[發(fā)明專利]在有源無(wú)線電測(cè)距的手段檢測(cè)人在游泳池中心位置的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010140578.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN111323749A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王維加;王維毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北斗（天津）科學(xué)技術(shù)應(yīng)用研究院（有限合伙）
• 主分類號(hào): G01S5/14
• 分類號(hào): G01S5/14;G01S5/10
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11678
• 代理人: 于雅潔

1.在有源無(wú)線電測(cè)距的手段檢測(cè)人在游泳池中心位置的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、使待檢測(cè)人身上攜帶定位標(biāo)簽；設(shè)立以泳池中心為圓心，直徑3米以內(nèi)的區(qū)域?yàn)橛境刂行奈恢茫?/p>

設(shè)立定位標(biāo)簽與至少四個(gè)無(wú)線定位基站為統(tǒng)一時(shí)間戳，并通過(guò)無(wú)線電測(cè)距授時(shí)方法對(duì)各個(gè)時(shí)間戳進(jìn)行授時(shí)；所述定位標(biāo)簽和無(wú)線定位基站選用ZigBee和超聲波信號(hào)發(fā)送器；

S2、多個(gè)無(wú)線定位基站分別向定位標(biāo)簽發(fā)射第一請(qǐng)求幀，定位標(biāo)簽接收無(wú)線定位基站的第一請(qǐng)求幀并等待時(shí)間間隔后并通過(guò)無(wú)線電波信號(hào)回復(fù)第一回復(fù)幀；定位標(biāo)簽根據(jù)用戶位置初始值和基站位置計(jì)算相應(yīng)的方位值并等待時(shí)間間隔后，向無(wú)線定位基站發(fā)射位置計(jì)算結(jié)果；

S3、無(wú)線定位基站計(jì)算角度值對(duì)應(yīng)的加權(quán)用戶位置坐標(biāo)并與無(wú)線定位基站坐標(biāo)做差值計(jì)算出人位置的估計(jì)值；

無(wú)線定位基站向泳池發(fā)射無(wú)線測(cè)距信號(hào)并根據(jù)信號(hào)返回時(shí)間計(jì)算出人的坐標(biāo)的測(cè)距值；

S4、計(jì)算加權(quán)差值并判斷加權(quán)差值是否低于閾值，如果是，則輸出位置估計(jì)值；如果否，更新人的位置并回到步驟3進(jìn)行迭代計(jì)算；

S5、將步驟4輸出的估計(jì)值與泳池中心位置進(jìn)行差值比對(duì)，并判斷人是否位于泳池中心位置，若是則向外界顯示單元輸出“中心位置”并在模擬地圖上標(biāo)記人的實(shí)時(shí)位置；若否則向外界顯示單元輸出“非中心位置”。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在有源無(wú)線電測(cè)距的手段檢測(cè)人在游泳池中心位置的方法，其特征在于，步驟3中估計(jì)值計(jì)算方法為：根據(jù)用戶位置x＝[x y z]和信號(hào)來(lái)源位置p＝[ab c]計(jì)算以人為中心的坐標(biāo)系的兩個(gè)角度值，通過(guò)該方位值和測(cè)距值在三維空間內(nèi)確定唯一的坐標(biāo)，其中：x為位置坐標(biāo)在直角坐標(biāo)系下x軸的值；y為位置坐標(biāo)在直角坐標(biāo)系下y軸的值；z為位置坐標(biāo)在直角坐標(biāo)系下z軸的值；a為信源位置坐標(biāo)在直角坐標(biāo)系下x軸的值；b為信源位置坐標(biāo)在直角坐標(biāo)系下y軸的值；c為信源位置坐標(biāo)在直角坐標(biāo)系下z軸的值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在有源無(wú)線電測(cè)距的手段檢測(cè)人在游泳池中心位置的方法，其特征在于，所述方位值的計(jì)算式為：

