[发明专利]将趋势面分析用于UWB室内定位的方法

说明书

本发明公开了一种将趋势面分析用于UWB室内定位的方法，针对目前室内定位的主要误差来源是多路径造成的，采用趋势面分析对实验场景的多路径误差进行建模的方法，将模型参数储存在后台服务器，定位时读取参数来优化到达时间差的伪距，以消除多路径误差，提升定位精度。由于本发明无需额外铺设大量的硬件设备，也无需对现有硬件设备做出更改，因此易于推广，在高精度室内定位应用场景中具有较大优势和商业前景。

技术领域

本发明涉及高精度室内定位导航技术领域，具体涉及将趋势面分析用于UWB室内定位的方法。

背景技术

室内定位的关键技术研究和产业化以及伴之而来的位置服务行业越来越受到社会的关注，空间技术的发展使得以GNSS(Global Navigation Satellite System)为基础的室外卫星导航定位技术蓬勃发展，达到了最高毫米级的定位精度，并且带动了位置服务相关的各行各业蓬勃发展，社会对于室内高精度定位的需求也越来越迫切。

在高精度室内定位领域，强度衰减定位和自主定位都在米级精度上遇到了瓶颈，难以突破。其中强度衰减和距离经验关系的不确定度及易受室内环境影响、自主定位需要对时间积分造成的误差随时间累积的非线性增长是造成瓶颈的主要原因之一，这是定位技术本身的弱点。基于信号到达时间的室内定位技术的深入研究也能够为突破此瓶颈提供单项技术的支撑，但由于室内环境存在多路径因素的影响，导致基于时间的定位方法存在由多路径问题引起的误差，在现有基于时间的室内定位技术中，多路径误差的抑制一直被放在重点位置。根据不变环境多路径的时间和空间重复性，通过先验数据的建模对观测值优化以消除多路径误差对定位结果的干扰。

发明内容

本发明的目的是由于基于时间的室内定位信号容易受到非视距和多径效应的影响，针对现有技术的不足而提出将趋势面分析用于UWB室内定位的方法，对实验场景的多路径误差进行细致建模，将模型参数储存在后台服务器，定位时读取参数来优化到达时间差的伪距，以消除多路径误差，提升定位精度。由于本发明无需额外铺设大量的硬件设备，也无需对现有硬件设备做出更改，因此易于推广，在高精度室内定位应用场景中具有较大优势和商业前景。

本发明的目的是这样实现的：

一种将趋势面分析用于UWB室内定位的方法，具体步骤如下：

步骤1：将待定位区域在二维平面上进行均匀的矩形网格划分，测量每个网格交点的真实坐标并在同一高度放置定位标签进行数据采集，通过采集的数据解算结果与真实坐标对比得到多路径误差；具体为：

a.对于定位标签j，基站i₁和基站i₂的逆定位的TDOA单差观测方程为：

其中为几何延迟项，为钟差项，为多路径延迟项，为其他随机次阶误差项；通过差分的TDOA伪距能够消除时间同步误差，将锚点G_n处测得的主基站B_m与从基站Bi之间的TDOA时间值表示为：

其中，为几何空间传播的时间差，为多路径误差项，为随机次阶的其他误差项；(2)式乘以光速c转化为距离的表征形式：

其中为真实的欧式距离差，为总误差项，包括多路径误差和硬件误差以及观测噪声，其中多路径误差为主要误差来源；

b.通过TDOA的真实值和采集得到的测量值作差，得到所有锚点处从基站B_i对应的总误差项，结合对应锚点的二维坐标将其储存下来作为建模的输入；

步骤2：对多路径误差进行二维的趋势面分析TMPM建模，选择最优的趋势面拟合系数并将其存储在后台服务器中；具体为：