CN115561703A - 封闭空间激光雷达辅助单uwb基站三维定位方法及*** - Google Patents

封闭空间激光雷达辅助单uwb基站三维定位方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法及***，涉及无线定位领域。所述方法包括：建立目标封闭空间的每个子空间的所述局部坐标系与参考坐标系的转换矩阵；基于获取移动平台与子空间顶面和内壁面的距离信息、移动平台与UWB基站的距离信息，计算移动平台在子空间局部坐标系的坐标；基于子空间的局部坐标系与参考坐标系的转换矩阵，获得移动平台在参考坐标系的位置坐标，完成所述移动平台在目标封闭空间的定位。本发明实现了在狭长封闭空间仅布置一个UWB基站，通过移动平台的激光雷达测距模块和UWB测距模块即可确定移动平台三维位置。

Description

封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法及***
技术领域
本发明涉及无线定位领域，尤其涉及一种封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法及***。
背景技术
因超宽带(简写：UWB)技术的测距精度高、测距范围大且具有较强的抗多路径能力，现已成为空间定位的主要技术。但是对于狭长空间，纵横比较大，现有UWB定位方法仅能提供沿狭长方向的纵向距离作为一维定位结果。由于狭长空间UWB基站网布局接近共线，在垂直与狭长方向的横向可提供的有效横向观测信息匮乏，UWB定位方法在室内及地下等狭长封闭空间的三维定位服务受限。虽然通过增加UWB基站部署密度可以解决狭长空间UWB难以三维定位的不足，但是，随着UWB基站密度增加，UWB基站部署数量将显著增大，导致UWB基站网的部署成本更加高昂。
激光点云定位法是一种逐点扫描测量反射点的距离、方位角、高度角的定位方法。但是，现有激光点云定位方法要求定位环境中有足够的特征点，通过提取特征点进行定位解算。对于缺乏特征点的纯色光滑封闭空间，将出现点云匹配误差大甚至定位失败。另外，随着运行时间的增加，点云匹配误差将逐步累积，导致定位误差放大和定位结果不收敛。
因此，现有技术难以很好满足纵横比大、接近线性的狭长封闭空间的三维定位需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法及***，以实现对纵横比大、接近线性的狭长封闭空间的三维定位。
为了实现上述目的，本发明所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，所述方法包括：
S1，根据目标封闭空间的高精度地图建立局部坐标系，将所述目标封闭空间性化分段为多个子空间，每个子空间中布置一个UWB基站，获取并建立每个子空间的所述局部坐标系与参考坐标系的转换矩阵；
S2，通过移动平台上布置的激光雷达测距模块获取所述移动平台与所在子空间顶面和内壁面的距离信息、移动平台上布置的UWB测距模块获取所述移动平台与所在子空间上布置的UWB基站的距离信息，计算获取所述移动平台在所在子空间局部坐标系的坐标；
S3，根据该子空间的局部坐标系与参考坐标系的转换矩阵，获得移动平台在参考坐标系的位置坐标，完成所述移动平台在目标封闭空间的定位。
优选地，所述每个子空间中布置一个UWB基站，具体为：将所述UWB基站固定设置在所述子空间的顶面上的任意一个拐角点。
优选地，所述每个子空间的局部坐标系与所述参考坐标系的转换矩阵为：
Figure BDA0003874851950000021
其中，设所述UWB基站在子空间的位置点为点A，点A在参考坐标系下的位置坐标为
Figure BDA0003874851950000024
r表示参考坐标系；
所述移动平台在子空间所在点为U，点U在参考坐标系下的位置坐标为
Figure BDA0003874851950000025
α为参考坐标系至中间坐标系Zm轴顺时针旋转的角度，m表示中间坐标系；
β为中间坐标系至局部坐标系Yl轴顺时针旋转的角度，l表示局部坐标系；
