【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及定位系统的，尤其涉及一种基于航向角累积积分修正的uwb钥匙二维定位方法。
技术介绍
1、随着人类室内活动日益增多，用户在室内环境下的位置获取尤为关键，由于室内环境的复杂性，常用的卫星定位系统无法满足室内定位要求，为提高室内定位技术定位精度，满足用户定位的动态性能，融合式室内定位技术研究成为当前定位技术的一个研究热点。
2、超宽带(ultra wide band，uwb)技术作为一种新型的无线通信技术，具有抗干扰能力强、功耗低、定位精度高及有一定信号穿透性等特点，因而成为了汽车数字钥匙定位方案中的优选。相较于传统的定位算法，用户航迹推算算法(pedestrian dead reckoning，pdr)利用惯性传感器得到待定位目标实时的移动方向和移动距离信息，从而实现自主定位。
3、针对传统的uwb定位采用3基站或4基站定位，定位算法采用toa或tdoa，定位基站多，定位算法复杂，在某些应用场景会存在基站部署困难等问题，利用uwb与pdr融合定位算法，采用单基站就能够完成二维定位，降低了现场部署的难度。目前车载端都需部署多个锚点，进而构成车载uwb数字钥匙定位系统，成本较高。
4、例如申请号为202010485260.8的专利技术专利提出了一种航向角的标定方法，包括：定位系统中的至少一个第一定位设备获取自身在大地坐标系下的航向角，并获取航向角标定参数；第一定位设备根据自身在大地坐标系下的航向角以及航向角标定参数，标定自身在定位坐标系下的航向角。航向角标定参数包括以下至少之一：定位系统
技术实现思路
1、针对现有定位系统车载端多个锚点部署麻烦、高成本的技术问题，本专利技术提出一种基于航向角累积积分修正的uwb钥匙二维定位方法，采用单锚点的车载锚点，部署方便快捷、成本低。
2、为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于航向角累积积分修正的uwb钥匙二维定位方法，具体步骤为；
3、s1：利用车载基站终端唤醒钥匙标签，通过钥匙端的传感器进行数据采集，并利用采集到的数据进行步频检测和航向角解算，得到用户步频与航向角；
4、s2：通过步频检测，当检测到用户移动一步后，通过车载基站和uwb钥匙进行uwb通信，通过双向双边测距，得到车钥匙与车辆之间的距离；
5、s3：将步频与步长相乘得到用户单位时间内的移动距离，将移动距离与车钥匙与车辆之间的距离信息进行融合，通过定位算法得到钥匙相对于汽车的二维位置信息，将此位置信息上传给基站。
6、步骤s1所述利用车载基站终端唤醒钥匙标签，通过uwb钥匙的传感器进行数据采集的方法为：利用车载基站终端通过ble网络唤醒钥匙标签，通过钥匙端的传感器mpu9250以50hz的频率采集加速度计的三轴加速度数据、陀螺仪数据以及磁力计数据，将收集到的三轴加速度数据、陀螺仪数据以及磁力计数据传输至单片机。
7、步骤s1所述利用采集到的数据进行步频检测和航向角解算的具体方法为：
8、s11：利用设置纵向峰谷值阈值和横向时间阈值的改进峰值检测算法进行步频检测；
9、利用单片机对采集到的三轴加速度进行平方和开根号计算得到合加速度，利用宽度为10的滑动窗口器对合加速度进行滤波以平滑数据，利用设置纵向峰谷值阈值和横向时间阈值的改进峰值检测算法进行步频检测；
10、s12：利用基于梯度下降的四元数更新算法解算出行走过程中的初始航向角，对存储的初始航向角进行累积积分处理，对当前航向角进行修正。
11、步骤s11所述利用设置纵向峰谷值阈值和横向时间阈值的改进峰值检测算法进行步频检测的具体方法为：
12、通过检测合加速度的峰值p(t)与谷值v(t)，计算其差值与设定的经验阈值thresholdt进行比较，该阈值动态变化，且对其相邻峰值的间隔时间进行了判别，具体公式如下：
13、
14、其中，timep(t)代表峰值p(t)所对应的时刻，timep(t-1)代表峰值p(t-1)所对应的时刻，thresholdt代表阈值，p(t)代表峰值，v(t)代表谷值。
15、步骤s12所述利用基于梯度下降的四元数更新算法解算出行走过程中的初始航向角的方法为：
16、设e代表水平朝北静止的物体，s代表运动后的物体，则e相对s的姿态可以用四元数来表示，利用加权整合t时刻的陀螺仪数据解算的姿态三轴加速度数据和磁力计数据共同解算的姿态从而得到最终的姿态λ为加权系数，其加权公式如下：
17、
18、根据实时三轴加速度数据、陀螺仪数据以及磁力计数据更新得到四元数q0,q1,q2,q3，初始航向角将初始航向角进行存储。
19、步骤s12所述对存储的初始航向角进行累积积分处理的方法为：
20、存储用户一步内的n个航向角，设初始航向角为将n个航向角进行累积积分，设累积的x分量设为xn，累积的y分量设为yn，其中x0＝0，y0＝0；
