[发明专利]一种适用于穿墙场景的超宽带迭代定位算法及装置

说明书

本发明公开了一种适用于穿墙场景的超宽带迭代定位算法，包括以下步骤：S1：基于至少3个穿墙测距值，使用最小二乘法估计UWB标签初始位置；S2：基于步骤S1的初始位置和每个基站位置计算每个穿墙测距值的测距误差，并修正每个穿墙测距值；S3：基于修正后的每个穿墙测距值，使用最小二乘法重新估计UWB标签位置；S4：判断是否到达停止条件，到达停止条件后输出当前的UWB标签估计位置从而实现高精度穿墙定位，用于克服现有超宽带技术在室内定位测距过程中在对测距精度提升时，难以计算墙体遮挡这种情况下的测距误差。

技术领域

本发明涉及无线电磁波传播及室内定位领域，具体是一种适用于穿墙场景的超宽带迭代定位算法及装置。

背景技术

随着社会经济发展及人民对生活质量的不断提高，在如资产跟踪、机器人服务、站点巡检、自主导航和环境辅助生活等各种测距技术的实际应用中，如何提升测距精度是亟待解决的问题。在户外环境中通常使用全球定位卫星(GPS)或北斗导航系统来获取被定位物体的精确位置信息。然而，由于信号在室内传播易受到各种复杂环境的干扰，造成低信噪比(SNRs)和多径传播效应，这些高精度的定位系统在室内环境中失效。因此，各种室内定位技术已经不断被开发出来解决室内定位问题，其中包括Wi-Fi、蓝牙、RFID、Zigbee和超宽带方法。其中超宽带技术因具有良好的空间分辨率和抗多径误差的能力，而被广泛看好并采用。

但申请人发现现有超宽带定位技术在穿墙情况下的定位误差较大，采用穿壁误差模型算法虽然能够有效降低误差，但穿壁误差模型只能适应于UWB标签和UWB基站位置已知的情况。而在定位场景中，UWB基站的位置虽然已知，但是UWB标签的位置是一直变化而且未知的。因此，此种情况下UWB穿壁测距误差是无法计算的。

因此，研究超宽带定位技术在穿墙情况下的定位精度提升方法，对于室内定位技术来说是非常重要的。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于穿墙场景的超宽带迭代定位算法及装置，用于克服现有超宽带技术在室内定位测距过程中在对测距精度提升时，难以计算墙体遮挡这种情况下的测距误差。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于穿墙场景的超宽带迭代定位算法，包括以下步骤：

S1：基于至少3个穿墙测距值，使用最小二乘法估计UWB标签初始位置；

至少3个固定位置的UWB基站和1个不断移动位置的UWB标签，UWB基站和UWB标签之间使用UWB技术的双边测距方法不断地进行实时测距。但是，若UWB基站和UWB标签之间存在墙体遮挡，此时的测距值是不准确的，包含了墙体遮挡的误差。本发明方法在第一步时，不考虑墙体遮挡误差，直接使用最小二乘法计算UWB标签的位置，具体方法如下：

三个UWB基站的坐标分别为A1，A2和A3，三个UWB基站测得UWB标签的距离分别为D₁，D₂和D₃，UWB标签的坐标(X,Y)待测。采用(3)式计算每个UWB基站的观测值方程：

其中，v_i是第i个基站的误差项，X_i是第i个基站在空间的横坐标值，Y_i是第i个基站在空间的纵坐标值，X和Y是UWB标签的待测坐标，D_i是第i个基站测量得到的距UWB标签的距离值。

将公式(3)进行泰勒展开取一次项(降幂)，得到一次方程式：

其中，(X₀，Y₀)^T和(δ_x，δ_y)^T分别是UWB标签坐标的近似值和修正值。

将公式(4)简化为：