一种基于左、右手性空间定位系统及其定位方法技术方案

一种基于左、右手性空间定位系统及其定位方法，属于测距和定位技术领域，本发明专利技术在满足分布式局部定位基站局部区域分布密度的情况下，随机安装四个基站，四个不共面的基站A、B、C、D组成一个基础定位系统；以基站A为坐标原点，基站A、C构成的向量

【技术实现步骤摘要】
一种基于左、右手性空间定位系统及其定位方法
本专利技术涉及测距和定位
，尤其涉及一种基于左、右手性空间定位系统及其定位方法。
技术介绍
2016年，虞坤霖等人(申请公布号：CN106211080A)申请的《一种UWB基站坐标自校准方法》专利中提出，采用标签来校准基站变动后的位置，但是专利中并没有实质性的说明怎样使用标签来自动标定基站的坐标。2017年，朱晓章等人(申请公布号：CN106990389A)申请的《定位系统中基站间建立坐标系的方法》专利中提出，利用基站间距离建立坐标系的方法解决了现有技术中采用借助全站仪、激光测距仪等测量仪器进行人工测量的方式建立坐标系，但是存在的问题是，该定位系统在建立坐标系时，首先需要明确各个基站的大致方位，对于非视距或者方位不清楚的情况下，仍然无法正常获取定位数据。2018年，田世伟等人(申请公布号：CN109218967A)申请的《UWB系统定位基站标定方法及其设备》专利中提出，采用人工测量的方式测量待标定基站在当前定位环境中的真实坐标值，进而建立参考坐标系，此种方式建立的参考坐标系精度不高，具有人为误差影响。2019年，许晟等人(申请公布号：CN110290463A)申请的《基于最优化理论的UWB基站坐标自动标定方法和系统》专利中提出，首先将基站以及标签放置相应位置，构建最小UWB系统，并采用最优化理论，对所有理论距离和实际测量距离的残差和进行最优化处理，进而校准系统，在一定程度上，实现了自动化校准过程，但是对于最小UWB系统参考坐标系的建立，仍然采用人为规定基站以及标签放置位置的方式，人为决策多，不具有灵活性。现有的建立坐标系以及测量基站位置的方法多采用借助全站仪、激光测距仪等测量仪器进行人工测量的方式。人工测量的方式耗费的人力成本巨大，且受限于基站的布设环境，此外，由于仪器的测量误差、人为误差等影响，此种方法测量基站位置的精度较差，甚至位置的准确度，会严重影响对目标的进行定位时的准确度。因此，需要提供一种定位系统及方法来解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的基站需要人为设定同时测量不准确的问题，进而提供一种基于左、右手性空间定位系统及其定位方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种基于左、右手性空间定位系统，在满足分布式局部定位基站局部区域分布密度的情况下，随机安装四个基站，四个不共面的基站A、B、C、D组成一个基础定位系统；右手性空间定位系统包括以下步骤:以基站A为坐标原点，基站A、C构成的向量为X轴，以X轴为参照，在平面ABC中建立Y轴，Z轴指向为基站D所在位置的竖直方向，构建空间坐标系；左手性空间定位系统包括以下步骤：以基站A为坐标原点，基站A、B构成的向量为X轴，以X轴为参照，在平面ABC中建立Y轴，Z轴指向为基站D所在位置的竖直方向，构建空间坐标系。进一步，四个基站所构成的三棱锥以各个顶点(A，B，C，D)对应的高(HA，HB，HC，HD)大于基站测距精度。一种基于左、右手性空间定位方法，两两基站之间的距离通过基础定位系统内部基站互相测量得到，分别表示为进一步，以右手性空间定位系为标准建立虚拟坐标系，其中基站A、B、C、D的坐标为A(0,0,0)，B(XB,YB,0)，C(b，0，0)，D(XD，YD，ZD)，其中，则G＝(c2+d2-e2)2H＝(b2+d2-f2)2K＝(b2+c2-a2)2则当d2-ZD2-XD2＞0时，d2-ZD2-XD2＝0时，YD＝0。进一步，实际基站A’、B’、C’、D’在虚拟坐标系中的位置为两两基站之间长度的映射，即其中A’、B’、C’、D’与A、B、C、D分别互为映射，按照这样的映射关系，虚拟坐标系统与实际基站对应的坐标系统存在镜像或一致。进一步，当右手性坐标系中的点与虚拟映射点一一对应且位置一致时，在空间移动信标Q，按照y→x→z轨迹移动，在虚拟坐标系中，同样会出现一个Q′点沿着y′→x′→z′移动，这个移动轨迹所构成的矢量坐标系为右手性空间坐标系轨迹。进一步，当左手性坐标系中的点与虚拟映射点镜像时，在空间移动信标Q，按照y→x→z轨迹移动，在虚拟坐标系中，同样会出现一个Q′点沿着y′→x′→z′移动，对应的y′→x′→z′移动轨迹为左手性空间坐标系轨迹。进一步，初始时刻信标Q于点O处，通过在右手性坐标系测距系统中的测距值，即信标Q到A、B、C、D四点的距离分别为LA、LB、LC、LD，通过四点空间定位法计算信标Q在O处的坐标Q′，信标Q在X、Y、Z处得到相应坐标X′、Y′、Z′，由虚拟坐标系得出的运动的轨迹用向量表示为对矢量和做外积运算，即从而在上的投影的内积为正值，表示右手性坐标系与虚拟坐标系是一致的。进一步，初始时刻信标Q于点O处，通过在左手性坐标系测距系统中的测距值，即信标Q到A、B、C、D四点的距离分别为LA、LB、LC、LD，通过四点空间定位法计算信标Q在O处的坐标Q′，信标Q在X、Y、Z处得到相应坐标X′、Y′、Z′，由虚拟坐标系得出的运动的轨迹用向量表示为对矢量和做外积运算，即从而在上的投影的内积为负值，表示左手性坐标系与虚拟坐标系是镜像的。本专利技术对于现有技术具有以下有益效果：本专利技术通过建立左手性坐标系和右手性坐标系，两两基站间的距离通过互相测量得到，从而计算出虚拟坐标系中基站的坐标值；通过判断左手性坐标系和右手性坐标系与虚拟坐标系的关系，得知D基站竖直坐标的值，最终确定实际基站在虚拟坐标系中的坐标。本专利技术定位基站的安装部署随机，且通过简单计算即能够得到基站的坐标，不仅节省了人工测量的成本，同时测量更准确。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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是本专利技术右手性空间坐标系示意图；图2是本专利技术左手性空间坐标系示意图；图3是本专利技术右手性坐标系中的点与虚拟映射点重合时示意图；图4是本专利技术左手性坐标系中的点与虚拟映射点镜像时示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于左、右手性空间定位系统，在满足分布式局部定位基站局部区域分布密度的情况下，随机安装四个基站，四个不共面的基站A、B、C、D组成一个基础定位系统；/n其特征在于，右手性空间定位系统包括以下步骤:/n以基站A为坐标原点，基站A、C构成的向量

【技术特征摘要】
1.一种基于左、右手性空间定位系统，在满足分布式局部定位基站局部区域分布密度的情况下，随机安装四个基站，四个不共面的基站A、B、C、D组成一个基础定位系统；
其特征在于，右手性空间定位系统包括以下步骤:
以基站A为坐标原点，基站A、C构成的向量为X轴，以X轴为参照，在平面ABC中建立Y轴，Z轴指向为基站D所在位置的竖直方向，构建空间坐标系；
左手性空间定位系统包括以下步骤：
以基站A为坐标原点，基站A、B构成的向量为X轴，以X轴为参照，在平面ABC中建立Y轴，Z轴指向为基站D所在位置的竖直方向，构建空间坐标系。


2.根据权利要求1所述一种基于左、右手性空间定位系统，其特征在于，四个基站所构成的三棱锥以各个顶点(A，B，C，D)对应的高(HA，HB，HC，HD)大于基站测距精度。


3.一种基于左、右手性空间定位方法，其特征在于，两两基站之间的距离通过基础定位系统内部基站互相测量得到，分别表示为





4.根据权利要求3所述一种基于左、右手性空间定位方法，其特征在于，以右手性空间定位系为标准建立虚拟坐标系，其中基站A、B、C、D的坐标为A(0,0,0)，B(XB,YB,0)，C(b，0，0)，D(XD，YD，ZD)，
其中，



则



G＝(c2+d2-e2)2
H＝(b2+d2-f2)2
K＝(b2+c2-a2)2
则



当d2-ZD2-XD2＞0时，



d2-ZD2-XD2＝0时，YD＝0。


5.根据权利要求4所述一种基于左、右手性空间定位方法，其特征在于，实际基站A’、B’、C’、D’在虚拟坐标系中的位置为两两基站之间长度的映射，即其中A’、B’、C’、D’与A、B、C、D分别互为映射，按照这样的映...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷帅锋，戴宇辉，郭立强，
申请(专利权)人：天津市山石机器人有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津;12