一种UWB室内定位系统基站自动标定的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种UWB室内定位系统基站自动标定的方法，属于基站标定技术领域。现有UWB定位系统的基站自动标定需人工进行部分定位，且对于室内非视距环境不适用。本发明专利技术方法如下：在室内部署好定位基站，选定一个主基站，建立相对坐标系；让标签在定位区域内移动，选取易于获得标签与主基站之间距离的位置，并手动测量标签的坐标；运行定位系统获取标签发送的信号到达各个基站的时间差并计算距离差；通过距离和标签不同位置的坐标信息解算待测基站的位置。本发明专利技术相比于现有技术，通过标签作为中介不需要完成基站和标签之间的时钟同步就能够测量标签和定位基站之间的距离，减小了由于非视距环境带来的测距误差，也能够提高基站自动标定的效率。自动标定的效率。自动标定的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种UWB室内定位系统基站自动标定的方法


[0001]本专利技术涉及一种UWB室内定位系统基站自动标定的方法，属于基站标定
，具体涉及一种利用移动标签反向定位待测基站的方法，尤其是应用于室内环境中基站的自动标定场景。

技术介绍

[0002]近年来随着人们对室内精准位置信息获取的需求，室内定位技术迅猛发展。实现室内定位服务的首要工作是基站的部署，基站的部署主要是结合定位场所的物理空间，通过测绘手段来实现定位基站的标定。由于室内存在大量的墙体等遮挡物，缺乏先验信息无法对室内环境进行了解和认知，基站之间的直线距离难以直接测量，这增加了UWB室内定位系统部署和展开时的难度。
[0003]一般而言，UWB基站标定通过手动利用尺子、激光测距仪等设备实现，费时费力。为了提升基站的部署效率，有学者提出了先手动布置好部分基站，再利用布置好的基站完成对其他基站位置的标定，在UWB定位系统中基站的位置通常是固定的，这种方法对于复杂室内环境来说，手动标定基站的过程中会遇到非视距环境，给测量两基站之间的直线距离带来了困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种UWB室内定位系统基站自动标定的方法，利用可以任意移动的标签对固定基站进行标定。本专利技术的UWB室内定位系统基站自动标定方法的技术方案的有益效果是：本专利技术充分考虑复杂室内的非视距环境，利用移动标签作为中介，不仅能够在测距方面减小非视距误差，也能够在仅对基站进行时钟同步的情况下测量出标签与基站之间的距离，解决了因基站不可移动导致的测距困难问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了一种UWB室内定位系统基站自动标定的方案，自动标定方法包括以下步骤：
[0006]1)在定位区域内设置若干个定位基站，选定其中一个作为主基站，将主基站作为坐标原点(0，0)，其余作为待测基站；相对定位坐标系由主基站确定如下：以主基站为原点，与定位区域某一边缘平行的方向为横轴，朝向定位区域的方向为正向，过原点且垂直于横轴的方向为纵轴，朝向定位区域的方向为正向；
[0007]2)在定位区域内自由移动标签，选定易于测量标签和主基站之间直线距离的位置，并手动测量出标签所在位置的坐标和标签与主基站间的距离d0；
[0008]3)分别测量标签发送信号达到主基站的时间戳t和到达待测基站i的时间戳t
i
，计算出标签所发送的同一帧信号到达待测基站i与到达主基站的时间差t
i
‑
t；其中标签发送的信号为UWB信号，时间戳通过运行定位系统自动获得，并通过POE传输给上位机；
[0009]4)通过Δd
i
＝(t
i
‑
t)
×
c(此处c为光速)计算出标签与待测基站i和标签与主基站的距离差；
[0010]5)通过d
i
＝Δd
i
+d0计算出标签与待测基站i之间的距离；
[0011]6)重复上述步骤2)～5)，记录至少3组不同位置的标签数据，第j组位置标签为(x
j
，y
j
)；
[0012]7)选定6)中至少三组数据对待测基站进行定位。
[0013]进一步的，所述步骤2)测量距离所用方式为手动利用皮尺、激光测距仪等测量。
[0014]进一步的，所述步骤3)测量到达时间差TDOA(Time difference of Arrival)避免了标签与基站之间的时钟同步问题，只需要对基站之间完成时钟同步即可。
[0015]进一步的，为了使各基站之间完成时钟同步，所述步骤3)中主基站发送时钟同步信号，待测基站接收并解析时钟同步信号，获取时间戳信息。
