[发明专利]基于非视距环境下超宽频测距实现室内定位方法

说明书

本发明涉及一种基于非视距环境下超宽频测距实现室内定位方法，测试系统由被定位目标上的一个标签和n个基站组成，每个基站与标签之间通信采用超宽频传输技术，所有的基站安装在同一水平面上，被定位目标运动平面与基站平面要求定高，采用飞行时间TOF原理测距。根据多组测量距离信息与系统预测模型所估计出的距离信息进行比较，一方面通过测量距离与估计距离差值阈值进行是否为非视距测距数据的认定，另一方面，通过计算测量距离与估计距离差值在估计点对实际坐标偏移大小的阈值进行是否作为非视距测距数据的认定。两种判定方案共同决定距离数据是否为非视距测距数据，然后对非视距测量数据进行排除，再进行相应的定位运算，从而提高定位精度。

技术领域

本发明涉及一种室内定位技术，特别涉及一种基于非视距环境下超宽频测距实现室内定位方法。

背景技术

移动机器人代表了机电一体化较高的水平，该机器人的广泛应用以自主导航作为前提，而较高的导航精度离不开较高的定位精度。在室内环境中布置传感器网络可以较好完成机器人定位与导航的功能。

现有技术中，通常使用多个距离信息组成多个距离方程组，使用最小二乘法求出目标点的坐标，从而使得方程的残差最小，但是由于室内环境的复杂性，传感器网络在测距过程中由于遮挡或者多径效应等原因，所得的距离信息会与实际距离信息产生较大差异，从而会使得定位信息存在较大偏差。

非视距为通信两点之间视线受阻；超宽频技术：通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。

发明内容

本发明是针对室内根据传感器网络的距离信息定位，非视距存在测距偏差的问题，提出了一种基于非视距环境下超宽频测距实现室内定位方法,识别并削弱由于非视距产生的误差，从而提高在非视距环境中的定位精度。

本发明的技术方案为：一种基于非视距环境下超宽频测距实现室内定位方法，具体包括如下步骤：

1)建立室内测试系统：被定位目标上的一个标签和n个基站组成，标签与基站均采用超宽带模块，每个基站与标签之间通信采用超宽频传输技术，所有的基站安装在同一水平面上，被定位目标与基站可在同一水平面，也可不在同一上水平面，但被定位目标运动平面与基站平面要求定高，每个基站与标签之间采用飞行时间TOF原理测距；

2)将所有基站和被测目标设在同一水平面，针对二维环境下进行定位计算：A:对步骤1)建立的室内测试系统进行预测模型估计：

预测阶段如下：

X_k|k-1＝AX_k-1|k-1

P_k|k-1＝AP_k-1|k-1A^T+Q

其中，X＝[x y v_x v_y]^T，X_k-1|k-1为k-1时刻状态变量X的最优估计，X_k|k-1为k时刻对于状态变量X的预测向量，P_k|k-1为k时刻的预测误差协方差矩阵，P_k-1|k-1为k-1时刻的校正误差协方差矩阵，Q为过程噪声协方差矩阵，设置为对角矩阵；

校正阶段如下：

其中(x_i,y_i)为第i个基站的位置信息，h(X_k|k-1)为k时刻每个基站与被测目标之间的估计距离所组成的列向量；

B：通过建立一个矩阵，让多组测量距离信息与系统预测模型所估计出的距离信息进行比较，判定出非视距测距数据：

根据基站个数n，定义一个矩阵满足：