一种基于协作的UWB标签非视距场景定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于协作的UWB标签非视距场景定位方法，包括如下步骤：步骤1，对于处于视距场景下的UWB标签，使用定位算法得到相对于接入点的位置坐标：步骤2，在已定位UWB标签中筛选与待定位UWB标签和接入点组成视距场景的UWB协作标签；步骤3，实现待定位UWB标签相对于接入点的定位，得到待定位UWB标的位置信息：步骤4，重复上述，得到所有待定位UWB标签的位置信息：步骤5，对不同时刻各个待定位UWB标签的位置信息进行卡尔曼滤波。本发明专利技术所公开的方法，将待定位UWB标签与协作标签进行相对定位，实现非视距场景下的UWB标签定位，解决了目前UWB定位场景中非视距定位失败的问题，扩大了UWB定位的使用范围。了UWB定位的使用范围。了UWB定位的使用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于协作的UWB标签非视距场景定位方法


[0001]本专利技术属于通信
，特别涉及该领域中的一种基于协作的UWB标签非视距场景定位方法，可用于室内和室外场景，实现携带UWB标签的行人、设备和货物等相对于接入点的定位。

技术介绍

[0002]现有的定位技术主要有卫星定位技术、Wi
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Fi定位技术、蓝牙定位技术、红外定位技术、可见光定位技术、惯性传感器定位技术、地磁场指纹定位技术和超宽带UWB定位技术等。其中：
[0003]卫星定位技术通过精确测量多颗已知位置的卫星到用户接收机之间的距离综合计算用户接收机的位置。卫星定位技术可以实现全球全天候连续定位和导航服务，但是卫星定位技术受高大树木、高楼、高架桥等遮挡影响，严重时导致定位不准，甚至无法定位。另外，由于建筑物外墙的阻隔，卫星定位技术通常无法实现室内定位。
[0004]Wi
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Fi定位技术通常利用位置已知的Wi
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Fi AP，通过测量标签与多个AP之间的距离，实现标签定位。众多AP组成无线局域网(WLAN)，Wi
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Fi定位技术可以完成复杂环境中的定位任务，定位精度在1米至20米之间。由于Wi
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Fi AP覆盖半径通常在百米左右，容易受其他信号干扰，降低了定位精度，且定位功耗也较高
[0005]蓝牙定位技术是使用定位终端的蓝牙模块和环境中部署的蓝牙基站实现定位，其定位精度最高可以达到亚米级，但是这种定位方法成本高，在复杂的环境中稳定性欠佳、受噪声干扰明显。
[0006]红外定位技术主要通过事先布设的多个红外传感器测量与红外标签的距离或角度，从而计算出红外标签所在的位置。红外定位的定位精度较高，但是红外线很容易被障碍物遮挡，传输距离也不长，硬件和施工成本高，此外红外线易受热源、灯光等干扰，造成定位精度和准确度下降。
[0007]可见光定位技术通过将身份标识码(ID)调制在灯光上实现对每个LED灯进行编码，LED灯不断发射自己的ID，定位标签通过摄像头来识别这些编码，然后利用所获取的识别信息在地图数据库中确定对应的位置，从而完成定位。可见光定位缺点是图像处理耗时长，实时性差。
[0008]基于惯性传感器的定位技术主要分为两种：一种是传统惯性传感器定位方法，另一种是行人航迹推算方法。这两种方法均利用定位标签携带的传感器设备，先采集运动数据，然后通过解算获取定位标签的位置信息。
[0009]地磁场指纹定位技术是利用室内地磁场不同的分布状态来实现室内定位。每一个室内环境都有自己独特的环境磁场，如果环境磁场的信息足够丰富，预先建立用于室内定位的地磁指纹库，然后可通过地磁指纹匹配算法解决定位问题。地磁场指纹定位技术对室内地磁场差异性要求较高，而且采集和建设地磁场指纹库工作量大，实际定位过程中容易出现定位漂移，在复杂的室内环境中定位精度不高。
[0010]超宽带UWB定位技术不依赖传统通信所必须的载波信号，仅使用极窄的脉冲信号，在室内视距环境下可以达到厘米级的定位精度。UWB定位系统有很多优势：1)能耗低，超宽带使用的脉冲时间很短，故它的信号功率谱的密度非常低。2)对信道的衰落不敏感。3)抗干扰性能很强，同时它也不会对处于同一环境下的其他用户信号产生影响。4)穿透能力强，这使得它更加适应室内环境。5)当发射机和接收机的时钟同步匹配时，定位精度很高，可将误差控制在10cm以内。但超宽带定位技术对硬件实现性能要求较高，从而导致硬件实现的成本较高。
