[发明专利]一种基于混合滤波的UWB定位系统与方法

说明书

本发明涉及一种基于混合滤波的UWB定位系统与方法，属于短距离定位技术领域。通过远端数据处理中心进行信号处理和运算，用户控制小型智能设备的运动并发射UWB信号，通过固定位置的定位基站上安装的不同位置的接收阵列天线接收信号，再对接收信号混合滤波，再根据信号的到达时间差来计算信号源的坐标，最后通过对测量结果进行N次时间平均来输出小型智能设备的精确位置。所述系统中，小型智能设备仅作为信号源，运算任务由远端数据处理中心完成，因此不但可以减小小型智能设备负荷，还可通过体积和功率不受限的远端数据处理中心对大量数据进行综合处理，可减小误差，得到更高的测量精度。

技术领域

本发明涉及一种基于混合滤波的UWB定位系统与方法，属于室内定位技术领域。

背景技术

随着智能设备技术的快速发展，人们对于基于位置的服务需求日益增加。但由于GPS等传统定位技术无法满足精细定位的需求，比如室内或密集场所的精细定位。在高精度定位方面，蓝牙、WiFi、可见光以及超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)定位技术日益发展成熟。UWB具有传输速度高、功耗低、抗多径效果好、安全性高和系统复杂度低等特点，在无线定位领域有很大的优势。利用UWB定位，最大的优势是它的定位精度理论上可以达到厘米级，完全满足精确定位的需求。此外，超宽带技术由于功率的限制，可以重复利用已经分配的频段，不会对现存的各种无线系统产生干扰；超宽带信号还具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，使定位系统具备更广泛的应用场景。

随着无人机以及无人小车的日益普及和应用，与之相关的技术逐渐成熟。进一步的，随着小型设备的制造成本和研发门槛进一步降低，消费级无人机及无人小车的市场正在越来越活跃。典型地，小型无人机及无人小车已经在航拍摄影、电力巡检、新闻报道、保护野生动物、环境监测以及快递送货等方面大显身手。但室内或混合定位场景的定位精度以及维持稳定状态等问题尚有待进一步提高。

目前，UWB精确定位采用的算法主要有类似于GPS的多发单收定位算法，定位精度在1m以上，当基站数量增加，且基于扩展卡尔曼滤波算法辅助及定位协议可以进一步降低精度，理论上最高精度可达几厘米。但是定位精度提高了，计算量大大提高，导致在多发单收场景下小型智能设备或者小型智能设备的计算量增加，进而带来飞行器负载功率、载重以及硬件成本的陡增。对于小型物体定位或者误差要求很小的场合，这种精度的定位是不满足需求的。

本发明针对定位精度无法满足需求这一问题提出了一种基于混合滤波的UWB定位系统与方法，具体采用混合滤波算法对各种信息数据进行融合及处理，实现组合定位的功能。实验表明，基于混合滤波的组合定位系统能够有效减小传统定位系统因信号抖动、地图限制、信号遮挡等问题引起的误差。整个系统既可以应用于机器人、AGV以及行人导航为主的工业产品；也可以应用于无人小车设备巡检为主的消费级电子产品领域。

发明内容

本发明的目的是克服现有UWB定位算法系统复杂且定位精度比较差的技术现状，提出了一种基于混合滤波的UWB定位系统与方法。

所述混合滤波的UWB定位系统与方法，核心思想为：基于混合滤波的UWB信号对智能设备进行精细定位，通过远端数据处理中心进行信号处理和运算，具体为：用户控制智能设备的运动；智能设备发射UWB信号，通过在定位基站上的不同空间位置安装接收阵列天线接收信号，再传输给远端数据处理中心对数据进行混合滤波，并根据信号的到达时间差来计算信号源的坐标，最后通过对测量结果进行N次时间平均来提高定位精度。

一种基于混合滤波的UWB定位系统与方法包括一种基于混合滤波的UWB定位系统以及一种基于混合滤波的UWB定位方法；

其中，所述UWB定位系统主要包括小型智能设备、用户控制终端、定位基站以及远端数据处理中心；

其中，小型智能设备主要包括UWB信号发生器、信号发射装置、距离感应器、控制模块以及电源模块；

其中，距离感应器是重力传感器或压强传感器；