[发明专利]一种在UWB定位过程中提高定位精度的方法

权利要求书

1.一种在UWB定位过程中提高定位精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，通过自主定位算法得到用户相对于基站的位置坐标：

步骤11，利用距离测量方法获取基站A和用户B之间的初始相对距离R₀，并记录基站A的初始位置为A(0,0)，用户B的初始位置未知，记为B₀(x₀,y₀)；

步骤12，获取用户B的第一次移动距离l₁和移动方向角β₁，移动方向角β₁是移动方向与正北方向的夹角；

步骤13，基站A和用户B互通信息，记录用户第一次移动后的位置为B₁(x,y)，获取基站A与用户在当前位置B₁之间的相对距离R₁；

步骤14，计算用户B此时的位置B₁(x,y)，得到两个模糊点：

步骤141，根据上述步骤的结果构建如下坐标方程组：

其中，式1表示在第一次移动以后，以基站A的位置为圆心，用户B在位置B₀的可能坐标所在圆的方程；式2表示用户B第一次移动后，将基站A移动与用户B相同的方向和距离，此时相当于用户B在以移动后的基站A为圆心，半径为R₀的圆上；

步骤142，求解上述方程组，便可得到用户B的两个模糊点B₁′和B₁″；

步骤15，重复步骤12，获得用户B第二次移动的移动距离l₂和移动方向角β₂，移动方向角β₂是移动方向与正北方向的夹角；

步骤16，基站A和用户B互通信息，记录用户第二次移动后的位置为B₂(x′,y′)，获取基站A与用户B在当前位置B₂之间的相对距离R₂；

步骤17，使用用户B第二次移动的方向和距离选择模糊点，最终确定用户B的位置；

步骤171，将位置B₁的两个模糊点B₁′和B₁″移动与用户B第二次移动相同的方向和距离，可以得到：

分别计算两个模糊点B₂′和B₂″与基站A之间的距离，距离与R₂最接近的点即为真实点的位置；

步骤2，利用基站和用户之间的距离对用户坐标进行初步修正：

步骤1中得到了用户第二次移动后的位置为B₂(x′,y′)，此时用户B和基站A之间的距离为R₂，用户B和基站A连线所形成的直线斜率为k，分别考虑k存在和不存在两种情况：

当k不存在时方程为：

求解上述方程，可以得到两个点：

选择距离B₂(x′,y′)最近的点即可；

当k存在时方程为：

求解上述方程，可以得到两个点：

选择距离B₂(x′,y′)最近的点即可；

步骤3，用户使用自身PDR更新自身坐标，并使用距离信息作初步修正：

步骤31，假设上一时刻用户的位置为B(x_a,y_a)，当前时刻用户的位置为B(x_b,y_b)，PDR方向为α，PDR方向是与正北方向的夹角，PDR距离为r，当前时刻用户的位置使用PDR直接得到按照步骤2使用距离信息对PDR坐标作初步修正；

步骤32，PDR信息的处理，行走方向与上一时刻方向差值在正负5度以内，认为用户在直线行走，当前角度根据过去时刻角度进行预测和调整；

步骤4，利用基站和用户之间的距离及用户自身的PDR信息联合对步骤3的定位结果进行修正：

步骤41，计算当前定位误差，即基站A和用户B之间的距离和实测值差值的绝对值，假设此时用户的坐标为B₃(x″,y″)，UWB测得用户B与基站A之间的距离为R，那定位误差ε_d表示为：

步骤42，设定期望误差为ε_ed，判断当前定位误差是否在可接受范围内，如果在可接受范围内，不需要修正，直接进入下一步，否则，初始化迭代次数，进入迭代；

步骤43，迭代是在用户与基站的距离圆上进行小范围搜索，综合考虑用户的行走方向和行走距离的误差；

步骤44，第一次搜索沿任意方向，即角度增大或者减小的方向，第一次迭代以后计算当前误差，如果误差减小，则继续沿该方向搜索，否则沿反方向搜索；

步骤45，此处以角度增大的方式进行说明，首先计算用户B与基站A连线的角度，即此时设置角度增量为Δθ；

假设第一次搜索θ₁＝θ+Δθ，对应直线的斜率为k₁＝arctanθ₁，考虑当前用户B与基站A之间的距离，建立方程组：

得到两个模糊点：

选择距离B₃(x″,y″)最近的点即可；

计算当前迭代的点B_k(x_k,y_k)所导致的PDR误差变化情况，先使用PDR距离判断当前方向是否为下降方向，假设用户上一时刻的位置为B_k-1(x_k-1,y_k-1)，PDR实测距离为r_k，PDR距离误差ε_r为：

如果ε_r增大，则表明该方向不是下降方向，否则说明当前方向为下降方向；

步骤46，选择正确的下降方向后，开始循环迭代，迭代的参数包括：最大迭代次数maxCnt，PDR距离期望误差ε_er以及PDR角度期望误差ε_eα；

步骤5，三个迭代参数有一个不满足或者精度到达期望之内即可跳出迭代循环：

步骤51，如果当前迭代次数大于最大迭代次数，证明修正失败，跳出循环，直接用PDR更新用户当前坐标，跳回步骤2，同时重新启动定位流程；

步骤52，如果迭代过程中定位精度达到可接受范围，证明修正成功，跳出循环，使用当前修正的坐标作为用户的最终定位坐标。