CN112533288A - 一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法 - Google Patents

一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112533288A
CN112533288A CN202011568315.8A CN202011568315A CN112533288A CN 112533288 A CN112533288 A CN 112533288A CN 202011568315 A CN202011568315 A CN 202011568315A CN 112533288 A CN112533288 A CN 112533288A
Authority
CN
China
Prior art keywords
base station
distance
site
iteration
dimensional coordinate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011568315.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112533288B (zh
Inventor
张晓明
吴剑
高丽珍
李�杰
刘俊
韩玉香
耿煜琛
朱耀杰
陶威
张仑
钱兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North University of China
Original Assignee
North University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North University of China filed Critical North University of China
Priority to CN202011568315.8A priority Critical patent/CN112533288B/zh
Publication of CN112533288A publication Critical patent/CN112533288A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112533288B publication Critical patent/CN112533288B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • H04W64/003—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management locating network equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及UWB定位技术，具体是一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法。本发明解决了传统的可移动基站位置标定方法导致标定速度慢、基站布设不便的问题。一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤一：在场地的同一边缘处放置两个基站，并将两个基站分别作为第0个基站和第1个基站，然后在场地内放置至少两个基站；步骤二：测量各个基站到地面的距离；步骤三：利用TOF测距法测量各个基站两两之间的距离；步骤四：令X＝[x1,xi,yi,xj,yj]T，根据测量结果计算X的迭代初值X0；步骤五：将式(1)进行一阶泰勒展开，并利用牛顿迭代法对X进行迭代计算。本发明适用于UWB定位及其它无线定位技术中局部定位***的组建。

Description

一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法
技术领域
本发明涉及UWB定位技术，具体是一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法。
背景技术
UWB(Ultra Wideband，超宽带)定位技术由于功耗低、传输速度快、多径分辨率高、***安全性高、定位精度高(可达分米级)等优点，在室内外定位领域得到了广泛应用。在UWB定位技术中，可移动基站位置的标定是组建局部定位***时必不可少的环节。传统的可移动基站位置标定方法由于自身原理所限，需要借助外部测量工具(例如全站仪、皮尺等)来进行基站位置的标定，由此导致标定速度慢、基站布设不便。基于此，有必要发明一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法，以解决传统的可移动基站位置标定方法导致标定速度慢、基站布设不便的问题。
发明内容
本发明为了解决传统的可移动基站位置标定方法导致标定速度慢、基站布设不便的问题，提供了一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤一：在场地的同一边缘处放置两个基站，并将两个基站分别作为第0个基站和第1个基站，然后在场地内放置至少两个基站；
将各个基站均视为空间点；将地面定义为三维坐标系的xoy平面；将同时经过第0个基站和第1个基站的直线在地面的投影定义为三维坐标系的x轴；将经过第0个基站的地面法线定义为三维坐标系的z轴；
