【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無線通信與網(wǎng)絡(luò)，具體為一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的uwb基站標(biāo)定誤差消除方法。
技術(shù)介紹
1、近年來，隨著基于位置服務(wù)(location?based?service，lbs)的應(yīng)用發(fā)展，高精度定位成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。目前大部分位置服務(wù)仍依賴于成熟的全球定位系統(tǒng)(globalpos?itioning?system，gps)，但該技術(shù)在室內(nèi)、隧道、樓間小路等場景存在定位信號(hào)遮擋的缺點(diǎn)，而超寬帶(uwb)定位技術(shù)則是較好的定位補(bǔ)充技術(shù)。相比于其他定位技術(shù)，uwb定位具備高精度、高刷新率、抗多徑干擾等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國對uwb定位頻段的標(biāo)準(zhǔn)化，其市場規(guī)模正快速增長。
2、在uwb定位系統(tǒng)中，我們通常以基站的位置作為參考來求解標(biāo)簽位置，即基站的位置需要預(yù)先標(biāo)定。因此，基站布置對uwb定位精度具有一定的影響，主要體現(xiàn)在：1)基站布置的形狀及覆蓋范圍會(huì)影響定位精度；2)基站標(biāo)定位置不準(zhǔn)確導(dǎo)致的定位誤差。第一種定位誤差影響因素可以通過理論推導(dǎo)來求得基站的最優(yōu)布置方式，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)定位性能。而第二種在某一固定場景中，標(biāo)定位置錯(cuò)誤帶來的定位誤差通常是存在某種規(guī)律的，可以利用大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定誤差的消除。
3、由此可見，目前標(biāo)定誤差消除及定位坐標(biāo)的校正主要需要解決以下問題：1)標(biāo)定誤差帶來的定位誤差表達(dá)式，以及二者的數(shù)學(xué)關(guān)系式；2)實(shí)驗(yàn)中的真實(shí)位置與求解位置的關(guān)系，以及二者轉(zhuǎn)換與定位校正方法的選取。
4、因此，提供一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的uwb基站標(biāo)定誤差消除方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
2、實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：
3、一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的uwb基站標(biāo)定誤差消除方法，包括：
4、步驟s1，推導(dǎo)存在標(biāo)定誤差的標(biāo)簽定位，即基于到達(dá)時(shí)間線性方程，推導(dǎo)存在定位誤差的標(biāo)簽定位過程，根據(jù)求解標(biāo)簽定位表達(dá)式，分析基站標(biāo)定誤差校正方法；
5、步驟s2，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)消除基站標(biāo)定誤差，即利用uwb定位平臺(tái)及光柵、交換機(jī)設(shè)備，收集真實(shí)位置與求解標(biāo)簽位置數(shù)據(jù)，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)迭代求解坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣及偏差向量，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定誤差的校正。
6、優(yōu)選的，所述步驟s1包括：
7、步驟s11，考慮標(biāo)定誤差的toa(無線定位)定位方程形式；
8、步驟s12，基于最小二乘法，求解標(biāo)簽坐標(biāo)；
9、步驟s13，分析采用坐標(biāo)系線性變換方式進(jìn)行標(biāo)定誤差校正，得到最優(yōu)解。
10、優(yōu)選的，所述步驟s11中，設(shè)真實(shí)基站坐標(biāo)ai＝(xi,yi,zi)t，1≤i≤n，根據(jù)測距信息構(gòu)建toa線性方程ax＝b，其中，x＝(x,y,z)t，δx分別表示標(biāo)簽真實(shí)坐標(biāo)及定位誤差，以基站a1為參考基站，觀測矩陣a，測量向量b分別表示為：
11、
12、考慮到標(biāo)定誤差、測量向量b中的誤差，觀測矩陣與測量向量分別表示為(a+δa)，對應(yīng)的toa線性方程為：
13、
14、其中，表示uwb標(biāo)簽的toa定位結(jié)果。
15、優(yōu)選的，所述步驟s12中，基于最小二乘法，求解標(biāo)簽坐標(biāo)為：
16、
17、優(yōu)選的，所述步驟s13中，整理標(biāo)簽坐標(biāo)可得：
18、
19、其中，第一項(xiàng)與標(biāo)簽真實(shí)位置x相關(guān)，第二項(xiàng)則是定位誤差項(xiàng)；
20、擬采用線性變化進(jìn)行標(biāo)定誤差校正，即：
21、
22、當(dāng)取得最優(yōu)解。
23、優(yōu)選的，所述步驟s2包括：
24、步驟s21，沿小車運(yùn)動(dòng)方向兩側(cè)布置光柵，多個(gè)光柵連接在同一交換機(jī)，交換機(jī)與uwb主基站共同連接到同一臺(tái)電腦上；
25、步驟s22，收集小車通過光柵的真實(shí)位置及uwb計(jì)算位置；
26、步驟s23，根據(jù)收集數(shù)據(jù)，求解坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣h及偏差向量m；
27、步驟s24，交替迭代求解至收斂或達(dá)到迭代次數(shù)上限，校正坐標(biāo)
28、優(yōu)選的，所述步驟s22包括：
29、步驟s221，標(biāo)定多個(gè)光柵所在位置作為真實(shí)位置，第i組數(shù)據(jù)表示為xi；
30、步驟s222，移動(dòng)小車，當(dāng)小車通過光柵時(shí)，串口數(shù)據(jù)發(fā)生改變，讀取該時(shí)刻串口數(shù)據(jù)時(shí)間戳；
