[發(fā)明專利]一種基于UWB三角定位與指紋信息的室內(nèi)混合定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110306141.6
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112929826B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪榛;鄭浩鵬;滕游;俞立
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/021;H04W4/33
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

1.一種基于UWB三角定位與指紋信息的室內(nèi)混合定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：固定基站節(jié)點(diǎn)位置并劃分定位區(qū)域：對于區(qū)域中的任意一點(diǎn)，若它與三個以上的固定基站節(jié)點(diǎn)之間存在直接路徑，即兩點(diǎn)之間無任何遮擋，那么稱該點(diǎn)為LOS點(diǎn)，所有LOS點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域稱為LOS區(qū)域；若該點(diǎn)僅與兩個以下的固定基站節(jié)點(diǎn)之間存在直接路徑，那么該點(diǎn)被稱為NLOS點(diǎn)，所有NLOS點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域稱為NLOS區(qū)域；

步驟2：為定位區(qū)域設(shè)置參考點(diǎn)，采集人員攜帶UWB標(biāo)簽，在參考點(diǎn)采集UWB標(biāo)簽指紋數(shù)據(jù)，指紋數(shù)據(jù)包括UWB標(biāo)簽與基站的距離數(shù)據(jù)，UWB標(biāo)簽與基站間的CIR數(shù)據(jù)；

步驟3：建立指紋數(shù)據(jù)庫，利用步驟2中采集的信息建立區(qū)域數(shù)據(jù)庫與UWBCIR數(shù)據(jù)庫，區(qū)域數(shù)據(jù)庫中包含標(biāo)簽與各個基站間的距離信息、區(qū)域標(biāo)簽信息；UWB信道脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)庫包含了采集到的UWB信道脈沖響應(yīng)信息與該點(diǎn)的坐標(biāo)信息；

步驟4：采集定位標(biāo)簽的指紋數(shù)據(jù)；

使用指紋信息中的距離信息，采集到的距離向量為dis＝(dis₁,dis₂,…,dis_n),計(jì)算這組距離向量與區(qū)域數(shù)據(jù)庫中第i個dis向量的歐式距離：

其中dis_m為距離向量dis中第m個距離分量，dis_im為區(qū)域數(shù)據(jù)庫中第i個dis向量的第m個距離分量，DIS_i的值越小，說明兩個向量越相近，標(biāo)簽所在位置與參考點(diǎn)位置最為匹配；

選取k個最匹配的參考點(diǎn)，根據(jù)區(qū)域數(shù)據(jù)庫得到參考點(diǎn)的區(qū)域標(biāo)簽信息，出現(xiàn)概率最高的區(qū)域即為定位標(biāo)簽所在的區(qū)域；

步驟5：根據(jù)定位標(biāo)簽所在的區(qū)域標(biāo)簽得到其所在區(qū)域?yàn)長OS區(qū)域或是NLOS區(qū)域；

步驟6：若標(biāo)簽位于LOS區(qū)域，根據(jù)實(shí)時獲取的距離信息對該點(diǎn)進(jìn)行定位，否則進(jìn)入步驟7，各個次基站獲取到與標(biāo)簽的距離信息后將數(shù)據(jù)發(fā)送到主基站上，主基站通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中，上位機(jī)使用三角定位法計(jì)算得到定位標(biāo)簽的坐標(biāo)信息；

步驟7：若標(biāo)簽位于NLOS區(qū)域，利用基站與定位標(biāo)簽之間的信道脈沖響應(yīng)信息CIR′＝(f_p1,f_r1,f_p2,f_r2,…,f_pn,f_rn)進(jìn)行定位,其中f_pi(i＝1,2,…n)為定位標(biāo)簽與第i個基站間的第一路徑信號強(qiáng)度，f_ri(i＝1,2,…n)為定位標(biāo)簽與第i個基站間的接收信號強(qiáng)度。

2.如權(quán)利要求1所述的基于UWB三角定位與指紋信息的室內(nèi)混合定位方法，其特征在于，所述步驟2中，標(biāo)簽與第i個基站的距離使用雙向飛行時間法測量得到：

s_i＝c*[(T_ia-T_ia′)-(T_ib-T_ib′)]

其中c是光速，T_ia為標(biāo)簽向基站i發(fā)出數(shù)據(jù)包的時刻，T_ib′為基站i收到數(shù)據(jù)包的時刻，T_ib為基站i返還數(shù)據(jù)包給標(biāo)簽的時刻，T_ia′為標(biāo)簽收到基站i收到返還數(shù)據(jù)包的時刻；

UWB標(biāo)簽與基站間的CIR數(shù)據(jù)包括第一路徑信號強(qiáng)度、接收信號強(qiáng)度、噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，第一路徑信號強(qiáng)度使用公式：計(jì)算，其中F₁為第一路徑振幅、F₂為第二路徑振幅、F₃為第三路徑振幅、N為前導(dǎo)累積計(jì)數(shù)值、f_a為常數(shù)，由當(dāng)前時鐘頻率決定；接收信號強(qiáng)度使用公式：計(jì)算，其中C為CIR的功率值、N為前導(dǎo)累積計(jì)數(shù)值、f_a為常數(shù)，由當(dāng)前時鐘頻率決定。