21、得到(xn,yn)后，航向角为与正北方向的夹角，调整航向角定义，假设为与y轴正方向的夹角，通过xn和yn来区分象限，得到最终解算的航向角yaw，完成对当前航向角进行修正。
22、所述累积公式如下：
23、
24、
25、其中，为上一个航向角，xn-1为上一个航向角对应的x分量，yn-1为上一个航向角对应的y分量。
26、所述航向角yaw的计算公式为：
27、
28、步骤s3所述步长为依据用户行走习惯预先设定的步长。
29、步骤s3所述通过定位算法得到钥匙相对于汽车的二维位置信息的具体方法为：
30、根据用户移动前后两次对汽车的两次测距以及用户步长构造距离三角形，利用用户航向角判断距离三角形所位于用户的左侧还是右侧，解算三角形内角并计算用户当前坐标信息。
31、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
32、1.本专利技术车载端仅需部署单个锚点，进而构成车载uwb数字钥匙定位系统，极大地降低了成本；同时支持多锚点部署，兼容性、扩展性好。
33、2.本专利技术中uwb与用户惯导相融合，方便钥匙快速向手机端升级。
34、3.应用基于梯度下降的四元数更新算法将加速度计和磁力计静态性能较好与陀螺仪动态性能较好的特性进行融合，来修正陀螺仪的漂移，同时对航向角进行累积积分来进一步修正航向角。
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1.一种基于航向角累积积分修正的UWB钥匙二维定位方法，其特征在于，S1：利用车载基站终端唤醒钥匙标签，通过钥匙端的传感器进行数据采集，并利用采集到的数据进行步频检测和航向角解算，得到用户步频与航向角；
2.根据权利要求1所述的基于航向角累积积分修正的UWB钥匙二维定位方法，其特征在于，步骤S1所述利用车载基站终端唤醒钥匙标签，通过UWB钥匙的传感器进行数据采集的方法为：利用车载基站终端通过BLE网络唤醒钥匙标签，通过钥匙端的传感器MPU9250以50Hz的频率采集加速度计的三轴加速度数据、陀螺仪数据以及磁力计数据，将收集到的三轴加速度数据、陀螺仪数据以及磁力计数据传输至单片机。
3.根据权利要求2所述的基于航向角累积积分修正的UWB钥匙二维定位方法，其特征在于，步骤S1所述利用采集到的数据进行步频检测和航向角解算的具体方法为：
4.根据权利要求3所述的基于航向角累积积分修正的UWB钥匙二维定位方法，其特征在于，步骤S11所述利用设置纵向峰谷值阈值和横向时间阈值的改进峰值检测算法进行步频检测的具体方法为：
5.根据权利要求3或4所述
6.根据权利要求5所述的基于航向角累积积分修正的UWB钥匙二维定位方法，其特征在于，步骤S12所述对存储的初始航向角进行累积积分处理的方法为：
7.根据权利要求6所述的基于航向角累积积分修正的UWB钥匙二维定位方法，其特征在于，所述累积公式如下：
8.根据权利要求7所述的基于航向角累积积分修正的UWB钥匙二维定位方法，其特征在于，所述航向角Yaw的计算公式为：
9.根据权利要求8所述的基于航向角累积积分修正的UWB钥匙二维定位方法，其特征在于，步骤S3所述步长为依据用户行走习惯预先设定的步长。
10.根据权利要求8或9所述的基于航向角累积积分修正的UWB钥匙二维定位方法，其特征在于，步骤S3所述通过定位算法得到钥匙相对于汽车的二维位置信息的具体方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于航向角累积积分修正的uwb钥匙二维定位方法，其特征在于，s1：利用车载基站终端唤醒钥匙标签，通过钥匙端的传感器进行数据采集，并利用采集到的数据进行步频检测和航向角解算，得到用户步频与航向角；
2.根据权利要求1所述的基于航向角累积积分修正的uwb钥匙二维定位方法，其特征在于，步骤s1所述利用车载基站终端唤醒钥匙标签，通过uwb钥匙的传感器进行数据采集的方法为：利用车载基站终端通过ble网络唤醒钥匙标签，通过钥匙端的传感器mpu9250以50hz的频率采集加速度计的三轴加速度数据、陀螺仪数据以及磁力计数据，将收集到的三轴加速度数据、陀螺仪数据以及磁力计数据传输至单片机。
3.根据权利要求2所述的基于航向角累积积分修正的uwb钥匙二维定位方法，其特征在于，步骤s1所述利用采集到的数据进行步频检测和航向角解算的具体方法为：
4.根据权利要求3所述的基于航向角累积积分修正的uwb钥匙二维定位方法，其特征在于，步骤s11所述利用设置纵向峰谷值阈值和横向时间阈值的改进峰值检测算法进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭得岁，李辉，康金灿，梁梦颢，王朝阳，付少忠，黄松涛，
申请(专利权)人：河南天海电器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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