31、步驟s223，在uwb定位數(shù)據(jù)中，找到改時(shí)間戳?xí)r對應(yīng)的測距數(shù)據(jù)，及求解定位坐標(biāo)，其中第i組數(shù)據(jù)表示為
32、步驟s224，多次改變光柵的位置，得到多組真實(shí)位置及toa標(biāo)簽定位坐標(biāo)。
33、優(yōu)選的，所述步驟s23中，設(shè)共收集n組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建真實(shí)位置矩陣x、toa定位結(jié)果矩陣即：
34、x＝(x1,x2,…,xn)；
35、
36、根據(jù)所述步驟s13中的優(yōu)化目標(biāo)，采用迭代的方法求解相關(guān)參數(shù)，相關(guān)參數(shù)迭代初始值表示為：
37、
38、進(jìn)而得到坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣及偏差向量
39、優(yōu)選的，所述步驟s24中，交替迭代更新參數(shù)，第t次迭代的旋轉(zhuǎn)矩陣及偏差向量表示為：
40、
41、當(dāng)?shù)螖?shù)t達(dá)到上限或迭代變化小于預(yù)先設(shè)定閾值tol，即：
42、m(t)-m(t-1))t(m(t)-m(t-1))+tr{(h(t)-h(t-1))t(h(t)-h(t-1))}<tol；停止迭代，并輸出相關(guān)校正參數(shù)
43、對于后續(xù)toa的定位結(jié)果采用線性變換進(jìn)行校正，得到校正坐標(biāo)
44、本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)提出的uwb基站布置及標(biāo)定誤差校正方法，適用于四個(gè)及以上基站三維定位/三個(gè)及以上基站二維定位的情況，根據(jù)toa定位線性方程，推導(dǎo)存在基站標(biāo)定誤差的標(biāo)簽定位表達(dá)式；利用光柵、交換機(jī)等設(shè)備，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)收集的真實(shí)位置、計(jì)算位置數(shù)據(jù)；基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對坐標(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)及定位坐標(biāo)校正，實(shí)現(xiàn)了定位精度的提高。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的UWB基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的UWB基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，所述步驟S1包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的UWB基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，所述步驟S11中，設(shè)真實(shí)基站坐標(biāo)ai＝(xi,yi,zi)T，1≤i≤N，根據(jù)測距信息構(gòu)建ToA線性方程Ax＝b，其中，x＝(x,y,z)T，Δx分別表示標(biāo)簽真實(shí)坐標(biāo)及定位誤差，以基站a1為參考基站，觀測矩陣A，測量向量b分別表示為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的UWB基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，所述步驟S12中，基于最小二乘法，求解標(biāo)簽坐標(biāo)為：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的UWB基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，所述步驟S13中，整理標(biāo)簽坐標(biāo)可得：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的UWB基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，所述步驟S2包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的UWB基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，所述步驟S22包括：<...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的uwb基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的uwb基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，所述步驟s1包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的uwb基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，所述步驟s11中，設(shè)真實(shí)基站坐標(biāo)ai＝(xi,yi,zi)t，1≤i≤n，根據(jù)測距信息構(gòu)建toa線性方程ax＝b，其中，x＝(x,y,z)t，δx分別表示標(biāo)簽真實(shí)坐標(biāo)及定位誤差，以基站a1為參考基站，觀測矩陣a，測量向量b分別表示為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的uwb基站標(biāo)定誤差消除方法，其特征在于，所述步驟s12中，基于最小二乘法，求解標(biāo)簽坐標(biāo)為：
5.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉會(huì)明，黃新林，何婉寧，劉昊旻，梅萌，徐中偉，
申請(專利權(quán))人：上海電氣泰雷茲交通自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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