一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统及其定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统及其定位方法，系统包括基站模块、UWB标签模块、上位机数据处理模块，UWB标签模块与上位机数据处理模块信号连接，基站模块相互间隔设有多个，其中一个基站模块作为其他基站模块的基点，基站模块包括全站仪模块、含棱镜的UWB基站，含棱镜的UWB基站嵌设于全站仪模块顶部，含棱镜的UWB基站与UWB标签模块信号连接，全站仪模块与上位机数据处理模块信号连接，UWB标签模块与上位机数据处理模块信号连接。本发明专利技术能够解决室外环境下基站难以快速部署、基站灵活性差的问题，通过新的多边融合定位算法结算坐标，能够在快速部署基站坐标的同时进行各个基站点误差校验，提高系统的覆盖范围和准确度。围和准确度。围和准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统及其定位方法


[0001]本专利技术涉及精准定位技术和基站部署测量领域，尤其是涉及一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统及其定位方法。

技术介绍

[0002]全站仪模块，即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统，因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪模块，广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。
[0003]反射棱镜是全站仪模块使用前的基本步骤，在测绘过程中，目前的反射棱镜的过程需要全程人工干预，且每换一个点反射棱镜就需要跟着变动。
[0004]超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，近年来UWB广泛应用于智能小车定位、无人机编队定位，能够很好的解决定位精度问题。
[0005]专利号CN114413868A公开了一种基于UWB与电控玻璃的全站仪模块瞄准反射棱镜系统及方法，其基于UWB模块的角度测量功能，全站仪模块对反射棱镜的搜索可以在小角度范围内进行，相比于大角度范围搜索大幅提升了效率，但是对于全站仪模块与UWB数据的获取处理、基站在复杂环境下搭建的方法没有提出改进之处。
[0006]专利号CN114697859A公开了GPS定位系统、GPS定位方法及GPS定位终端。该系统有其判断存储单元中的存储辅助数据有效还是无效功能；但未能充分考虑室外复杂情况尤其江湖泊视线阻挡情况，已有定位技术GPS定位精度不够、干扰大等缺陷，此类情况不能有效进行UWB基站的精准搭建。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统，实现在室外复杂环境下对UWB基站部署的精准性，提高基站通信稳定性，实现各个基站点误差校准以及全站仪模块与UWB数据集成。并提供了其定位方法。
[0008]技术方案：一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统，包括基站模块、UWB标签模块、上位机数据处理模块，UWB标签模块与上位机数据处理模块信号连接，基站模块相互间隔设有多个，其中一个基站模块作为其他基站模块的基点，基站模块包括全站仪模块、含棱镜的UWB基站，含棱镜的UWB基站嵌设于全站仪顶部，含棱镜的UWB基站与UWB标签模块信号连接，全站仪模块与上位机程序处理模块信号连接。
[0009]全站仪模块与含棱镜的UWB基站均通过上位机数据处理模块进行数据的互相融合处理，全站仪模块提供测的原点基站与其余各个基站模块间角度与距离数据、嵌套的含棱
镜的UWB基站提供基站与UWB标签模块距离，通过上位机融合算法、定位算法进行标签坐标结算。
[0010]UWB标签模块接收岸上所有基站模块的信号后结算出与各个基站模块的距离数据，基站模块中的全站仪模块负责测出所有岸上基站间角度与距离数据，上位机数据处理模块接收UWB标签模块结算的距离数据与全站仪模块测的角度与距离数据，通过基站坐标算法结算出各个岸上基站模块坐标，再与定位算法进行融合，结算出UWB标签模块坐标，上位机数据处理模块实时显示标签移动轨迹、基站模块部署信息，同时上位机数据处理模块能够再发送各个含棱镜的UWB基站坐标与全站仪模块进行基站坐标校准。
[0011]含棱镜的UWB基站底部装有旋转底座，靠螺丝固定在全站仪模块顶部，其UWB部分可按角度需求进行旋转调整；全站仪模块安装在三脚架上，可方便复杂环境下任意位置进行基站的搭建。
[0012]进一步的，含棱镜的UWB基站包括棱镜、UWB模块，棱镜设有两个，分别安装于UWB模块外壳的正反两面上。
[0013]进一步的，UWB标签模块包括数传模块、芯片模块，数传模块与含棱镜的UWB基站信号连接，并将信号传递给芯片模块，芯片模块与上位机数据处理模块信号连接。
[0014]进一步的，上位机数据处理模块包括数传收发模块、数据融合算法模块、结算UWB标签坐标算法模块，数传收发模块与UWB标签模块信号连接，数据融合算法模块与全站仪模块信号连接，数传收发模块、数据融合算法模块分别与结算UWB标签坐标算法模块信号连接。