步骤二：测量各个基站到地面的距离；测量结果包括：
第0个基站到地面的距离z0、第1个基站到地面的距离z1、场地内第i个基站到地面的距离zi、场地内第j个基站到地面的距离zj；
然后，根据测量结果定义各个基站的三维坐标值，具体如下：
第0个基站的三维坐标值定义为(0,0,z0)，第1个基站的三维坐标值定义为(x1,0,z1)，场地内第i个基站的三维坐标值定义为(xi,yi,zi)，场地内第j个基站的三维坐标值定义为(xj,yj,zj)；其中，x1、xi、yi、xj、yj均为未知量；
步骤三：利用TOF测距法测量各个基站两两之间的距离；测量结果包括：
第0个基站与第1个基站之间的距离d01、第0个基站与场地内第i个基站之间的距离d0i、第0个基站与场地内第j个基站之间的距离d0j、第1个基站与场地内第i个基站之间的距离d1i、第1个基站与场地内第j个基站之间的距离d1j、场地内第i个基站与场地内第j个基站之间的距离dij；
各个基站两两之间的距离表示如下：
Figure BDA0002862105870000021
步骤四：令X＝[x1,xi,yi,xj,yj]T，根据测量结果计算X的迭代初值X0；计算公式如下：
X0＝[x10,xi0,yi0,xj0,yj0]T (2)；
Figure BDA0002862105870000031
M＝d01 2-z10 2-d1i 2+d0i 2+zi0 2-zi1 2 (4)；
N＝d01 2-z10 2-d1j 2+d0j 2+zj1 2-zj0 2 (5)；
Figure BDA0002862105870000032
步骤五：将式(1)进行一阶泰勒展开，并利用牛顿迭代法对X进行迭代计算；
一阶泰勒展开式如下：
Figure BDA0002862105870000033
Xu＝[x1u,xiu,yiu,xju,yju]T(8)；
Figure BDA0002862105870000041
迭代计算公式如下：
Xu+1＝Xu+ΔXu (10)；
ΔXu＝(Hu THu)-1Hu TΔFu (11)；
Figure BDA0002862105870000042
ΔFu＝D-Du (13)；
D＝[d01,d0i,d0j,d1i,d1j,dij]T (14)；
Figure BDA0002862105870000043
式(7)～(15)中：Xu+1表示第u次迭代后X的值；Xu表示第u次迭代前X的值；ΔXu表示第u次迭代的迭代项；Hu表示第u次迭代时一阶泰勒展开式的系数矩阵；
当ΔXu小于指定的阈值时，迭代结束，将当前的Xu+1作为X的终值，由此得出各个基站的三维坐标值，从而实现了各个基站位置的自标定。
与传统的可移动基站位置标定方法相比，本发明所述的一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法无需借助外部测量工具，而是基于TOF测距法及牛顿迭代法，快速准确地实现了各个基站位置的自标定，由此显著加快了标定速度、极大地方便了基站布设。
本发明有效解决了传统的可移动基站位置标定方法导致标定速度慢、基站布设不便的问题，适用于UWB定位及其它无线定位技术中局部定位***的组建。
附图说明
图1是本发明中步骤三的示意图。
具体实施方式
一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤一：在场地的同一边缘处放置两个基站，并将两个基站分别作为第0个基站和第1个基站，然后在场地内放置至少两个基站；
将各个基站均视为空间点；将地面定义为三维坐标系的xoy平面；将同时经过第0个基站和第1个基站的直线在地面的投影定义为三维坐标系的x轴；将经过第0个基站的地面法线定义为三维坐标系的z轴；
步骤二：测量各个基站到地面的距离；测量结果包括：
第0个基站到地面的距离z0、第1个基站到地面的距离z1、场地内第i个基站到地面的距离zi、场地内第j个基站到地面的距离zj；
然后，根据测量结果定义各个基站的三维坐标值，具体如下：
第0个基站的三维坐标值定义为(0,0,z0)，第1个基站的三维坐标值定义为(x1,0,z1)，场地内第i个基站的三维坐标值定义为(xi,yi,zi)，场地内第j个基站的三维坐标值定义为(xj,yj,zj)；其中，x1、xi、yi、xj、yj均为未知量；
步骤三：利用TOF测距法测量各个基站两两之间的距离；测量结果包括：
第0个基站与第1个基站之间的距离d01、第0个基站与场地内第i个基站之间的距离d0i、第0个基站与场地内第j个基站之间的距离d0j、第1个基站与场地内第i个基站之间的距离d1i、第1个基站与场地内第j个基站之间的距离d1j、场地内第i个基站与场地内第j个基站之间的距离dij；
各个基站两两之间的距离表示如下：
Figure BDA0002862105870000061
步骤四：令X＝[x1,xi,yi,xj,yj]T，根据测量结果计算X的迭代初值X0；计算公式如下：
X0＝[x10,xi0,yi0,xj0,yj0]T (2)；
Figure BDA0002862105870000062
M＝d01 2-z10 2-d1i 2+d0i 2+zi0 2-zi1 2 (4)；
N＝d01 2-z10 2-d1j 2+d0j 2+zj1 2-zj0 2 (5)；
Figure BDA0002862105870000063
步骤五：将式(1)进行一阶泰勒展开，并利用牛顿迭代法对X进行迭代计算；