UE表示采用激光雷达测距模块获得的移动平台所在点U至所在子空间顶面的垂向最短距离；
UF表示采用激光雷达测距模块获得的移动平台所在点U至所在子空间内侧墙面的垂向最短距离；
UA表示UWB基站与移动平台的斜距；
Figure BDA0003874851950000022
AE表示UWB基站与移动平台的平距。
更优选地，所述UE按以下方法获得：在所述激光雷达测距模块的高度角为
Figure BDA0003874851950000023
的范围内，获取所述激光雷达测距模块的所有激光测距值中的最小值，将所述最小值作为移动平台所在点U至所在子空间顶面的垂向最短距离UE。
更优选地，所述UF按以下方法获得：获取移动平台所在子空间的纵轴方位角Azimuth；在激光雷达测距模块的高度角为
Figure BDA0003874851950000031
激光雷达测距模块的方位角为
Figure BDA0003874851950000032
的范围内，获取所述激光雷达测距模块的所有激光测距值中的最小值，将所述最小值作为移动平台所在点U至所在子空间内侧墙面的垂向最短距离UF；
其中，所述纵轴方位角Azimuth按照下述公式计算：
Figure BDA0003874851950000033
B表示移动平台所在子空间的顶面拐角点，且点B与子空间的UWB基站所在的点A处于子空间的同一条纵轴线上，点B在参考坐标系r中的坐标为
Figure BDA0003874851950000034
优选地，步骤S2与步骤S3之间还包括：移动平台获取所在子空间设置的UWB基站参数信息，并根据所述UWB基站参数信息在目标封闭空间的定位信息库中调取移动平台所在子空间的定位信息表。
优选地，目标封闭空间的定位信息库按照下述步骤构建：利用高精度地图建立任意一个子空间i的局部坐标系，记录在所述局部坐标系的原点上布置的UWB基站的参数信息和所述UWB基站在参考坐标系的坐标；同时，计算并记录参考坐标系至中间坐标系Zm轴旋转的角度α及中间坐标系至局部坐标系Yl轴旋转的角度β，将记录结果构建成所述子空间i的初定位信息表，接着建立所述子空间i的UWB基站的参数信息与子空间i的初定位信息表的索引关系，得到子空间i的定位信息表；将所有子空间的定位信息表组成目标封闭空间的定位信息库。
本发明所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位***，所述***包括：服务器、多个与服务器通信的移动平台、多个与移动平台通信的UWB基站；
服务器，负责接收并处理从移动平台获得的UWB基站参数信息、激光雷达测量信息、UWB测距值；还负责将处理得到的位置坐标结果反馈给移动平台；
移动平台，获取UWB基站参数信息、激光雷达测量信息和UWB测距值，并上传给服务器；所述激光雷达测量信息包括激光雷达测距值、激光雷达测距值对应的方位角和高度角；
UWB基站，发送移动平台可识别的UWB信号。
优选地，所述服务器包括：
定位信息库构建模块，将目标封闭空间线性化分段为多个子空间，取任意一个子空间i，利用高精度地图建立所述子空间i的局部坐标系，记录所述局部坐标系的原点上布置的UWB基站的参数信息和所述UWB基站在参考坐标系的坐标；同时，计算并记录第一旋转角α及第二旋转角β，将记录结果构建成所述子空间i的初定位信息表，接着建立所述子空间i的UWB基站的参数信息与子空间i的初定位信息表的索引关系，得到子空间i的定位信息表；将所有子空间的定位信息表组成目标封闭空间的定位信息库；
信息表存储模块，存储目标封闭空间的定位信息库；
数据接收模块，接收移动平台发送的UWB基站参数信息、激光雷达测量信息、UWB测距值；
计算模块，解析从移动平台获取的UWB基站参数信息，并从定位信息库中调取与所述UWB基站参数匹配的定位信息表；然后根据从移动平台获取的激光雷达测量信息、UWB测距值，计算移动平台在局部坐标系的坐标，并将局部坐标系的坐标转换为参考坐标系的坐标；
数据发送模块，将计算结果发送给移动平台。
优选地，所述移动平台包括：