[0016]进一步的，为了对时间戳信息进行数据处理，所述步骤3)中时间戳信息通过POE上传给上位机。
[0017]进一步的，所述步骤7)所用定位方法为三边定位法，其原理如图2所示，其中A(x1，y1)、B(x2，y2)、C(x3，y3)为选定的三个不同位置的标签坐标，D(x，y)为待测基站i的位置坐标，d
i1
、d
i2
、d
i3
分别为待测基站i到三个不同位置标签的距离，分别以三个标签位置为圆心、三个距离为半径画圆，三个圆的交点即为待测基站i的位置，具体解算过程如下：
[0018][0019]由于测距误差的存在，上述方程组可能会存在无解的情况，以不同参考节点为中心绘制的圆弧或者球面可能不交于一点，只能得到实际距离在一定误差范围内的结果，因此采用最小二乘法对上述方程组的解进行估计，其原理为：
[0020]解下面的方程组(一共n个不同位置的标签坐标)直接得到待测基站坐标：
[0021][0022]进一步的，在上式的基础上，将前n
‑
1个方程减去第n个方程，得到线性化方程AX＝b，其中
[0023][0024][0025]利用最小二乘法可解得：
[0026]X＝(A
T
A)
‑1A
T
b，
[0027]即为待测基站i的估计坐标。
[0028]进一步的，所述步骤7)选定的数据在3组以上即可。
附图说明
[0029]图1为本专利技术UWB室内定位系统基站自动标定方法的流程图。
[0030]图2为本专利技术所用到的三边定位法示意图。
具体实施方式
[0031]本专利技术的主要目的在于，基于现有的UWB基站自动标定方法效率低、在非视距环境不适用的问题，本专利技术利用可以自由移动的标签将固定基站之间的测距问题转化成移动标签与基站之间的测距问题，通过准确度更高且更容易获得的距离和坐标，计算出待测基站的位置信息，实现各基站的自动标定，不仅提高了标定效率，还能减小测距过程中的非视距误差。
[0032]具体的，UWB室内定位系统基站自动标定的方法如图1所示，包括以下步骤：
[0033]1)在定位区域内设置若干个定位基站，分布在定位区域内的不同位置，选定其中一个作为主基站，将主基站作为坐标原点(0，0)，其余作为待测基站；相对定位坐标系由主基站确定如下：以主基站为原点，与室内定位区域某一边缘平行的方向为横轴，朝向定位区域的方向为正向，过原点且垂直于横轴的方向为纵轴，朝向定位区域的方向为正向；待测基站坐标未知，需要通过本专利技术来确定其坐标；
[0034]2)采用的工具包括可以测量距离的激光测距仪和包括基站和标签且能完成基站之间时钟同步的定位设备，在定位区域内自由移动标签，选定易于测量标签和主基站之间直线距离的位置，即保证标签与主基站之间为视距环境，并手动利用激光测距仪或者尺子测量出标签所在位置的坐标和标签与主基站间的距离d0；
[0035]3)分别测量标签发送信号达到主基站的时间戳t和到达待测基站i的时间戳t
i
，计算出标签所发送的同一帧信号到达待测基站i与到达主基站的时间差t
i
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明涉及一种UWB室内定位系统基站自动标定的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在定位区域内设置若干个定位基站，选定其中一个作为主基站，将主基站作为坐标原点(0，0)，其余基站作为待测基站；2)在定位区域内自由移动标签，选定易于测量标签和主基站之间直线距离的位置，并手动测量出标签所在位置的坐标和标签与主基站间的距离d0；3)分别测量标签发送信号达到主基站的时间戳t和到达待测基站i的时间戳t
i
，计算标签所发送的同一帧信号到达待测基站i与到达主基站的时间差t
i
‑
t；4)计算标签与待测基站i和标签与主基站的距离差；5)计算标签与待测基站i之间的距离；6)重复上述步骤2)～5)，记录至少3组不同位置的标签数据；7)选定6)中至少三组数据对待测基站进行定位。2.根据权利要求1所述的UWB室内定位系统基站自动标定的方法，其特征在于，所述步骤2)测量距离所用方式为手动利用皮尺、激光测距仪等测量。3.根据权利要求1所述的UWB室内定位系统基站自动标定的方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐萌，曾成，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：