一种基于估计偏差平均的四基站UWB平面定位算法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112566021A(43)申请公布日2021.03.26(21)申请号202011396417.6(22)申请日2020.12.04(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人孙长银许一航刘剑孙佳王远大(74)专利代理机构南京众联专利代理有限公司32206代理人杜静静(51)Int.Cl.H04W4/02(2018.01)H04W64/00(2009.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种基于估计偏差平均的四基站UWB平面定位算法(57)摘要本发明涉及一种基于估计偏差平均的四基站UWB平面定位算法，其包括如下步骤：定位标签向四个基站轮询获取距离数据，检查距离数据的可靠性，计算出多组位置参数和位置参数关于距离数据的梯度的模值，根据梯度模值设置每组位置参数的权重，使最终估计结果表达式对每一个基站的距离数据的偏导相等，该方案抑制测量数据波动对最终定位效果的干扰，提升了定位的准确度。CN112566021ACN112566021A权利要求书1/2页1.一种基于估计偏差平均的四基站UWB平面定位算法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：标签向四个基站发送测距请求，获得标签到四个基站的距离值di(i＝A,B,C,D)；步骤2：计算几何误差如果几何误差E大于误差容限Ethreshold，则放弃对本次数据做进一步处理，重新执行步骤1；步骤3：根据公式：计算出xi,i＝A,B,C,D的值并检查所有相邻的距离数据是否符合约束，若发现存在不符合约束的数据，则放弃对本次数据做进一步处理，重新执行步骤1；步骤4：根据标签到四个基站的距离值di(i＝A,B,C,D)，取所有相邻基站的距离数据，根据公式(4)计算出四组位置参数(k1_AB,k2_AB)、(k1_BC,k2_BC)、(k1_CD,k2_CD)、(k1_DA,k2_DA)；步骤5：根据标签到四个基站的距离值di(i＝A,B,C,D)计算出权重矩阵；其中步骤6：计算以图中D'为原点，为X轴正方向，为Y轴正方向的平面直角坐标系xoy‑1为参考系的位置系数矩阵K:其中步骤7：计算基于平面直角坐标系xoy‑1的估计位置参数:乘以定位场地的边长L即可得到标签T在平面直角坐标系xoy‑1的位置坐标(xT,yT)，其中：2CN112566021A权利要求书2/2页2.根据权利要求1所述的基于估计偏差平均的四基站UWB平面定位算法，其特征在于，步骤2中，引入几何误差E来衡量当前一组距离数据的可靠性，当可靠性达不到要求时，则将该组距离数据视为不可靠数据并放弃本组数据，重新测量。3.根据权利要求2所述的基于估计偏差平均的四基站UWB平面定位算法，其特征在于，在步骤4中，使用公式(4)计算出四组位置参数(k1_AB,k2_AB)、(k1_BC,k2_BC)、(k1_CD,k2_CD)、(k1_DA,k2_DA)，具体如下：使用相邻的两基站到标签的距离计算可得到四组位置参数：4.根据权利要求3所述的基于估计偏差平均的四基站UWB平面定位算法，其特征在于，在步骤5、6中，使用位置参数对距离数据的梯度的模值倒数作为计算权重，使最后估计出的位置参数中每一个距离数据引入的估计偏差相等。3CN112566021A说明书1/7页一种基于估计偏差平均的四基站UWB平面定位算法技术领域[0001]本发明涉及一种算法，具体涉及一种基于估计偏差平均的四基站UWB平面定位算法，属于UWB定位算法技术领域。背景技术[0002]移动物体的定位技术是无人车，无人机以及复杂系统集群控制中的关键技术。基于准确的位置信息，可以实现轨迹跟踪、路径规划、集群控制等应用。[0003]目前主流的定位方案根据应用场合可分成两大类，一类适用于室外定位，其中最为成熟的方案是使用卫星定位测量方法的RTK载波相位差分技术，可以在室外得到厘米级的精度。此外，基于激光雷达的SLAM也是一种较为常见的定位技术。另一类适用于室内定位，常见的有机器视觉标签捕捉定位技术、惯导定位技术、超宽带(UWB)定位技术等。[0004]超宽带定位技术的本质是ToF(TimeofFlight,飞行时间)测距法，通过测量脉冲信号在基站与标签之间的传输时间，乘以脉冲信号在介质中的传播速度即可得到标签与多个基站之间的直线距离。通过一些几何计算就可以求解出标签与多个基站之间的相对位置。[0005]目前使用双边测距的定位算法一般使用标签到基站的距离基于定位误差对标签位置做最小二乘估计。利用平面上任意3个不共线的基站对标签的距离，可以确定唯一标签相对基站的位置。此函数计为：[0006](x,y)＝f(d1,d2,d3)[0007]将满足使误差平方[0008][000