免接触激光雷达测模块，测量所有反射点的距离值及距离值对应的高度角和方位角，并上传给服务器，用于提取移动平台所在点分别与所在子空间顶面和内侧墙面的垂向最短距离；
UWB测距模块，观测UWB信号，获取UWB基站参数信息及UWB基站与移动平台的斜距，并上传给服务器。
本发明的有益效果是：本发明所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，在高精度地图的基础上，结合激光雷达、UWB技术在定位技术上的优势，在狭长封闭空间仅布置一个UWB基站，通过移动平台上的布置的激光雷达测距模块和UWB测距模块即可确定移动平台三维位置。
(1)相对于现有UWB多基站定位法，本发明所述方法克服狭长空间定位网构型差、三维定位精度低的缺点，保证了三维定位精度。
(2)传统UWB基站定位至少需要3个以上基站才能实现三维定位，本发明所述方法在狭长封闭空间高精度地理信息和激光雷达测距的基础上，减少UWB基站的使用数量，仅需要在狭长封闭空间布置1个UWB基站即可实现三维定位。
(3)相对于激光点云定位法，本发明所述方法因为将狭长封闭空间高精度地理信息、激光雷达测距和UWB测距三者结合，从而避免因狭长封闭空间结构特征缺乏导致的点云匹配误差，克服激光点云定位法随着运行时间增加定位误差累积增大的不足。
附图说明
图1是封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法的流程示意图；
图2是目标封闭空间的参考坐标系和任意一个子空间的局部坐标系的示意图；
图3是示意图激光雷达/UWB联合观测示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参照图，本实施例所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，所述方法包括：
S1，根据目标封闭空间的高精度地图建立局部坐标系，将所述目标封闭空间性化分段为多个子空间，每个子空间中布置一个UWB基站，获取并建立每个子空间的所述局部坐标系与参考坐标系的转换矩阵；
S2，通过移动平台上布置的激光雷达测距模块获取所述移动平台与所在子空间顶面和内壁面的距离信息、移动平台上布置的UWB测距模块获取所述移动平台与所在子空间上布置的UWB基站的距离信息，计算获取所述移动平台在所在子空间局部坐标系的坐标；
S3，根据该子空间的所述局部坐标系与参考坐标系的转换矩阵，获得移动平台在参考坐标系的位置坐标，完成所述移动平台在目标封闭空间的定位。
更详细的解释说明：
(一)利用高精度地图信息构建局部坐标系
参考坐标系用于空间特征点坐标测量、高精度地图测绘、用户位置坐标表达等。图2所示，在本实施例中，目标封闭空间的参考坐标系和任意一个子空间的局部坐标系的示意图。参考坐标系简写为r，其内坐标表示为(Xr,Yr,Zr)。参考坐标系的原点为测绘主管部门定义的原点O，参考坐标系的Zr轴垂直于水平面朝上，Yr轴在水平面内指向正北方向，Xr轴在水平面内垂直Yr轴。
在参考坐标系r下，利用目标封闭空间的高精度地图信息，提取空间特征点坐标。本实施例中，以目标封闭空中以比较广泛出现的狭长通道为例，进行说明推导。如图2所示，狭长通道的三个顶点分布标记为A、B、C点，其中A点为狭长通道入口处的顶点。获取三个顶点在参考坐标系的位置坐标，分别为：A点坐标为
Figure BDA0003874851950000064
,B点坐标为
Figure BDA0003874851950000065
,C点坐标为
Figure BDA0003874851950000066
。设：垂直于A、B、C三点围成的面ABC的法向量为
Figure BDA0003874851950000067
，是向量AC和向量AB的外积：
Figure BDA0003874851950000061
采用公式(2.2)计算沿狭长通道的纵轴线AB的方位角Azimuth:
Figure BDA0003874851950000062
