[发明专利]一种基于UWB测距的室内非视距环境下的定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及位置的服务技术领域，具体为一种基于UWB测距的室内非视距环境下的定位方法。

背景技术

随着人们活动的室内空间越来越庞大和复杂，室内基于位置的定位服务的需求越来越明显。比如，在大型的购物广场，人们能够快速找到所需的商品；在医院，管理人员能够对医院的医疗设备及病人进行实时准确的定位；在火灾等救援现场，指挥人员对室内消防员位置的确定等。众所周知，GPS(全球导航卫星系统)卫星信号在遮挡严重时会导致部分或全部定位功能丧失，并且很容易受到多路径环境的干扰，因此在室内环境下利用GPS很难实现定位。在市场庞大的需求推动下，迫切构建与室内环境相符合的室内定位系统 (Indoor Position System，IPS)成为了众多科技工作者关注的焦点。

UWB技术是无线通信领域的一个重要发展方向，已成为国内外热点研究的内容之一。 UWB运用于短距离室内定位时，其高的定位精度、强的穿透能力、抗多径、低的发射功率，成为其与其他室内定位技术的明显优势。然而，与宽阔的室外环境相比，室内的无线信道环境要复杂的多，信号在传播过程中会受到墙壁、家具、地面等障碍物的阻挡或反射，引起非视距(Non-Line-of-Sight，NLOS)现象。这种情况下，信号会在传播途中发生超量延迟，使得测距带有正向偏差，使得定位精度严重影响，所以在室内非视距环境下的高精度定位成为急需解决的难题。为此，我们提出了一种基于UWB测距的室内非视距环境下的定位方法投入使用，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于UWB测距的室内非视距环境下的定位方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于UWB测距的室内非视距环境下的定位方法，该基于UWB测距的室内非视距环境下的定位方法的具体步骤如下：

S1：布设各信标节点，并建立室内相对位置坐标系，测量并记录各信标节点的坐标值；将各信标坐标输入服务器，并将服务器与信标节点通过局域网相连；

S2：各信标节点响应步骤S1中服务器下达的定位指令，发射脉冲信号，搜寻待测目标；

S3：待测目标接收到步骤S2中由各信标节点发送的脉冲信号，立即反射该信号回发送节点；

S4：各信标节点接收到步骤S3中由待测目标反射回来的脉冲信号，使用与发射脉冲相同的模板信号，进而进行相关解调，进行信号时延估计得到信标节点与待测目标之间的距离量测，并进行信道统计特征提取；

S5：各信标节点利用步骤S1的局域网，将步骤S4中得到的距离量测、脉冲信号信道统计特征等数据发送到服务器；

S6：服务器接收步骤S5中的各信标节点发送的脉冲信道统计特征，进行非视距识别，在识别基础上，利用各信标的距离量测和各信标的位置坐标，通过定位算法，估计出待测目标在相对位置坐标系中的位置坐标；

S7：将步骤S6中得到的估计位置显示在终端显示器上，从而实现室内非视距环境下的目标定位。

优选的，所述步骤S1中，所述信标节点包括UWB探测器和无线通信模块，所述UWB 探测器用于调制、发射、接收、解调脉冲信号，并且提取信号信道统计特征；所述局域网由路由器建立，为信标节点可以支持的无线通信协议；所述待测目标包括一个有源射频标签，可以将接收到的脉冲信号进行放大反射；所述服务器用于发起目标定位指令，下达到各个信标节点进行目标探测。

优选的，所述步骤S4中，信号信道统计特征提取具体为：信标节点接收到反射信号 r(t)，提取接收信号总能量ε_r、平均附加时延τ_med、均方根时延τ_rms、峰度k、偏度s等信道统计特征，其中各个特征的计算公式分别为：

其中

其中

优选的，所述步骤S6中，在服务器上，利用信号信道统计特征通过支持向量机分类器，识别分类脉冲信号是否为非视距传输，将识别为视距传输的信号用于定位估计，而将识别为非视距传输的信标丢弃不参与定位估计过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过提取UWB信号传播信道统计特征，利用常用的支持向量机分类器实现非视距信号识别，从而在定位阶段消除非视距信号带来的测距误差，在室内严重遮挡复杂环境下的精确定位具有很大的优势。

附图说明

图1为本发明空间布局图；

图2为本发明系统架构图；