一种UWB阵列融合高精度定位方法及系统技术方案

本申请公开了一种UWB阵列融合高精度定位方法及系统，包括：提供一UWB阵列活动标签，所述UWB阵列活动标签包含三个芯片，各芯片相对位置为已知且固定不变，将基站部署在已知坐标值的固定位置上，测量各基站的信号到达UWB阵列活动标签的时间，用测距方程将所述各基站的信号到达UWB阵列活动标签的时间转化为距离，测量三个基站到UWB阵列活动标签的距离，运用基于状态距离约束的扩展卡尔曼滤波计算UWB阵列活动标签的位置信息。本发明专利技术的优点是：利用芯片间的几何位置关系对定位算法作几何约束，以提高UWB定位系统的定位性能，提高其定位精度及稳定性。通过改善UWB标签内部结构来提高定位鲁棒性，定位算法更为简便、高效。高效。高效。

【技术实现步骤摘要】
一种UWB阵列融合高精度定位方法及系统


[0001]本专利技术属于室内定位
，涉及一种UWB阵列融合高精度定位方法及系统。

技术介绍

[0002]现有的室外定位系统已经发展的非常成熟，如GPS、北斗等卫星定位导航系统，它们在室外具有较准确的定位性能，基本能满足人们日常需求，但由于受建筑遮挡导致卫星信号衰减严重，使得卫星定位系统在室内环境下无法准确定位。而如今，室内定位需求正日益扩大。近年来，涌现出许多关于室内定位方法的研究，主要集中在基于移动设备自带传感器件或借助外在基础设施的两类定位方法。其中，基础设施包括WIFI、蓝牙、超声波、红外线、UWB、ZigBee等众多技术，而UWB凭借其抗干扰性能强、消耗电能小以及带宽极宽等自身优点，广泛受到研究者们的青睐与关注。在定位性能总体优于其它基础设施的情况下，目前研究发现，在实际应用中因复杂环境的非视距原因，仍然不可避免地存在多路径误差，在一定程度上影响了UWB定位精度。
[0003]CN115308684A的专利文献公开了一种UWB超宽带室内定位方法及装置，属于定位
，该方法包括：基于第一UWB定位标签获取定位机器人的定位信息、基于惯性测量单元获取定位机器人的姿态信息、以及基于激光雷达获取定位机器人所处的室内的点云图像；基于定位机器人的定位信息以及定位机器人的姿态信息，获取点云图像中各个激光点的定位坐标；基于点云图像中的各个激光点的定位坐标，生成定位机器人所处的室内的参考定位图；将所述参考定位图发送至目标终端。通过该方式，在实现待定位目标准确地定位的同时，也便于知悉整个室内环境的位置关系。该方法从组合定位方法的角度可一定程度克服UWB系统中的非视距问题，其显著缺点是：适应范围较小，定位精度不高。CN114608572A的专利文献公开了一种使用UWB与IMU结合实现AGV室内定位的方法，包括在AGV小车上布置IMU传感器，在室内定位运用场景中，布置UWB传感器；假设目标在室内二维平面内做均加速直线运动，定义在k时刻系统的状态向量；根据均加速直线运动方程建立系统状态方程。该方法的显著缺点是：提高了算法的复杂度，稳定性不强。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种UWB阵列融合高精度定位方法及系统，其如何简便、高效地解决实际应用中因复杂环境的非视距原因，存在多路径误差，在一定程度上影响了UWB定位精度的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种UWB阵列融合高精度定位方法，其特征在于，包括：
[0006]提供一UWB阵列活动标签，所述UWB阵列活动标签包含三个芯片，各芯片相对位置为已知且固定不变，每个芯片具有一个收发通道，所述收发通道与校正通道分别连接电源与时钟模块，各个收发通道还分别连接一天线阵面；
[0007]将各基站部署在已知坐标值的固定位置上，测量各基站的信号到达UWB阵列活动
标签的时间，用测距方程将所述各基站的信号到达UWB阵列活动标签的时间转化为距离，测量各个基站到UWB阵列活动标签的距离，运用基于状态距离约束的扩展卡尔曼滤波计算UWB阵列活动标签的位置信息。
[0008]进一步地，所述运用基于状态距离约束的扩展卡尔曼滤波计算UWB阵列活动标签的位置信息，包括：建立系统方程和测量方程。
[0009]进一步地，所述建立系统方程和测量方程包括：通过卡尔曼滤波时间更新方程和测量更新方程进行优化。
[0010]进一步地，所述运用基于状态距离约束的扩展卡尔曼滤波计算UWB阵列活动标签的位置信息，还包括：解算带状态距离约束的扩展卡尔曼滤波。
[0011]进一步地，所述解算带状态距离约束的扩展卡尔曼滤波，采用选取具有等式约束的卡尔曼滤波的两阶段递推估计进行计算。