如图2所示，局部坐标系简写为l，坐标表示为(Xl,Yl,Zl)。局部坐标系的原点为狭长通道入口的顶点A，Zl轴垂直于通道顶面朝上，Yl轴在通道顶面内指向纵轴线方向，Xl轴在狭长通道顶面内垂直于Yl轴即指向横轴线方向。
首先，以A点为中心，参考坐标系绕Xr轴旋转，将Zr轴顺时针旋转至垂直于狭长通道顶面方向。其旋转角度为α：
Figure BDA0003874851950000063
以A点为中心，参考坐标系绕Xr轴顺时针旋转角度α，得到中间坐标系，中间坐标系简写为m，中间坐标系的原点为A点。参考坐标系r至中间坐标系m的转换方程如下：
Figure BDA0003874851950000071
根据参考坐标系坐标至中间坐标系坐标的转换方程(2.4)，得到B点在中间坐标系的坐标为
Figure BDA0003874851950000072
其次，接着继续以A点为中心，中间坐标系绕Zm轴，将Ym轴顺时针旋转至狭长通道纵轴线，得到局部坐标系l，其旋转角度β为：
Figure BDA0003874851950000073
中间坐标系m至局部坐标系l的转换方程如下：
Figure BDA0003874851950000074
最后，根据(2.6)式和(2.4)式，得到参考坐标系r至局部坐标系l的转换方程：
Figure BDA0003874851950000075
根据(2.7)式，得到局部坐标系l至参考坐标系r的转换方程：
Figure BDA0003874851950000076
(二)激光雷达/UWB联合观测及改正
移动平台和UWB基站在狭长通道的部署如图2.3所示。UWB基站部署于A点，移动平台位于狭长通道中的任意一点U。点U垂直于狭长通道顶面的投影点为E，U点垂直于狭长通道内侧面的投影点为F。移动平台集成一个UWB测距基站模块和一个免接触激光雷达模块。
移动平台中的UWB观测模块，用于测量移动平台至狭长空间布置的UWB基站的距离，得到移动平台至局部坐标系原点的斜距UA。UWB不仅测距范围大，而且具有精密测距能力，能够测量移动平台至UWB基站的斜向三维距离。狭长通道沿狭长方向的纵轴，跨度大，适合于UWB测距。
移动平台中的免接触激光雷达扫描模块，用于测量移动平台至狭长通道顶面的垂向距离UE，以及移动平台至狭长通道侧面的横向垂直距离UF。免接触激光雷达扫描测量，不仅测距精度高，而且其集成的IMU设备提供了测距的方位角和高度角信息。设定高度角范围，能够提取用户终端至反射面的最短距离。根据垂向距离最短原则，可得到用户终端至反射面的垂直距离。在本实施例中，设定在高度角为
Figure BDA0003874851950000081
的范围内，搜索所有激光测距值中的最小值，得到移动平台至狭长通道的顶面的垂向距离UE：
Figure BDA0003874851950000082
其中，激光雷达测距时输出的数据表达为(S,SE,SA)，其中，S为距离值、SE为高度角、SA为方位角。
设定激光雷达测距输出的方位角范围，提取移动平台至反射面的最短距离。根据垂向距离最短原则，因此得到了移动平台至反射面的横向距离。设定：在
Figure BDA0003874851950000083
的高度角范围和
Figure BDA0003874851950000084
的方位角范围内，搜索输出的所有激光测距值中的最小值，得到移动平台至狭长通道内侧面的垂向距离UF：
Figure BDA0003874851950000085
通过移动平台上布置的UWB测距模块，获取移动平台的U点至UWB基站的A点的斜距UA，通过公式(2.11)改正为平距AE：
Figure BDA0003874851950000086
利用平距AE，计算移动平台的U点在狭长通道的局部坐标系l下的纵轴坐标为：
Figure BDA0003874851950000087
提取移动平台的激光雷达测距数据中的竖向垂直距离UE和横向垂直距离UF，改正并融合UWB测距值得到的U点在局部坐标系l下的纵轴坐标，推演计算得到移动平台在局部坐标系下的坐标。
(三)激光雷达测距/UWB测距/高精度地图信息融合定位
