[发明专利]一种基于UWB的多用户无锚点定位方法

说明书

本发明公开了一种基于UWB的多用户无锚点定位方法，包括：利用无锚点定位方法获得两个待定位目标相对于基站的初始位置坐标；利用目标与基站之间的距离信息对目标的初始坐标进行校准；根据校正后的位置坐标以及目标当前移动的方向和距离，利用目标自身的PDR算法更新目标的当前PDR位置坐标，并对当前PDR位置坐标进行初步修正；获得基站、第一目标和第二目标两两之间的距离并构造相对位置三角形；利用PDR距离误差和PDR角度误差构造误差目标函数；旋转相对位置三角形进行迭代搜索，使得误差目标函数取值达到预设要求，从而获得目标当前定位结果。本发明在保证距离信息较为准确的前提下，综合考虑影响定位精度的各个因素，提高系统定位精度。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于UWB的多用户无锚点定位方法。

背景技术

现阶段国内外常见的无线定位技术主要包括RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)定位技术、Wi-Fi定位技术、蓝牙定位技术、ZigBee定位技术和UWB(Ultra Wide Band，超宽带)定位技术等。其中，RFID是通过一组固定的接收机获得目标节点射频标签的特征信息例如接收信号的强度，来确定标签位置，RFID定位的传输范围较蓝牙更大，且成本较低，但是理论传播模型的建立较为复杂，且不具备通信能力，无法做到精确的定位。Wi-Fi定位可以实现在多障碍的室内环境下的大范围定位，而且方便组网，但是功耗更高，且信号的抗干扰能力差，会受到同频的干扰，导致定位精度很低。蓝牙通过鉴别接收机接收到的蓝牙信号的强弱来计算距离从而定位，虽然功耗低，但是蓝牙信号的传输距离太近，而且抗干扰能也比较弱，定位精度比较低。ZigBee无线通信技术的特点是可靠性高、自组网、稳定性好而且成本低，但是通信距离短，速率低，精度也不高。

UWB定位技术作为近年来新兴的一种室内定位技术，与传统的无线通信技术有很大的不同，具有数据传输速率高、功耗低、安全性高、定位精度高等优点。传统的UWB室内定位方法主要有：基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)的定位算法、基于AOA(Angle Of Arival，到达角度)的定位算法、基于TOA(Time of Arrival，到达时间)的定位算法、基于TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)的定位算法。其中：基于RSSI的定位算法，因受室内复杂环境的干扰，从而带来的多径效应以及发射过程中带来的发射功率大幅度衰减，较难建模分析，RSSI的主要特点是可以利用室内原有的无弦收发器进行测距定位，不需要建立特定的定位基站，因此成本很低。基于AOA的室内定位方法也是易受到多径效应和非视距误差的影响，而且所需的硬件设备相较于其他定位方法更为复杂，且需通过对收发器的天线阵列进行布设，对硬件体积的大小也有较高要求。基于TOA的定位方法的准确性很大程度上取决于信号的带宽，可以通过增加信噪比或有效信号带宽，从而提高TOA的测量的精度，由于UWB信号具有很大的带宽，这种特点使得UWB的信号可以使用TOA的算法进行高度精确度的距离估计。基于TDOA的定位算法是在TOA定位算法的一种针对时钟不同步方面进行的改进，相较于TOA算法，它不是直接利用信号到达时间，而是利用多个基站接收信号的时间差来确定待定位目标位置，定位精度更高，但所需基站数量更多，实现复杂度更高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的现有室内定位技术精度低的问题，本发明提供了一种基于UWB的多用户无锚点定位方法，在UWB多用户无锚点定位过程中利用用户与基站之间的距离、用户自身的PDR(pedestrian dead reckoning，行人航迹推算)算法以及用户之间的距离信息联合修正待定位目标位置的方法，旨在进一步提高定位精度。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种基于UWB的多用户无锚点定位方法，包括：

S1：利用无锚点定位方法获得两个待定位目标相对于基站的初始位置坐标；

S2：利用目标与基站之间的距离信息对两个待定位目标的初始坐标进行校正，获得校正后的位置坐标；