[0015]数传收发模块进行实时接收各个基站模块点坐标数据、UWB标签距离数据；数据融合算法模块通过接收的站仪间距离与角度信息，通过基站坐标算法实时结算各个基站模块坐标，再通过结算UWB标签坐标算法模块，将基站模块坐标与UWB标签模块传输数据信息集成，通过多边定位融合算法实时结算定位UWB标签模块坐标。
[0016]最佳的，上位机数据处理模块还包括可实时显示基站模块部署信息以及UWB标签模块定位轨迹的上位机界面实时显示模块。
[0017]一种上述的基于全站仪模块的UWB室外定位系统的定位方法，包括以下步骤：
[0018]S1：建立局部坐标系，对其中一个基站模块自规定为坐标原点，设为原点基站，在室外环境下进行多个基站模块的场地部署；
[0019]S2：进行无线模块通信测试，建立上位机数据处理模块与各基站模块无线通讯连接；
[0020]S3：在局部坐标系中，以原点基站为基准点开始，以此辐射测量，通过基站模块测角、测距原理以及UWB标签基站点测距原理，实时测出基点基站与其余各个基站模块的距离和角度数据、UWB标签模块测出与含棱镜的UWB基站之间的距离数据，并基站每隔100～150毫秒传输到上位机数据处理模块；
[0021]S4：通过所获得的基站角度、距离数据、UWB标签模块测出与含棱镜的UWB基站之间的距离数据，通过上位机数据处理模块实时结算基站部署坐标；并将基站部署的坐标、UWB标签模块所测标签距离再进行多边融合定位算法结算标签坐标；
[0022]S5：坐标原点的第一个基站模块测量完毕，以靠近其的最近邻基站为下一个基准点进行相同测量，以此辐射向外，构成基站部署网络；
[0023]S6：上位机数据处理模块实时显示部署的各基站模块角度、距离数据信息、标签航迹信息。
[0024]进一步的，在步骤S1中，在部署基站模块时，其中任意相邻的三个基站模块连线所构成的三角形，为锐角三角形或者直角三角形。
[0025]进一步的，在步骤S1中，基站模块的部署位置获取包括以下步骤：
[0026]S11.选择观测模式：打开基站模块的全站仪模块并在其菜单中选择观测模式；
[0027]S12.选择续测选项：在观测模式下，选择续测选项，使基站模块能够记录观测点；
[0028]S13.对准含棱镜的UWB基站：对准要观测的含棱镜的UWB基站，并调整全站仪模块的高度和水平位置，使其准确对准观测点；
[0029]S14.观测点测量：在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统，其特征在于：包括基站模块(1)、UWB标签模块(2)、上位机数据处理模块(3)，UWB标签模块(2)与上位机数据处理模块(3)信号连接，基站模块(1)相互间隔设有多个，其中一个基站模块(1)作为其他基站模块(1)的基点，基站模块(1)包括全站仪模块(11)、含棱镜的UWB基站，含棱镜的UWB基站嵌设于全站仪(11)顶部，含棱镜的UWB基站与UWB标签模块(2)信号连接，全站仪模块(11)与上位机程序处理模块(3)信号连接。2.根据权利要求1所述的一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统，其特征在于：含棱镜的UWB基站包括棱镜(12)、UWB模块(13)，棱镜(12)设有两个，分别安装于UWB模块(13)外壳的正反两面上。3.根据权利要求1所述的一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统，其特征在于：UWB标签模块(2)包括数传模块、芯片模块，数传模块与含棱镜的UWB基站信号连接，并将信号传递给芯片模块，芯片模块与上位机数据处理模块(3)信号连接。4.根据权利要求1所述的一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统，其特征在于：上位机数据处理模块(3)包括数传收发模块、数据融合算法模块、结算UWB标签坐标算法模块，数传收发模块与UWB标签模块(2)信号连接，数据融合算法模块与全站仪模块(11)信号连接，数传收发模块、数据融合算法模块分别与结算UWB标签坐标算法模块信号连接。5.根据权利要求4所述的一种基于全站仪模块的UWB室外定位系统，其特征在于：上位机数据处理模块(3)还包括可实时显示基站模块(1)部署信息以及UWB标签模块(2)定位轨迹的上位机界面实时显示模块。6.一种如权利要求1～5任一所述的基于全站仪模块的UWB室外定位系统的定位方法，其特征在于包括以下步骤：S1：建立局部坐标系，对其中一个基站模块(1)自规定为坐标原点，设为原点基站，在室外环境下进行多个基站模块(1)的场地部署；S2：进行无线模块通信测试，建立上位机数据处理模块(3)与各基站模块(1)无线通讯连接；S3：在局部坐标系中，以原点基站为基准点开始，以此辐射测量，通过基站模块测角、测距原理以及UWB标签基站点测距原理，实时测出基点基站与其余各个基站模块(1)的距离和角度数据、UWB标签模块(2)测出与含棱镜的UWB基站之间的距离数据，并基站每隔100～150毫秒传输到上位机数据处理模块(3)；S4：通过所获得的基站角度、距离数据、UWB标签模块(2)测出与含棱镜的UWB基站之间的距离数据，通过上位机数据处理模块(3)实时结算基站部署坐标；并将基站部署的坐标、UWB标签模块(2)所测标签距离再进行多边融合定位算法结算标签坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶辉，张号，杨晓飞，胡天翔，吴仕鹏，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：