根据已从激光雷达测距数据中提取的垂向距离值和横向距离值，得到移动平台所在U点在局部坐标系l下的坐标为：
Figure BDA0003874851950000091
在式(2.13)的基础上，根据局部坐标系l至参考坐标系r的转换方程(2.8)式，将移动平台在局部参考系下的坐标转换至参考坐标系下，得到移动平台在参考坐标系下的位置坐标：
Figure BDA0003874851950000092
以上完成了移动平台在目标封闭空间的定位。
在实际应用中，将不规则狭长空间线性化分段为多段狭长子空间。对每段狭长子空间，利用高精度地图信息建立每段狭长子空间的定位信息表。抽取狭长空间顶面拐角点，作为局部坐标系原点A。沿着狭长方向纵轴线，提取狭长空间另一端的拐角点B，得到局部坐标系纵轴Yl轴及其方位角Azimuth。从A点出发，垂直与Yl轴提取特征点C，得到局部坐标系横轴Xl轴。根据式(2.1)，得到垂直于狭长子空间顶面的局部坐标系竖轴Zl轴。利用式(2.1)和(2.5)，得到参考坐标系至局部坐标系的转换角度。在局部坐标系原点，部署UWB基站，形成融合高精度地图信息的狭长子空间定位信息表，如表2.1。对每段狭长子空间建立融合定位信息表，得到整个目标狭长空间的融合定位信息库。
表2.1融合高精度地图信息的狭长子空间定位信息表
Figure BDA0003874851950000101
实施例2
本实施例所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法定位***包括：服务器、多个与服务器通信的移动平台、多个与移动平台通信的UWB基站。
(一)关于服务器
服务器，负责接收并处理从移动平台获得的UWB基站参数信息、激光雷达测量信息、UWB测距值；还负责将处理得到的位置坐标结果反馈给移动平台。
所述服务器包括：
定位信息库构建模块，将目标封闭空间线性化分段为多个子空间，取任意一个子空间i，利用高精度地图建立所述子空间i的局部坐标系，记录所述局部坐标系的原点上布置的UWB基站的参数信息和所述UWB基站在参考坐标系的坐标；同时，计算并记录第一旋转角α及第二旋转角β，将记录结果构建成所述子空间i的初定位信息表，接着建立所述子空间i的UWB基站的参数信息与子空间i的初定位信息表的索引关系，得到子空间i的定位信息表；将所有子空间的定位信息表组成目标封闭空间的定位信息库；
信息表存储模块，存储目标封闭空间的定位信息库；
数据接收模块，接收移动平台发送的UWB基站参数信息、激光雷达测量信息、UWB测距值；
计算模块，解析从移动平台获取的UWB基站参数信息，并从定位信息库中调取与所述UWB基站参数匹配的定位信息表；然后根据从移动平台获取的激光雷达测量的横向和垂向距离值、UWB测距值，计算移动平台在局部坐标系的坐标，并将局部坐标系的坐标转换为参考坐标系的坐标；
数据发送模块，将计算结果发送给移动平台。
(二)关于移动平台
移动平台，获取UWB基站参数信息、激光雷达测量信息和UWB测距值，并上传给服务器；所述激光雷达测量信息包括激光雷达测距值、激光雷达测距值对应的方位角和高度角。
所述移动平台包括：
免接触激光雷达测模块，测量所有反射点的距离值及距离值对应的高度角和方位角，并上传给服务器，用于提取移动平台所在点分别与所在子空间顶面和内侧墙面的垂向最短距离；
UWB测距模块，观测UWB信号，获取UWB基站参数信息及UWB基站与移动平台的斜距，并上传给服务器。
(三)关于UWB基站
UWB基站，发送移动平台可识别的UWB信号。
在本实施例中，当移动平台观测到UWB信号时，解析UWB测量信号，获得UWB基站名称。根据UWB基站名称，从目标封闭空间的定位信息库中，检索所在子空间的基于地图建立的激光雷达/UWB融合定位信息表。利用所在子空间的融合定位信息表，得到局部坐标系到参考坐标系的转换参数。根据移动平台的UWB斜距测量值、激光雷达横向距离测量值和垂向距离测量值，按照式(2.14)，计算得到移动平台在参考坐标系下的位置坐标，完成所述移动平台在目标封闭空间的三维定位。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，在高精度地图的基础上，结合激光雷达、UWB技术在定位技术上的优势，在狭长封闭空间仅布置一个UWB基站，通过移动平台上的布置的激光雷达测距模块和UWB测距模块即可确定移动平台三维位置。