一阶泰勒展开式如下：
Figure BDA0002862105870000071
Xu＝[x1u,xiu,yiu,xju,yju]T (8)；
Figure BDA0002862105870000072
迭代计算公式如下：
Xu+1＝Xu+ΔXu (10)；
ΔXu＝(Hu THu)-1Hu TΔFu (11)；
Figure BDA0002862105870000073
ΔFu＝D-Du (13)；
D＝[d01,d0i,d0j,d1i,d1j,dij]T (14)；
Figure BDA0002862105870000081
式(7)～(15)中：Xu+1表示第u次迭代后X的值；Xu表示第u次迭代前X的值；ΔXu表示第u次迭代的迭代项；Hu表示第u次迭代时一阶泰勒展开式的系数矩阵；
当ΔXu小于指定的阈值时，迭代结束，将当前的Xu+1作为X的终值，由此得出各个基站的三维坐标值，从而实现了各个基站位置的自标定。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种应用于UWB定位的可移动基站位置自标定方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
步骤一：在场地的同一边缘处放置两个基站，并将两个基站分别作为第0个基站和第1个基站，然后在场地内放置至少两个基站；
将各个基站均视为空间点；将地面定义为三维坐标系的xoy平面；将同时经过第0个基站和第1个基站的直线在地面的投影定义为三维坐标系的x轴；将经过第0个基站的地面法线定义为三维坐标系的z轴；
步骤二：测量各个基站到地面的距离；测量结果包括：
第0个基站到地面的距离z0、第1个基站到地面的距离z1、场地内第i个基站到地面的距离zi、场地内第j个基站到地面的距离zj；
然后，根据测量结果定义各个基站的三维坐标值，具体如下：
第0个基站的三维坐标值定义为(0,0,z0)，第1个基站的三维坐标值定义为(x1,0,z1)，场地内第i个基站的三维坐标值定义为(xi,yi,zi)，场地内第j个基站的三维坐标值定义为(xj,yj,zj)；其中，x1、xi、yi、xj、yj均为未知量；
步骤三：利用TOF测距法测量各个基站两两之间的距离；测量结果包括：
第0个基站与第1个基站之间的距离d01、第0个基站与场地内第i个基站之间的距离d0i、第0个基站与场地内第j个基站之间的距离d0j、第1个基站与场地内第i个基站之间的距离d1i、第1个基站与场地内第j个基站之间的距离d1j、场地内第i个基站与场地内第j个基站之间的距离dij；
各个基站两两之间的距离表示如下：
Figure FDA0002862105860000011
步骤四：令X＝[x1,xi,yi,xj,yj]T，根据测量结果计算X的迭代初值X0；计算公式如下：
X0＝[x10,xi0,yi0,xj0,yj0]T (2)；
Figure FDA0002862105860000021
M＝d01 2-z10 2-d1i 2+d0i 2+zi0 2-zi1 2 (4)；
N＝d01 2-z10 2-d1j 2+d0j 2+zj1 2-zj0 2 (5)；
Figure FDA0002862105860000022
步骤五：将式(1)进行一阶泰勒展开，并利用牛顿迭代法对X进行迭代计算；
一阶泰勒展开式如下：
Figure FDA0002862105860000031
Xu＝[x1u,xiu,yiu,xju,yju]T (8)；
Figure FDA0002862105860000032
迭代计算公式如下：
Xu+1＝Xu+ΔXu (10)；
ΔXu＝(Hu THu)-1Hu TΔFu (11)；
Figure FDA0002862105860000033
ΔFu＝D-Du (13)；
D＝[d01,d0i,d0j,d1i,d1j,dij]T (14)；
Figure FDA0002862105860000034
式(7)～(15)中：Xu+1表示第u次迭代后X的值；Xu表示第u次迭代前X的值；ΔXu表示第u次迭代的迭代项；Hu表示第u次迭代时一阶泰勒展开式的系数矩阵；
当ΔXu小于指定的阈值时，迭代结束，将当前的Xu+1作为X的终值，由此得出各个基站的三维坐标值，从而实现了各个基站位置的自标定。
CN202011568315.8A 2020-12-26 2020-12-26 一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法 Active CN112533288B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011568315.8A CN112533288B (zh) 2020-12-26 2020-12-26 一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011568315.8A CN112533288B (zh) 2020-12-26 2020-12-26 一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112533288A true CN112533288A (zh) 2021-03-19
CN112533288B CN112533288B (zh) 2022-07-08

Family