∮(α|x-p|²)cosθ＝x-a

其中：α為所求的方位值，θ為矢量x-p與x軸之間的夾角，為矢量x-p與x軸構(gòu)成的平面與XOY平面的夾角，|| ||代表L2范數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在有源無(wú)線電測(cè)距的手段檢測(cè)人在游泳池中心位置的方法，其特征在于，所述步驟4中所述計(jì)算角度值對(duì)應(yīng)的加權(quán)用戶位置坐標(biāo)采用如下方法：其中為測(cè)距方差，角度值θ、通過(guò)用戶坐標(biāo)值x與無(wú)線電測(cè)距信號(hào)基站位置p采用角度計(jì)算公式求得。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在有源無(wú)線電測(cè)距的手段檢測(cè)人在游泳池中心位置的方法，其特征在于，所述定位標(biāo)簽接收到定位標(biāo)簽的第一請(qǐng)求幀后進(jìn)行解擴(kuò)、解調(diào)和幀同步，再利用自身形成的下行測(cè)距信息幀對(duì)無(wú)線定位基站的第一請(qǐng)求幀采樣，從采樣數(shù)據(jù)中提取出無(wú)線定位基站站幀計(jì)數(shù)、位計(jì)數(shù)、擴(kuò)頻偽碼計(jì)數(shù)、碼相位，并將這些參數(shù)直接放入第二回復(fù)幀送至另一個(gè)無(wú)線定位基站；無(wú)線定位基站接收到第二回復(fù)幀后進(jìn)行解擴(kuò)、解調(diào)、幀同步，提取得到下行測(cè)量幀同步信號(hào)，同時(shí)對(duì)自身形成的上行測(cè)量幀信號(hào)采樣，測(cè)量出上行幀計(jì)數(shù)Z、位計(jì)數(shù)W、擴(kuò)頻偽碼計(jì)數(shù)M、碼相位、載波相位；

多個(gè)無(wú)線定位基站通過(guò)其他無(wú)線定位基站測(cè)得的載波相位和碼相位,完成無(wú)線定位基站接收信號(hào)載波相位平滑偽距，同時(shí)利用上行碼相位，在無(wú)線定位基站完成接收信號(hào)的上載波相位平滑偽距，降低上行碼相位測(cè)量誤差；最后無(wú)線定位基站利用定位標(biāo)簽測(cè)量的幀計(jì)數(shù)、位計(jì)數(shù)、擴(kuò)頻偽碼計(jì)數(shù)，以及下發(fā)的幀計(jì)數(shù)、位計(jì)數(shù)、擴(kuò)頻偽碼計(jì)數(shù)、平滑后的碼相位參數(shù)，進(jìn)行綜合計(jì)算完成測(cè)距于步驟5輸出的估計(jì)值進(jìn)行比對(duì)，并廣播至各個(gè)無(wú)線定位基站內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在有源無(wú)線電測(cè)距的手段檢測(cè)人在游泳池中心位置的方法，其特征在于，無(wú)線電測(cè)距授時(shí)方法包括以下步驟：

S6、無(wú)線定位基站檢測(cè)n個(gè)歷元的偽距或者載波相位觀測(cè)值，并且通過(guò)解析電文獲得n個(gè)歷元對(duì)應(yīng)的定位標(biāo)簽坐標(biāo)以及定位標(biāo)簽信號(hào)發(fā)射器時(shí)鐘與參考時(shí)間系統(tǒng)之間的偏差、偽距和載波相位觀測(cè)值；

S7、對(duì)偽距和載波相位的觀測(cè)值平方的進(jìn)行表達(dá)：

(r_i-d_t)²＝||s_i-x||²；

式中r_i表示偽距和載波相位觀測(cè)值；偽距觀測(cè)值d_t表示接收機(jī)鐘差，載波相位觀測(cè)值d_t表示等價(jià)接收機(jī)鐘差；泳池中心坐標(biāo)記做S_i＝[x_i，y_i，z_i]，定位標(biāo)簽坐標(biāo)記做x＝[x_r，y_r，z_r]；公式(r_i-d_t)²＝||s_i-x||²表達(dá)為：

定義差分運(yùn)算矩陣D＝[-e_n-1，I_n-1]，式2AX＝en+b表示為：

2DAX＝Db；

S8、公式2DAX＝Db利用最小二乘參數(shù)估計(jì)的方法求解，采用正則化的方法對(duì)求出的位置向量X＝[x_r，y_r，z_r，d_t]進(jìn)行進(jìn)一步的精化；采用正則化的方法，通過(guò)有偏估計(jì)獲得穩(wěn)定的數(shù)值解；

S9、利用正則化的方法求解得到穩(wěn)定的參數(shù)增量后，利用下式更新參數(shù)：X_i＝X_i-1+dX；式中下標(biāo)i-1和i表示迭代次數(shù)；

S10、更新完成后，判斷求解的參數(shù)增量dX是否小于迭代終止的限值，如果小于迭代終止的限值，終止迭代并將求得的參數(shù)X向量作為最終的坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差輸出，作為定位和授時(shí)的最終結(jié)果；否則需要返回步驟9繼續(xù)迭代計(jì)算；在迭代計(jì)算時(shí)，使用第i次更新后的參數(shù)作為初始值，重新開始近似值r₀的計(jì)算，并再次求解參數(shù)增量dX。