[发明专利]一种自适应室内动态目标的UWB定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种自适应室内动态目标的UWB定位方法，首先利用UWB定位系统测得TDOA值；其次利用小波分析自适应去噪法对测得的TDOA值进行处理，输出重构的TDOA值，将重构后的TDOA值转化为距离差值并建立非线性方程组，并得到方程组的最优解；然后将最优解作为初始值，采用扩展卡尔曼滤波算法对动态目标进行跟踪定位，求得最终估计值；最后输出最终估计值。本发明提供的自适应室内动态目标的UWB定位方法，可减弱甚至消除UWB信号传播过程中受到多径传播(Multipath)和非视距干扰(NLOS)影响所引起的测距误差，提高定位精度，并能够在非视距室内环境下实现对动态目标的精确定位。超宽带定位系统验证了定位方法的有效性和实现了对定位动态目标的室内定位。

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，特别是一种自适应室内动态目标的UWB定位方法及系统。

背景技术

随着新型移动设备、移动通信以及无线传感网络(WSN)的快速发展以及基于位置感知应用的激增，定位技术已逐渐步入了全新的阶段。在广阔的室外，全球定位系统(GPS)通过卫星定位可以达到高的精度。但是传统的全球定位系统(GPS)在室内环境下由于被阻挡卫星通信不能满足人们的日常生活需要，随着现在人们生活的改善，人们更加迫切的需求对短距离室内定位系统的应用。

目前，针对室内目标的定位计算，有很多新兴的实现技术和相关算法，比如红外线定位技术、蓝牙技术、ZigBee技术、RFID(射频识别)技术、超宽带(UWB)技术等在物联网、办公室、智能楼宇等生活工作的方方面面得到了广泛的应用，使得基于无线定位的应用有了更为宽广的前景。但是，现有的室内定位技术尽管在一定的环境下有较好的性能，却都不能很好地适应普遍计算环境下对定位感知系统的要求，如精度高、适应能力强、实现成本低等。与传统的室内定位技术相比，超宽带定位技术因具有多径分辨率高、强穿透力、低功耗、易于集成、定位性能高等优势，成为目前应用最广泛的一项无线通信技术。

超宽带定位技术的研究主要有：R.Jean-Marc Cramer等人提出了一种基于CLEAN算法的TOA估计方法；Joon-Yong Lee等提出了一种基于相干机制的广义最大似然估计的方法；Pratt和Wheeler等人提出了基于天线阵列的超宽带定位方法，打破了以前超宽带定位中均使用单一天线的局面，这种方法提高了超宽带定位技术在非视距环境下的定位精度。英国的Ubisense公司推出了UWB无线定位技术的产品，频段为5.8-7.2GHz，使用TDOA/AOA联合定位技术，在20米到50米范围内，定位精度能够达到15cm。另外美国Time domain公司推出的基于UWB技术的穿墙透视仪，它可以穿透数层墙面进行对物体的探测，该产品也得到了广泛的应用。

有效的室内定位解决方案需要满足以下几个要求：精度、覆盖范围、可靠性、成本、功耗、可扩展性和响应时间。当前室内定位面临的主要问题有：

第一，精度和可靠性，影响定位精度和稳定性的因素主要有：(1)多径效应；(2)非视距传播(NLOS)；(3)多址接入。

第二，覆盖范围，现有的技术基本上都依赖定位数据库，而数据库的产生大多依赖人工的现场勘测，这样带来的布局和维护成本很高。

第三，成本和功耗，要求所采用的定位技术功耗低，不增加额外成本。

因此，需要一种自适应室内动态目标的UWB定位方法及系统。

发明内容

本发明的目的之一是提出一种自适应室内动态目标的UWB定位方法；本发明的目的之二是提出一种自适应室内动态目标的UWB定位系统。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种自适应室内动态目标的UWB定位方法，包括以下步骤：

步骤1：利用UWB定位系统测得一组带有误差的TDOA值；