ID=74976609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011568315.8A Active CN112533288B (zh) 2020-12-26 2020-12-26 一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112533288B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114698099A (zh) * 2022-05-31 2022-07-01 广东师大维智信息科技有限公司 一种uwb可移动基站快速自标定方法、***、介质及设备
CN116801186A (zh) * 2023-06-26 2023-09-22 深圳大漠大智控技术有限公司 基于uwb的室内定位***

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140210660A1 (en) * 2012-03-21 2014-07-31 Secure Care Products, Llc Object Movement and Location Detection System and Method Thereof
CN108293239A (zh) * 2016-08-05 2018-07-17 霍尼韦尔国际公司 包括提供移动台可以从其确定它的位置的信息的基站的***
CN108738132A (zh) * 2017-04-24 2018-11-02 温州市鹿城区中津先进科技研究院 一种基于tdoa的三基站移动通信定位方法
CN109951795A (zh) * 2019-02-23 2019-06-28 郑州轻工业学院 一种uwb三维室内定位***及定位方法
CN110022574A (zh) * 2019-04-16 2019-07-16 江苏科技大学 一种uwb室内定位基站的自动配置方法
CN110290463A (zh) * 2019-08-05 2019-09-27 杭州智鹍科技有限公司 基于最优化理论的uwb基站坐标自动标定方法和***
CN110572774A (zh) * 2019-09-17 2019-12-13 浙江智昌机器人科技有限公司 一种基于uwb自定位的室内多基站扩展方法
EP3608214A1 (en) * 2018-07-26 2020-02-12 FCA Italy S.p.A. Support for motor-vehicle doors, in particular designed for installation on a mobile assembly station for motor vehicles
CN111381209A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 深圳市优必选科技有限公司 一种测距定位的方法及装置
CN111385743A (zh) * 2020-03-11 2020-07-07 北京邮电大学 一种位置估计方法、装置及电子设备
CN111641919A (zh) * 2020-05-29 2020-09-08 浙江水利水电学院 一种uwb基站迭代自定位与校准方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140210660A1 (en) * 2012-03-21 2014-07-31 Secure Care Products, Llc Object Movement and Location Detection System and Method Thereof
CN108293239A (zh) * 2016-08-05 2018-07-17 霍尼韦尔国际公司 包括提供移动台可以从其确定它的位置的信息的基站的***
CN108738132A (zh) * 2017-04-24 2018-11-02 温州市鹿城区中津先进科技研究院 一种基于tdoa的三基站移动通信定位方法
EP3608214A1 (en) * 2018-07-26 2020-02-12 FCA Italy S.p.A. Support for motor-vehicle doors, in particular designed for installation on a mobile assembly station for motor vehicles
CN111381209A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 深圳市优必选科技有限公司 一种测距定位的方法及装置
CN109951795A (zh) * 2019-02-23 2019-06-28 郑州轻工业学院 一种uwb三维室内定位***及定位方法
CN110022574A (zh) * 2019-04-16 2019-07-16 江苏科技大学 一种uwb室内定位基站的自动配置方法
CN110290463A (zh) * 2019-08-05 2019-09-27 杭州智鹍科技有限公司 基于最优化理论的uwb基站坐标自动标定方法和***
CN110572774A (zh) * 2019-09-17 2019-12-13 浙江智昌机器人科技有限公司 一种基于uwb自定位的室内多基站扩展方法
CN111385743A (zh) * 2020-03-11 2020-07-07 北京邮电大学 一种位置估计方法、装置及电子设备
