)中，3-3.计算第i个自定位基站的定位坐标更新值(x'i，y'i)如式(9)，并将(x'i，y'i)作为新的第i个自定位基站坐标(xi，yi)。3-4.若坐标偏差值Δx和Δy满足不等式(10)；则进入步骤3-5；否则，将第i个自定位基站坐标(xi，yi)再次代入3-2和3-3进行迭代更新。|Δx|+|Δy|≤ε式(10)步骤4：对所有自定位基站进行位置校准。4-1.任选两个自定位基站，记为基站i和基站j；人工测量基站i与基站j之间的距离Dij。4-2.根据基站i和基站j在步骤三中迭代更新得到的坐标(xi，yi)、(xj，yj)，计算基站i与基站j之间距离如式(11)所示。4-3.计算距离差值对所有自定位基站的坐标(xk，yk)进行修正，得到各自定位基站的最终坐标(x'k，y'k)如式(12)所示，k＝1,2,…,n。式(12)中，Ck为第k个自定位基站的定位可信度。作为优选，步骤1中，n个自定位基站按照到坐标原点的距离从小到大排序。作为优选，步骤2中，预设值s为0.99。作为优选，步骤3执行前，使用Taylor级数展开算法，对各自定位基站的坐标进行更新。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术相比于现有技术，通过迭代自定位与校准方法使得定位过程无需专业人员对定位基站进行手动的测量与校准，降低了UWB定位效果对基站精准坐标的要求，提高了定位系统使用的便捷性，可以满足广大用户对室内定位可操作性的迫切需求。附图说明图1为本专利技术中定位设备的布置示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种UWB基站迭代自定位与校准方法，其特征在于：步骤1：在定位区域中部署好基础基站A和基础基站B；基础基站A和基础基站B均设置在定位区域的边线处；以基础基站A与基础基站B的连线作为基准线；以基准线的中点作为坐标原点，以垂直于基准线且朝向定位区域内的方向作为X轴正方向，建立相对定位坐标系；/n步骤2：将n个自定位基站按照到基准线的距离由近至远的顺序逐个设置到定位区域内；每设置一个自定位基站，便对该自定位基站进行自动位置检测；/n对第i个自定位基站进行自动位置检测的过程如下：/n判断第i个自定位基站是否能够收到基础基站A和基础基站B发出的信号，并根据不同的情况，选择对应的计算方法计算第i个自定位基站的相对坐标(x

【技术特征摘要】
1.一种UWB基站迭代自定位与校准方法，其特征在于：步骤1：在定位区域中部署好基础基站A和基础基站B；基础基站A和基础基站B均设置在定位区域的边线处；以基础基站A与基础基站B的连线作为基准线；以基准线的中点作为坐标原点，以垂直于基准线且朝向定位区域内的方向作为X轴正方向，建立相对定位坐标系；
步骤2：将n个自定位基站按照到基准线的距离由近至远的顺序逐个设置到定位区域内；每设置一个自定位基站，便对该自定位基站进行自动位置检测；
对第i个自定位基站进行自动位置检测的过程如下：
判断第i个自定位基站是否能够收到基础基站A和基础基站B发出的信号，并根据不同的情况，选择对应的计算方法计算第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)；具体如下：
情况1：若第i个自定位基站能够同时收到基础基站A和基础基站B发出的信号，则通过UWB定位方法分别检测第i自定位基站到基础基站A、基础基站B的距离diA、diB；建立diA、diB与第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)的关系式如式(1)所示：



式(1)中，diA为第i个自定位基站与基础基站A之间的距离；diB为第i个自定位基站与基础基站B之间的距离；xi、yi分别为第i个自定位基站的X轴坐标、Y轴坐标；
求解方程式(1)获取第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)，设置第i个自定位基站的定位可信度C为1；
情况2：若第i个自定位基站能够收到基础基站A发出的信号且无法收到基础基站B发出的信号，则在已经完成定位的自定位基站中任意选一个能够与第i自定位基站通信的自定位基站作为基站j，则通过UWB定位方法分别检测第i自定位基站到基础基站A、基站j的距离diA、dij；建立diA、dij与第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)的关系式如式(3)所示：



式(3)中，xj、yj分别为第j个自定位基站的X轴坐标、Y轴坐标；
求解方程式(3)获取第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)，并设置第i个自定位基站的定位可信度C为预设值s；求解式(3)时，若有两个解，则取X轴坐标中较大的那个解作为第i个自定位基站的相对坐标；
情况3：若第i个自定位基站能够收到基础基站B发出的信号且无法收到基础基站A发出的信号，则在已经完成定位的自定位基站中任意选一个能够与第i自定位基站通信的自定位基站作为基站j，则通过UWB定位方法分别检测第i自定位基站到基础基站B、基站j的距离diB、dij；建立diB、dij与第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)的关系式如式(3)所示：



求解方程式(4)获取第i个自定位基站的相对坐标(xi，yi)，并设置第i个自定位基站的定位可信度C为预设值s；求解式(4)时，若有两个解，则取X轴坐标中较大的那个解作为第i个自定位基站的相对坐标；
情况4：若第i个自定位基站无法收到基础基站A和基础基站B发出的信号，则在已经完成定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张美燕，蔡文郁，杨启尧，
申请(专利权)人：浙江水利水电学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33