[0011]在众多室内定位技术中，融合多种定位技术实现高精度室内定位是最为常用的一种思路，上述现有定位技术多是为处于视距场景的标签提供相对接入点的位置信息，而处于非视距场景中的标签要么定位失败，要么只能使用地磁指纹或惯性传感器等定位技术实现低精度定位，还没有为处于非视距场景的标签提供高精度位置信息的定位技术。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的技术问题就是针对现有技术无法为处于非视距场景的标签提供较高精度定位的不足，提供一种基于协作的UWB标签非视距场景定位方法，旨在快速、低开销地为处于非视距场景的标签提供相对于接入点的较高精度定位。
[0013]本专利技术采用如下技术方案：
[0014]一种基于协作的UWB标签非视距场景定位方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
[0015]步骤1，对于处于视距场景下的UWB标签，使用定位算法得到相对于接入点的位置坐标：
[0016]如果UWB标签能够定位出位置信息，则该UWB标签处于视距场景，在时刻t1，所有处于视距场景的UWB标签组成视距标签集合其中N为处于视距场景的UWB标签数量；
[0017]视距场景的UWB标签在时刻t1的坐标为其中表示第i个处于视距场景的UWB标签在时刻t1的二维坐标；
[0018]步骤2，对于处于非视距场景下的UWB标签，在已定位UWB标签中筛选与待定位UWB标签和接入点组成视距场景的UWB协作标签；
[0019]如果UWB标签未能定位出位置信息，则该UWB标签处于非视距场景，在时刻t1，所有处于非视距场景的UWB标签组成非视距标签集合其中M为处于非视距场景的UWB标签数量；
[0020]待定位UWB标签j与周围UWB定位标签通信，能与待定位UWB标签j建立稳定通信的UWB标签称为待定位UWB标签j的视距场景邻居标签，在中筛选待定位UWB标签j的视距场景邻居标签作为协作标签，在时刻t1，中与待定位UWB标签j处于视距场景的协作标签集合为其中K是协作标签数量；
[0021]待定位UWB标签j在协作标签集合中根据下列准则选择协作标签：
[0022]待定位UWB标签j在协作标签集合中任意选择一个标签与之协作；或待定位UWB标签j在协作标签集合中选择信号最强的标签与之协作；或待定位UWB标签j与协作标签集合中全部标签协作；
[0023]步骤3，待定位UWB标签j和协作标签通信，结合协作标签的位置信息，实现待定位UWB标签j相对于接入点的定位，得到待定位UWB标签j的位置信息：
[0024]在时刻t1，待定位UWB标签j与协作标签通信，获取协作标签的位置信息利用测距、加速度、陀螺仪或磁力计数据确定待定位UWB标签j与协作标签之间的相对位置根据和待定位UWB标签j在时刻t1相对于接入点的定位按照如下公式计算：
[0025][0026]如果协作标签有K个，待定位UWB标签j在时刻t1相对于接入点的定位按照如下公式计算：
[0027][0028]上式中，是时刻t1待定位UWB标签j与第n个协作标签的相对位置信息，是时刻t1第n个协作标签的位置信息；
[0029]步骤4，重复上述步骤，得到所有待定位UWB标签j的位置信息：
[0030]在时刻t2,t3,
…
，重复上述步骤1至步骤3，计算待定位UWB标签j在时刻t2,t3,
…
相对于接入点的定位坐标
[0031]步骤5，对不同时刻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于协作的UWB标签非视距场景定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对于处于视距场景下的UWB标签，使用定位算法得到相对于接入点的位置坐标：如果UWB标签能够定位出位置信息，则该UWB标签处于视距场景，在时刻t1，所有处于视距场景的UWB标签组成视距标签集合其中N为处于视距场景的UWB标签数量；视距场景的UWB标签在时刻t1的坐标为其中表示第i个处于视距场景的UWB标签在时刻t1的二维坐标；步骤2，对于处于非视距场景下的UWB标签，在已定位UWB标签中筛选与待定位UWB标签和接入点组成视距场景的UWB协作标签；如果UWB标签未能定位出位置信息，则该UWB标签处于非视距场景，在时刻t1，所有处于非视距场景的UWB标签组成非视距标签集合其中M为处于非视距场景的UWB标签数量；待定位UWB标签j与周围UWB定位标签通信，能与待定位UWB标签j建立稳定通信的UWB标签称为待定位UWB标签j的视距场景邻居标签，在中筛选待定位UWB标签j的视距场景邻居标签作为协作标签，在时刻t1，中与待定位UWB标签j处于视距场景的协作标签集合为其中K是协作标签数量；待定位UWB标签j在协作标签集合中根据下列准则选择协作标签：待定位UWB标签j在协作标签集合中任意选择一个标签与之协作；或待定位UWB标签...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄松涛，赵文丰，王珉，毛超波，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：