CN111641919A (zh) * 2020-05-29 2020-09-08 浙江水利水电学院 一种uwb基站迭代自定位与校准方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.MARTINELLI等: "Ultra-wide Band Positioning in Sport How the Relative Height Between the Transmitting and the Receiving Antenna Affects the System Performance", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF WIRELESS INFORMATION NETWORKS》 *
JAN KIETLINSKI-ZALESKI等: "Experimental validation of TOA UWB positioning with two receivers using known indoor features", 《IEEEION POSITION, LOCATION AND NAVIGATION SYMPOSIUM》 *
仰胜: "基于TOF模式的UWB定位原理与精度验证", 《大地测量与地球动力学》 *
张旭: "基于超宽带雷达的机器人室内定位方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *
王雯琦: "基于无线测距的车联网盲区协同定位算法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》 *
闫佳晖: "基于UWB的运动场定位***设计", 《导航定位与授时》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114698099A (zh) * 2022-05-31 2022-07-01 广东师大维智信息科技有限公司 一种uwb可移动基站快速自标定方法、***、介质及设备
CN116801186A (zh) * 2023-06-26 2023-09-22 深圳大漠大智控技术有限公司 基于uwb的室内定位***
CN116801186B (zh) * 2023-06-26 2024-03-19 深圳大漠大智控技术有限公司 基于uwb的室内定位***

Also Published As

Publication number Publication date
CN112533288B (zh) 2022-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112533288B (zh) 一种应用于uwb定位的可移动基站位置自标定方法
CN103476116B (zh) 基于定位单元质量及多算法数据融合的抗NLoS误差定位方法
CN106793078B (zh) 基于rssi修正值双重定位的蓝牙室内定位方法
CN107708204B (zh) 基于卡尔曼滤波的uwb定位***基站自标定方法
CN105929393B (zh) 大型人工建筑物三维形变的雷达测量方法及测量装置
CN107271957B (zh) 基于tdoa和toa的室内三维定位方法
CN110595479B (zh) 一种基于icp算法的slam轨迹评估方法
CN110673181B (zh) 一种基于网格能量遍历搜索的gnss干扰源定位方法
CN112584311B (zh) 一种基于wknn融合的室内三维空间指纹定位方法
CN113777557B (zh) 基于冗余距离筛选的uwb室内定位方法及***
CN107071896B (zh) 一种利用非视距信号实现煤矿弯曲巷道目标定位方法
CN103144109B (zh) 一种用于附加外部轴的机器人***分站式精度补偿方法
CN103338510A (zh) 一种基于rssi的无线传感器网络的定位方法
CN108021095B (zh) 一种基于置信域算法的多维空间轮廓误差估计方法
CN114363808A (zh) 一种基于rssi测距的室内定位方法
CN103616664B (zh) 一种无参概率密度估计的无源交叉定位方法及***
CN107884743A (zh) 适用于任意结构声音阵列的波达方向智能估计方法
CN106997039B (zh) 虚拟平面约束下重构一维空间的煤矿井下toa定位方法
Zang et al. Research on hybrid algorithm based on TDOA
CN104036136A (zh) 一种基于rssi的近距离精确定位方法
CN110536410B (zh) 非视距环境下基于rss和tdoa测量的定位方法
CN110702145A (zh) 一种二维导航***的地图误差补偿方法及***
Liang et al. Application of Taylor-Chan algorithm based on TDOA in sound source location
CN104459618B (zh) 一种借助虚拟观测和距离等效交换的单站短基线相差定位方法
CN113534051A (zh) 一种5g定位方法及***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant