一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法与流程

本发明涉及uwb定位技术，具体是一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法。

背景技术：

uwb(ultrawideband，超宽带)定位技术由于功耗低、传输速度快、多径分辨率高、系统安全性高、定位精度高(可达分米级)等优点，在室内外定位领域得到了广泛应用。在uwb定位技术中，可移动基站位置的标定是组建局部定位系统时必不可少的环节。传统的可移动基站位置标定方法由于自身原理所限，需要借助外部测量工具(例如全站仪、皮尺等)来进行基站位置的标定，由此导致标定速度慢、基站布设不便。基于此，有必要发明一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法，以解决传统的可移动基站位置标定方法导致标定速度慢、基站布设不便的问题。

技术实现要素：

本发明为了解决传统的可移动基站位置标定方法导致标定速度慢、基站布设不便的问题，提供了一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法，该方法是采用如下步骤实现的：

步骤一：在场地的同一边缘处放置两个基站，并将两个基站分别作为第0个基站和第1个基站，然后在场地内放置至少两个基站；

将各个基站均视为空间点；将地面定义为三维坐标系的xoy平面；将同时经过第0个基站和第1个基站的直线在地面的投影定义为三维坐标系的x轴；将经过第0个基站的地面法线定义为三维坐标系的z轴；

步骤二：测量各个基站到地面的距离；测量结果包括：

第0个基站到地面的距离z0、第1个基站到地面的距离z1、场地内第i个基站到地面的距离zi、场地内第j个基站到地面的距离zj；

然后，根据测量结果定义各个基站的三维坐标值，具体如下：

第0个基站的三维坐标值定义为(0,0,z0)，第1个基站的三维坐标值定义为(x1,0,z1)，场地内第i个基站的三维坐标值定义为(xi,yi,zi)，场地内第j个基站的三维坐标值定义为(xj,yj,zj)；其中，x1、xi、yi、xj、yj均为未知量；

步骤三：利用tof测距法测量各个基站两两之间的距离；测量结果包括：

第0个基站与第1个基站之间的距离d01、第0个基站与场地内第i个基站之间的距离d0i、第0个基站与场地内第j个基站之间的距离d0j、第1个基站与场地内第i个基站之间的距离d1i、第1个基站与场地内第j个基站之间的距离d1j、场地内第i个基站与场地内第j个基站之间的距离dij；

各个基站两两之间的距离表示如下：

步骤四：令x＝[x1,xi,yi,xj,yj]^t，根据测量结果计算x的迭代初值x0；计算公式如下：

x0＝[x10,xi0,yi0,xj0,yj0]^t(2)；

m＝d01²-z10²-d1i²+d0i²+zi0²-zi1²(4)；

n＝d01²-z10²-d1j²+d0j²+zj1²-zj0²(5)；

步骤五：将式(1)进行一阶泰勒展开，并利用牛顿迭代法对x进行迭代计算；

一阶泰勒展开式如下：

xu＝[x1u,xiu,yiu,xju,yju]^t(8)；

迭代计算公式如下：

xu+1＝xu+δxu(10)；

δxu＝(hu^thu)^-1hu^tδfu(11)；

δfu＝d-du(13)；

d＝[d01,d0i,d0j,d1i,d1j,dij]^t(14)；

式(7)～(15)中：xu+1表示第u次迭代后x的值；xu表示第u次迭代前x的值；δxu表示第u次迭代的迭代项；hu表示第u次迭代时一阶泰勒展开式的系数矩阵；

当δxu小于指定的阈值时，迭代结束，将当前的xu+1作为x的终值，由此得出各个基站的三维坐标值，从而实现了各个基站位置的自标定。

与传统的可移动基站位置标定方法相比，本发明所述的一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法无需借助外部测量工具，而是基于tof测距法及牛顿迭代法，快速准确地实现了各个基站位置的自标定，由此显著加快了标定速度、极大地方便了基站布设。

本发明有效解决了传统的可移动基站位置标定方法导致标定速度慢、基站布设不便的问题，适用于uwb定位及其它无线定位技术中局部定位系统的组建。

附图说明

图1是本发明中步骤三的示意图。

具体实施方式

一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法，该方法是采用如下步骤实现的：

步骤一：在场地的同一边缘处放置两个基站，并将两个基站分别作为第0个基站和第1个基站，然后在场地内放置至少两个基站；

将各个基站均视为空间点；将地面定义为三维坐标系的xoy平面；将同时经过第0个基站和第1个基站的直线在地面的投影定义为三维坐标系的x轴；将经过第0个基站的地面法线定义为三维坐标系的z轴；

步骤二：测量各个基站到地面的距离；测量结果包括：

第0个基站到地面的距离z0、第1个基站到地面的距离z1、场地内第i个基站到地面的距离zi、场地内第j个基站到地面的距离zj；

然后，根据测量结果定义各个基站的三维坐标值，具体如下：

第0个基站的三维坐标值定义为(0,0,z0)，第1个基站的三维坐标值定义为(x1,0,z1)，场地内第i个基站的三维坐标值定义为(xi,yi,zi)，场地内第j个基站的三维坐标值定义为(xj,yj,zj)；其中，x1、xi、yi、xj、yj均为未知量；

步骤三：利用tof测距法测量各个基站两两之间的距离；测量结果包括：

第0个基站与第1个基站之间的距离d01、第0个基站与场地内第i个基站之间的距离d0i、第0个基站与场地内第j个基站之间的距离d0j、第1个基站与场地内第i个基站之间的距离d1i、第1个基站与场地内第j个基站之间的距离d1j、场地内第i个基站与场地内第j个基站之间的距离dij；

各个基站两两之间的距离表示如下：

步骤四：令x＝[x1,xi,yi,xj,yj]^t，根据测量结果计算x的迭代初值x0；计算公式如下：

x0＝[x10,xi0,yi0,xj0,yj0]^t(2)；

m＝d01²-z10²-d1i²+d0i²+zi0²-zi1²(4)；

n＝d01²-z10²-d1j²+d0j²+zj1²-zj0²(5)；

步骤五：将式(1)进行一阶泰勒展开，并利用牛顿迭代法对x进行迭代计算；

一阶泰勒展开式如下：

xu＝[x1u,xiu,yiu,xju,yju]^t(8)；

迭代计算公式如下：

xu+1＝xu+δxu(10)；

δxu＝(hu^thu)^-1hu^tδfu(11)；

δfu＝d-du(13)；

d＝[d01,d0i,d0j,d1i,d1j,dij]^t(14)；

式(7)～(15)中：xu+1表示第u次迭代后x的值；xu表示第u次迭代前x的值；δxu表示第u次迭代的迭代项；hu表示第u次迭代时一阶泰勒展开式的系数矩阵；

当δxu小于指定的阈值时，迭代结束，将当前的xu+1作为x的终值，由此得出各个基站的三维坐标值，从而实现了各个基站位置的自标定。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。