(1)相对于现有UWB多基站定位法，本发明所述方法克服狭长空间定位网构型差、三维定位精度低的缺点，保证了三维定位精度。
(2)传统UWB基站定位至少需要3个以上基站才能实现三维定位，本发明所述方法在狭长封闭空间高精度地理信息和激光雷达测距的基础上，减少UWB基站的使用数量，仅需要在狭长封闭空间布置1个UWB基站即可实现三维定位。
(3)相对于激光点云定位法，本发明所述方法因为将狭长封闭空间高精度地理信息、激光雷达测距和UWB测距三者结合，从而避免因狭长封闭空间结构特征缺乏导致的点云匹配误差，克服激光点云定位法随着运行时间增加定位误差累积增大的不足。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，根据目标封闭空间的高精度地图建立局部坐标系，将所述目标封闭空间性化分段为多个子空间，每个子空间中布置一个UWB基站，获取并建立每个子空间的所述局部坐标系与参考坐标系的转换矩阵；
S2，通过移动平台上布置的激光雷达测距模块获取所述移动平台与所在子空间顶面和内壁面的距离信息、移动平台上布置的UWB测距模块获取所述移动平台与所在子空间上布置的UWB基站的距离信息，计算获取所述移动平台在所在子空间局部坐标系的坐标；
S3，根据该子空间的局部坐标系与参考坐标系的转换矩阵，获得移动平台在参考坐标系的位置坐标，完成所述移动平台在目标封闭空间的定位。
2.根据如权利要求1所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，其特征在于，所述每个子空间中布置一个UWB基站，具体为：将所述UWB基站固定设置在所述子空间的顶面上的任意一个拐角点。
3.根据如权利要求1所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，其特征在于，所述每个子空间的局部坐标系与所述参考坐标系的转换矩阵为：
Figure FDA0003874851940000011
其中，设所述UWB基站在子空间的位置点为点A，点A在参考坐标系下的位置坐标为
Figure FDA0003874851940000012
r表示参考坐标系；
所述移动平台在子空间所在点为U，点U在参考坐标系下的位置坐标为
Figure FDA0003874851940000013
α为参考坐标系至中间坐标系Zm轴顺时针旋转的角度，m表示中间坐标系；
β为中间坐标系至局部坐标系Yl轴顺时针旋转的角度，l表示局部坐标系；
UE表示采用激光雷达测距模块获得的移动平台所在点U至所在子空间顶面的垂向最短距离；
UF表示采用激光雷达测距模块获得的移动平台所在点U至所在子空间内侧墙面的垂向最短距离；
UA表示UWB基站与移动平台的斜距；
Figure FDA0003874851940000021
AE表示UWB基站与移动平台的平距。
4.根据如权利要求3所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，其特征在于，所述UE按以下方法获得：
在所述激光雷达测距模块的高度角为
Figure FDA0003874851940000022
的范围内，获取所述激光雷达测距模块的所有激光测距值中的最小值，将所述最小值作为移动平台所在点U至所在子空间顶面的垂向最短距离UE。
5.根据如权利要求3所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，其特征在于，所述UF按以下方法获得：
获取移动平台所在子空间的纵轴方位角Azimuth；
在激光雷达测距模块的高度角为
Figure FDA0003874851940000023
激光雷达测距模块的方位角为
Figure FDA0003874851940000024
