【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线定位，具体为一种uwb基站坐标自标定方法、系统、介质及设备。
技术介绍
1、uwb作为主流室内测距和定位技术，能够获得厘米级的测量精度，基于uwb技术的定位系统多种多样。目前uwb定位系统主要的框架是，uwb基站位置固定不变，部署时需要精确测量uwb基站的绝对坐标，被定位标签通过采集观测量(和基站之间的测距结果、和基站之间的差分距离结果)，并结合基站的坐标来估计出被定位标签的坐标；由于单个uwb基站的覆盖范围有限，一般在一个室内场所内需要部署众多的uwb基站，精确测量这些基站的坐标是非常费时费力的工作。
2、且现有的uwb基站坐标自标定系统，是基于部分已知坐标的基站，并结合基站之间的互相测距信息，对其他未知坐标的基站进行推算。这种推算方式是逐级递推的，这种逐级推算的体系结构，一定会导致随着推算级数的增加，推算的误差会逐渐发散，发散的速度取决于基站的构型(一维、二维、三维)以及已知基站坐标的数量，举例如下：
3、对于1～n个基站，沿着固定方向排列(假定为x轴正向排列)，已知第一个基站的坐标为(0,0)，第一个和第二个基站之间的测距为r12，那么可以推算出第二个基站的坐标为(r12,0)，剩余的其他基站都可以以此类推。
4、这种逐级推算的体系结构，往往只能够应用于一维的隧道等简单场景，无法进行大规模推广应用，用于二维或者三维场景时，由于发散速度非常快，导致没有实际可操作性。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种能够在短时间、低成本的
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种uwb基站坐标自标定方法，包括以下步骤：
3、s1、测量场景里若干个固定点的坐标；
4、s2、收集场景内uwb基站之间两两测距的结果；
5、s3、将s2得到的基站之间的测距结果对基站的构型进行粗估计；
6、s4、校验标签按照s1中测定的坐标固定点顺序直线移动，并采用s3中粗估计得到的基站坐标对标签进行定位，并得到标签的粗定位轨迹，其中粗定位轨迹包括一系列定位时间和定位坐标的数据集合；
7、s5、根据s4中得到的标签粗定位轨迹和s1中测定的固定点真实坐标进行匹配，估计平移偏差和旋转偏差；
8、s6、对s3中得到的基站坐标粗估计，按照s5中得到的旋转角进行角度旋转修正，然后加上平移量修正，得到基站真实坐标估计；
9、s7、将s6中修正后的基站坐标作为基准坐标参与定位算法。
10、优选的，所述s1中，将固定点的坐标记作p1～pn，其中n为固定点的数量。
11、优选的，所述s2中，将第i个基站和第j个基站之间的测距结果记作ri,j。
12、优选的，所述s3中，假设一共有m个基站，且基站之间的两两测距结果最多有m*(m-1)/2个；
13、其中若基站之间的测距足够多，将所有基站的位置的点集形成一个刚体结构，则粗估计得到的基站坐标相对于真实坐标，剩余未知的量将是刚体的平移量和刚体的旋转角。
14、优选的，通过基站之间的测距来得到基站坐标粗估计的算法；
15、具体包括以下：
16、对于m个基站的粗坐标估计问题，采用最小二乘的方法来得到粗估计，第i个基站的坐标(xi，yi，zi)和第j个基站的坐标(xj，yj，zj)显然满足：
17、
18、据此推导出最小二乘的迭代方程为：
19、δx＝pinv(atq-1a)*(atq-1r)，x'＝x+δx
20、其中，x为上一次定位结果，x’为新的迭代结果；
21、x、δx、x'为3m行列矢量：
22、x＝[x1,y1,z1,x2,y2,z2…xm,ym,zm]t
23、x'＝[x1',y1',z1',x2',y2',z2'…xm',ym',zm']t
24、其中r为nr行的列矢量，每行对应一个测距，其值为：
25、
26、q为这些测距结果的估计误差协方差矩阵，
27、对于每次测距独立的系统，q为对角阵，q-1为对角阵，
28、如果两个基站之间的没有测距结果，则q-1对应项为0；
29、其中，pinv表示伪逆，a为nr行、3m列矩阵；
30、且a的每一行对应一个测距，其大小为式1)中对xi,yi,zi,xj,yj,zj分别求偏导得到偏导系数；
31、在粗估计阶段，将第一个基站的坐标固定设为零点；
32、并经过多次迭代后，如果残差足够小，则认为获得一个合理的粗估计结果，否则粗估计阶段失败。
33、优选的，所述s5中，对于平面基站构型，偏移量为三维向量(x,y,z)，旋转角为水平旋转角且绕z轴，对于三维基站构型，偏移量为三维向量(x,y,z)，旋转角需要用四元数表示。
34、优选的，粗定位轨迹来估计基站构型刚体的平移量、刚体的旋转角的算法，以平面情况为例，整体流程包括以下两步：
35、第一步：点集匹配
36、由于标签移动的速度未知，且是非匀速运动的；首先需要对固定点真实坐标和粗定位轨迹的点进行点集匹配，详细步骤如下：
37、(1)从标签移动起始点开始，按顺序对固定点连线进行插值，每隔0.1米一个采样点，形成一系列连续的点集；设定最优匹配点的起始点为点集的第1个点；
38、(2)对每一个粗定位轨迹的点，都寻找点集中的一个点为最优匹配点；寻找方法包括从上个最优匹配点开始，最多寻找向前移动不超过2米的点，在所有满足条件的点中，选择最相似的点作为最优匹配点；
39、其中最相似的判断方法为，已经选择的最相似点构成的轨迹形状和已经匹配的粗定位轨迹点构成的轨迹形状相似度最高；
40、(3)循环完成所有粗定位轨迹的点的匹配后，记录下这些点，进入第二步；
41、第二步：偏差估算
42、1)将粗定位轨迹的点集和最相似点集和看做复平面的点集和，对两个点集合分别进行fft运算；
43、2)两个fft结果中零频率的差值为基站构型刚体的平移量；
44、3)将两个fft结果的各自零频分量清零，然后进行共轭相乘运算，得到一个复数c，该复数c对应的相位角度为待估算的刚体的旋转角。
45、本专利技术还提供了一种uwb基站坐标自标定系统，所述自标定系统包括应用了所述的uwb基站坐标自标定方法的多个定位基站以及校验标签。
46、本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其为计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上所述的uwb基站坐标自标定方法。
47、本专利技术还提供了一种计算机设备，包括：
48、处理器；用于存储所述处本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种UWB基站坐标自标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种UWB基站坐标自标定方法，其特征在于：所述S1中，将固定点的坐标记作P1～PN，其中N为固定点的数量。
3.根据权利要求1所述的一种UWB基站坐标自标定方法，其特征在于：所述S2中，将第i个基站和第j个基站之间的测距结果记作Ri,j。
4.根据权利要求1所述的一种UWB基站坐标自标定方法，其特征在于：所述S3中，假设一共有M个基站，且基站之间的两两测距结果最多有M*(M-1)/2个，其中若基站之间的测距足够多，将所有基站的位置的点集形成一个刚体结构，则粗估计得到的基站坐标相对于真实坐标，剩余未知的量将是刚体的平移量和刚体的旋转角。
5.根据权利要求4所述的一种UWB基站坐标自标定方法，其特征在于：通过基站之间的测距来得到基站坐标粗估计的算法，具体包括以下：
6.根据权利要求1所述的一种UWB基站坐标自标定方法，其特征在于：所述S5中，对于平面基站构型，偏移量为三维向量(x，y，z)，旋转角为水平旋转角且绕Z轴，对于三维基站构型，偏移
7.根据权利要求6所述的一种UWB基站坐标自标定方法，其特征在于：粗定位轨迹来估计基站构型刚体的平移量、刚体的旋转角的算法，以平面情况为例，整体流程包括以下两步：
8.一种UWB基站坐标自标定系统，其特征在于：所述自标定系统包括应用了基于权利要求1-7中任一项所述的UWB基站坐标自标定方法的多个定位基站以及校验标签。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其为计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的UWB基站坐标自标定方法。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种uwb基站坐标自标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种uwb基站坐标自标定方法，其特征在于：所述s1中，将固定点的坐标记作p1～pn，其中n为固定点的数量。
3.根据权利要求1所述的一种uwb基站坐标自标定方法，其特征在于：所述s2中，将第i个基站和第j个基站之间的测距结果记作ri,j。
4.根据权利要求1所述的一种uwb基站坐标自标定方法，其特征在于：所述s3中，假设一共有m个基站，且基站之间的两两测距结果最多有m*(m-1)/2个，其中若基站之间的测距足够多，将所有基站的位置的点集形成一个刚体结构，则粗估计得到的基站坐标相对于真实坐标，剩余未知的量将是刚体的平移量和刚体的旋转角。
5.根据权利要求4所述的一种uwb基站坐标自标定方法，其特征在于：通过基站之间的测距来得到基站坐标粗估计的算法，具体包括以下：
【专利技术属性】
技术研发人员：唐珂，王志国，屠恩源，
申请(专利权)人：芯与物上海技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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