[發(fā)明專利]一種基于UWB移動節(jié)點的移動目標定位算法

有效

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• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112533149B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設計）人: 張烈平;吳俊康;譚銘揚;聶靖華;李智浩;匡貞伍
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H04W4/029
• 分類號: H04W4/029;H04W64/00;G01S11/02;G01S5/02
• 代理公司: 南寧新途專利代理事務所(普通合伙) 45119
• 代理人: 但玉梅

本發(fā)明提供一種基于UWB移動節(jié)點的移動目標定位算法，屬于精密測量技術領域。該算法首先建立UWB定位模型，對基站與節(jié)點間的測量距離進行測距和預處理，距離測量過程中利用CIR信號特征采用測距誤差緩解模糊推理定位算法對NLOS誤差進行一步緩解，然后利用KF算法中新息與新息方差之間的差變化來調節(jié)新息的值，對一步緩解后距離數據再次進行緩解，通過兩步緩解來提高測距精度；最后通過LS定位算法完成定位。靜態(tài)和動態(tài)定位實驗結果表明，在NLOS情況下，本發(fā)明提出定位算法精度較高，有效改善了UWB移動節(jié)點定位精度低問題。

【技術領域】

本發(fā)明涉及精密測量技術領域，具體涉及一種基于UWB移動節(jié)點的移動目標定位算法。

【背景技術】

傳統(tǒng)的GPS衛(wèi)星室外定位技術受建筑物遮擋、環(huán)境復雜等因素的影響，定位誤差比較大，已經逐漸不能滿足室內外定位需求。為此，基于Wi-Fi的定位、射頻識別定位、超聲波定位、藍牙定位及超寬帶(Ultra Wideband,UWB)定位等定位方案相繼孕育而出。相比于其他定位和跟蹤技術，基于UWB的定位跟蹤技術會有其獨特優(yōu)勢：1)UWB定位技術有其他定位技術所無法達到的厘米級定位精度；2)UWB定位技術具有極高的時鐘分辨率，使其具有良好的抗分徑能力；3)由于UWB信號采用的是IEEE 802.15.4.a標準，使得UWB信號頻譜范圍與傳統(tǒng)通信電子信號(例如：Wi-Fi信號、移動數字通信信號)頻譜范圍差異巨大，可以有效避免復雜環(huán)境中其他電子信號干擾；4)UWB信號在其頻譜范圍內包含低頻部分，使得UWB 信號具有強的穿透性。這些特點使其在復雜環(huán)境中具有高可靠性，更有利于復雜環(huán)境下動態(tài)數據的收集和對移動物體的實時定位和跟蹤。因此，UWB定位和跟蹤技術在定位和跟蹤領域具有廣闊的應用前景。

UWB定位技術相比較傳統(tǒng)定位技術相比優(yōu)勢突出，但UWB定位系統(tǒng)在實際運行過程中容易產生了非視距(Non-Line of Sight,NLOS)誤差、多徑誤差、時鐘漂移誤差以及天線延遲導致的誤差，其中NLOS誤差是最主要的誤差，對測距、定位和跟蹤的精度、實時性、魯棒性都會產生較大影響。針對UWB定位技術存在的測距誤差問題，已經有許多專家學者對靜態(tài)場景下的UWB節(jié)點定位技術進行了研究，并對測距誤差的抑制產生一定效果。但是對測距誤差識別和緩解測距精度效果有限，并且在實際定位與跟蹤應用中目標對象一般是移動的，相應的UWB節(jié)點位置也是動態(tài)變化的，節(jié)點每個時刻都可能離開原來的位置，每次確定當前時刻對象的位置時，該節(jié)點已經可能在下一個位置了。因此，節(jié)點的移動性導致傳統(tǒng)靜態(tài)定位方法存在以下的問題：1)移動節(jié)點需要頻繁定位以適應目標對象的移動性，需要定位和跟蹤算法具有很好的實時性；2)節(jié)點移動的同時會帶來一些不利的變化，如網絡拓撲變化、節(jié)點之間通信信道中NLOS影響會實時發(fā)生改變等，這些變化導致定位和跟蹤困難或精度達不到要求。顯然，UWB節(jié)點的移動性給傳統(tǒng)UWB定位和跟蹤方法帶來了極大的挑戰(zhàn)，研究高效、可靠、準確、快速的UWB移動節(jié)點定位和跟蹤算法具有重要的學術價值和實際意義。

【發(fā)明內容】

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種基于UWB移動節(jié)點的移動目標定位算法，本發(fā)明的方法是基于模糊推理與抗NLOS自適應卡爾曼濾波融合定位算法，擁有更高定位精度。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種基于UWB移動節(jié)點的移動目標定位算法，包括以下步驟：

(1)建立UWB定位模型，在三維空間中，布置至少3個基站節(jié)點，在待測移動目標上設置標簽節(jié)點；

(2)利用UWB定位模型對基站節(jié)點和標簽節(jié)點間的距離進行測距，并經過預處理消除時鐘偏移和時鐘漂移帶來的誤差，得到消除誤差后的距離測試值，并得到移動目標的粗略位置坐標；

(3)將步驟(2)每次測距采集到CIR信號的接收信號強度指示RSSI、第一路徑功率強度FPPL、上升時間RT特征采用測距誤差緩解模糊推理定位算法得到NLOS測距誤差估計；