的范围内，获取所述激光雷达测距模块的所有激光测距值中的最小值，将所述最小值作为移动平台所在点u至所在子空间内侧墙面的垂向最短距离UF；
其中，所述纵轴方位角Azimuth按照下述公式计算：
Figure FDA0003874851940000025
B表示移动平台所在子空间的顶面拐角点，且点B与子空间的UWB基站所在的点A处于子空间的同一条纵轴线上，点B在参考坐标系r中的坐标为
Figure FDA0003874851940000026
6.根据如权利要求1所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，其特征在于，步骤S2与步骤S3之间还包括：
移动平台获取所在子空间设置的UWB基站参数信息，并根据所述UWB基站参数信息在目标封闭空间的定位信息库中调取移动平台所在子空间的定位信息表。
7.根据如权利要求1所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法，其特征在于，目标封闭空间的定位信息库按照下述步骤构建：利用高精度地图建立任意一个子空间i的局部坐标系，记录在所述局部坐标系的原点上布置的UWB基站的参数信息和所述UWB基站在参考坐标系的坐标；同时，计算并记录参考坐标系至中间坐标系Zm轴旋转的角度α及中间坐标系至局部坐标系Yl轴旋转的角度β，将记录结果构建成所述子空间i的初定位信息表，接着建立所述子空间i的UWB基站的参数信息与子空间i的初定位信息表的索引关系，得到子空间i的定位信息表；将所有子空间的定位信息表组成目标封闭空间的定位信息库。
8.一种实现如权利要求1至7任意一项所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位方法的***，其特征在于，所述***包括：服务器、多个与服务器通信的移动平台、多个与移动平台通信的UWB基站；
服务器，负责接收并处理从移动平台获得的UWB基站参数信息、激光雷达测量信息、UWB测距值；还负责将处理得到的位置坐标结果反馈给移动平台；
移动平台，获取UWB基站参数信息、激光雷达测量信息和UWB测距值，并上传给服务器；所述激光雷达测量信息包括激光雷达测距值、激光雷达测距值对应的方位角和高度角；
UWB基站，发送移动平台可识别的UWB信号。
9.根据权利要求8所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位***，其特征在于，所述服务器包括：
定位信息库构建模块，将目标封闭空间线性化分段为多个子空间，取任意一个子空间i，利用高精度地图建立所述子空间i的局部坐标系，记录所述局部坐标系的原点上布置的UWB基站的参数信息和所述UWB基站在参考坐标系的坐标；同时，计算并记录第一旋转角α及第二旋转角β，将记录结果构建成所述子空间i的初定位信息表，接着建立所述子空间i的UWB基站的参数信息与子空间i的初定位信息表的索引关系，得到子空间i的定位信息表；将所有子空间的定位信息表组成目标封闭空间的定位信息库；
信息表存储模块，存储目标封闭空间的定位信息库；
数据接收模块，接收移动平台发送的UWB基站参数信息、激光雷达测量信息、UWB测距值；
计算模块，解析从移动平台获取的UWB基站参数信息，并从定位信息库中调取与所述UWB基站参数匹配的定位信息表；然后根据从移动平台获取的激光雷达测量信息、UWB测距值，计算移动平台在局部坐标系的坐标，并将局部坐标系的坐标转换为参考坐标系的坐标；
数据发送模块，将计算结果发送给移动平台。
10.根据权利要求8所述封闭空间激光雷达辅助单UWB基站三维定位***，其特征在于，所述移动平台包括：
免接触激光雷达测模块，测量所有反射点的距离值及距离值对应的高度角和方位角，并上传给服务器，用于提取移动平台所在点分别与所在子空间顶面和内侧墙面的垂向最短距离；
UWB测距模块，观测UWB信号，获取UWB基站参数信息及UWB基站与移动平台的斜距，并上传给服务器。
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