[0012]本专利技术的另一目的在于提供一种UWB阵列融合高精度定位系统，其特征在于，包括：
[0013]构建单元，用于提供一UWB阵列活动标签，所述UWB阵列活动标签包含三个芯片，各芯片相对位置为已知且固定不变，每个芯片具有一个收发通道，所述收发通道与校正通道分别连接电源与时钟模块，各个收发通道还分别连接一天线阵面；
[0014]处理单元，用于将各基站部署在已知坐标值的固定位置上，测量各基站的信号到达UWB阵列活动标签的时间，用测距方程将所述各基站的信号到达UWB阵列活动标签的时间转化为距离，测量各个基站到UWB阵列活动标签的距离，运用基于状态距离约束的扩展卡尔曼滤波计算UWB阵列活动标签的位置信息。
[0015]进一步地，所述处理单元包括通道模块，用于建立系统方程和测量方程。
[0016]进一步地，所述计算模块连接更新模块，用于通过卡尔曼滤波时间更新方程和测量更新方程进行优化。
[0017]进一步地，所述通道模块还连接计算模块，用于解算带状态距离约束的扩展卡尔曼滤波。
[0018]进一步地，所述计算模块采用选取具有等式约束的卡尔曼滤波的两阶段递推估计进行计算。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]实现简单，在单一定位系统的基础上，通过提供包含3个芯片的UWB阵列活动标签，进行阵列融合计算，利用芯片间的几何位置关系对定位算法作几何约束，从而提高UWB定位系统的定位性能，提高其定位精度及稳定性。通过改善UWB标签内部结构来提高定位鲁棒性，相较组合定位系统，单一定位系统的定位算法更为简便、高效。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的一种UWB阵列融合高精度定位方法的UWB阵列活动标签示意图；
[0022]图2是本专利技术的一种UWB阵列融合高精度定位方法的算法流程图。
具体实施方式
[0023]如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应
可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0024]请参照图1和图2，本专利技术提供一种UWB阵列融合高精度定位方法，包括：
[0025]提供一UWB阵列活动标签，所述UWB阵列活动标签包含三个芯片，各芯片相对位置为已知且固定不变，每个芯片具有一个收发通道，所述收发通道与校正通道分别连接电源与时钟模块，各个收发通道还分别连接一天线阵面；
[0026]将各基站部署在已知坐标值的固定位置上，测量各基站的信号到达UWB阵列活动标签的时间，用测距方程将所述各基站的信号到达UWB阵列活动标签的时间转化为距离，测量各个基站到UWB阵列活动标签的距离，运用基于状态距离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UWB阵列融合高精度定位方法，其特征在于，包括：提供一UWB阵列活动标签，所述UWB阵列活动标签包含三个芯片，各芯片相对位置为已知且固定不变，每个芯片具有一个收发通道，所述收发通道与校正通道分别连接电源与时钟模块，各个收发通道还分别连接一天线阵面；将各基站部署在已知坐标值的固定位置上，测量各基站的信号到达UWB阵列活动标签的时间，用测距方程将所述各基站的信号到达UWB阵列活动标签的时间转化为距离，测量各个基站到UWB阵列活动标签的距离，运用基于状态距离约束的扩展卡尔曼滤波计算UWB阵列活动标签的位置信息。2.根据权利要求1所述的UWB阵列融合高精度定位方法，其特征在于，所述运用基于状态距离约束的扩展卡尔曼滤波计算UWB阵列活动标签的位置信息，包括：建立系统方程和测量方程。3.根据权利要求2所述的UWB阵列融合高精度定位方法，其特征在于，所述建立系统方程和测量方程包括：通过卡尔曼滤波时间更新方程和测量更新方程进行优化。4.根据权利要求3所述的UWB阵列融合高精度定位方法，其特征在于，所述运用基于状态距离约束的扩展卡尔曼滤波计算UWB阵列活动标签的位置信息，还包括：解算带状态距离约束的扩展卡尔曼滤波。5.根据权利要求4所述的UWB阵列融合高精度定位方法，其特征在于，所述解算带状态距离约束的扩展卡尔曼滤波，采用选取具有等...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩厚增，徐强，王坚，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：