[發明專利]基于UWB時間反演的障礙物材質識別及測距誤差校正方法

有效

• 申請號: 201611242861.6
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106896355B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 張錚;胡立鵬;李紹軍;魯澤軍;馬志艷;蘇軍;徐巍
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G01S11/02
• 分類號: G01S11/02
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武

本發明涉及基于UWB時間反演的障礙物識別及測距誤差校正方法。采用至少兩個帶能量峰值點信號參數可識別的節點對信號通過障礙物時對產生的信號影響來識別障礙物的材質和厚度。根據不同屬性的障礙物對信號的影響不同得出能量系數和幅值系數，計算出其相應材質系數，建立多信息融合數學模型，以此識別障礙物的材質和厚度。本發明的另一個目的是根據識別的障礙物的屬性自動校正誤差，在障礙物材質厚度數據庫的基礎上，建立相應的材質誤差校正數據模型并且錄入數據庫，據此得出校正誤差，從而提高定位測距精度。本發明的系統使用方便，環境自適應能力強，不僅能夠識別障礙物而且能夠對障礙物造成的誤差進行校正，系統的成本也非常低。

技術領域

本發明涉及基于UWB時間反演的障礙物材質識別及測距誤差校正方法，屬UWB通信技術領域，特別涉及UWB時間反演技術室內障礙物材質的識別以及識別后對定位測距誤差的校正。

背景技術

近年來，隨著無線通信技術的不斷發展，室內定位技術應用也來越廣泛。室內定位技術對于監獄、醫院、消防的應用具有十分重要的意義。

超聲波、紅外線和藍牙等傳統的室內定位技術經過一段時間的發展遇到了很大的瓶頸，在系統成本、穩定性、定位精度等方面不能完全滿足用戶需求。

UWB技術是利用脈沖信號進行高速無線數據傳輸的短程通信技術，具備高傳輸速率、低發射功率、結構簡單、低成本、抗干擾能力強、安全性高，因UWB設備具有很強的穿透能力，如墻壁等，較其他技術有明顯優點，是現今室內定位領域的首選技術，用于探測雷達可在緊急情況下迅速找到藏在墻后或者是被埋在廢墟中的人或重要物件；UWB探測成像系統可以用于提高建筑和家庭維修行業的安全性；基于UWB技術的精確定位業務具備實時室內外精確跟蹤能力，定位精度可達厘米級。在室內精確定位方面對GPS起到一個很好的補充。

由于室內環境復雜多變，其中非視距傳播(NLOS)的干擾很大，所以研究室內復雜環境下高精度的定位算法很有必要。現有傳統的RSSI測距方法在簡單的視距(LOS)環境下尚能達到一定的精度，但是隨著環境的惡化，障礙物的材質種類多樣，單憑NLOS下的RSSI值無法區分如此多的障礙物屬性，無法識別障礙物，從而導致定位精度不夠。最新出現的多傳感器信息融合的障礙物材質識別方法(如發明專利“基于多傳感器信息融合的障礙物材質識別方法”,申請號：201511028339.3)，需要至少三種傳感器，利用不同傳感器的數據互補和冗余，從各自獨立的測量空間獲取信息，通過融合技術對目標障礙物材質進行識別。其不足之處是：算法復雜、運算時間長和成本較高的諸多缺點。

發明專利“基于UWB技術的室內定位方法”(申請號：201610509724.8)包括上位機和三個UWB基站，采用時隙型S-ALOHA算法與第一至第三UWB基站進行無線通信的若干待定位標簽，再通過上位機對獲得的信息進行計算，并結合第一至第三UWB基站實際位置，實現對所述待定位標簽的位置定位。然而采用該方法并未考慮障礙物的影響，不能對目標障礙物材質進行識別。

綜上所述，基于穿透障礙物的RSSI值材質識別并不準確，多傳感器信息融合的障礙物材質識別方法運算成本和設備成本較高，采用三個UWB基站室內精確定位方法不能對目標障礙物材質進行識別。因此，一種基于UWB技術，既能實現室內目標物的精確定位，又能準確識別障礙物材質，特別的，識別之后還可對測距誤差進一步校正的方法成為必需。

發明內容

本發明目的是針對背景技術所述問題，設計一種基于UWB時間反演的障礙物材質識別及測距誤差校正方法。采用該方法，既能準確識別障礙物材質，特別的，識別之后還可對測距誤差進一步校正，以實現室內目標物的高精度定位。按本發明所述方法構建的障礙物識別以及測距誤差校正系統，使用方便，環境自適應能力強，系統構建成本低。

本發明是針對在室內或有障礙物環境下，兩個UWB節點之間傳遞信號時不可避免的遇到障礙物，根據節點接收信號的能量和峰值判斷該障礙物的材質，同時根據障礙物的材質屬性，對測距誤差進行誤差校正。