基于UWB的室内定位系统的制作方法

本发明涉及室内定位，更具体地涉及一种基于uwb的室内定位系统。

背景技术：

1、目前，室内定位系统进行定位的前提是需要事先建立空间直角坐标系以及测量基站在该坐标系中的精确位置，而在搭建室内定位系统过程中，测量空间立体基站坐标一直以来都是困难的事情。现有技术中，通常使用全站型电子速测仪对基站立体坐标进行测量，即全站型电子速测仪进行仪器调平、测站点设置、后视点设置、后视点测量、寻找基站和坐标测量等过程。然而，全站型电子速测仪不仅价格昂贵，而且整个过程需要全程人工参与，操作繁琐。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于uwb的室内定位系统，不需人工参与，且不需购买额外的全站型电子速测仪即可实现室内坐标定位。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于uwb的室内定位系统，包括高处基站、低处基站和一控制器，所述高处基站包括位于同一水平高度的第一测量基站以及第二测量基站，所述低处基站包括第三测量基站，所述第三测量基站与第一测量基站和第二测量基站处于同一垂直面上，其中，所述基于uwb的室内定位系统采用如下步骤对待定位物体进行定位：

3、控制器分别控制第一测量基站、第二测量基站和第三测量基站采用uwb技术对其与另两个测量基站之间的距离进行测量，以分别获取彼此之间的距离；

4、以第一测量基站指向第二测量基站的方向为x轴的正方向，竖直垂直于x轴的方向为z轴正方向，并根据右手坐标系原则确定y轴的正方向以构建直角坐标系，且第一测量基站、第二测量基站和第三测量基站在该直角坐标系中的三维坐标分别为(0,0,h)、(x1,0,h)和(x4,0,0)；

5、根据公式计算获得第二测量基站的三维坐标(x1,0,h)和第一测量基站的三维坐标(0,0,h)；其中，d01为第一测量基站到第二测量基站之间的距离，d10为第二测量基站到第一测量基站之间的距离，d04为第一测量基站到第三测量基站之间的距离，d14为第二测量基站到第三测量基站之间的距离；

6、根据公式计算获得第三测量基站的三维坐标(x4,0,0)；

7、利用高斯-牛顿迭代法根据计算获得的高处基站和低处基站的三维坐标和待定位物体到高处基站和低处基站中其中两个基站的距离差获得待定位物体的三维坐标。

8、其进一步技术方案为：所述高处基站还包括有至少一与所述第一测量基站位于同一水平高度的第一辅助基站，根据公式和计算获得第一辅助基站在构建的直角坐标系中的三维坐标(xn,yn,h)；其中，d0n为第一测量基站到第一辅助基站之间的距离。

9、其进一步技术方案为：所述第一辅助基站的数量为二。

10、其进一步技术方案为：所述低处基站还包括有至少一与所述第三测量基站位于同一水平高度的第二辅助基站，根据公式和计算获得第二辅助基站在构建的直角坐标系中的三维坐标(xi,yi,0)；其中，d0i为第一测量基站到第二辅助基站之间的距离，d4i为第三测量基站到第二辅助基站之间的距离，h为第一测量基站的z轴坐标。

11、其进一步技术方案为：所述第二辅助基站的数量为三。

12、其进一步技术方案为：所述利用高斯-牛顿迭代法根据计算获得的高处基站和低处基站的三维坐标和待定位物体到高处基站和低处基站中其中两个基站的距离差获得待定位物体的三维坐标，具体包括：

13、利用tdoa算法根据计算获得的高处基站和低处基站的三维坐标以及待定位物体在直角坐标系中的位置计算待定位物体到第一测量基站和所述高处基站和低处基站中其余基站的距离差；

14、根据高处基站和低处基站以及待定位物体在直角坐标系中的空间位置计算获得待定位物体到高处基站和低处基站中所有基站的空间距离；

15、利用高斯-牛顿迭代法对待定位物体到第一测量基站和其余基站的距离差和待定位物体到所述高处基站和低处基站中所有基站的空间距离之间的对应关系进行多次迭代，获得待定位物体的三维坐标。

16、本发明的有益技术效果在于：与现有技术相比，本发明基于uwb的室内定位系统设置有高处基站和低处基站，高处基站内的第一测量基站和第二测量基站位于同一水平高度，且与低处基站中的第三测量基站位于同一垂直面上，控制器分别控制第一测量基站、第二测量基站和第三测量基站采用uwb技术对其与另两个测量基站之间的距离进行测量，以分别获取彼此之间的距离，根据第一测量基站、第二测量基站和第三测量基站的位置建立直角坐标系，并计算获得第一测量基站、第二测量基站和第三测量基站在直角坐标系中的三维坐标，且利用高斯-牛顿迭代法根据计算获得的高处基站和低处基站的三维坐标和待定位物体到高处基站和低处基站中其中两个基站的距离差获得待定位物体的三维坐标，可知，本发明基于uwb的室内定位系统无需通过额外的全站型电子速测仪进行测站点设置、寻找基站和坐标测量等，只需正常搭建基站，驱动控制器工作，从而可完成坐标测量定位，操作简单方便。

技术特征：

1.一种基于uwb的室内定位系统，其特征在于，包括高处基站、低处基站和一控制器，所述高处基站包括位于同一水平高度的第一测量基站以及第二测量基站，所述低处基站包括第三测量基站，所述第三测量基站与第一测量基站和第二测量基站处于同一垂直面上，其中，所述基于uwb的室内定位系统采用如下步骤对待定位物体进行定位：

2.如权利要求1所述的基于uwb的室内定位系统，其特征在于，所述高处基站还包括有至少一与所述第一测量基站位于同一水平高度的第一辅助基站，根据公式和计算获得第一辅助基站在构建的直角坐标系中的三维坐标(xn,yn,h)；其中，d0n为第一测量基站到第一辅助基站之间的距离。

3.如权利要求2所述的基于uwb的室内定位系统，其特征在于，所述第一辅助基站的数量为二。

4.如权利要求1或2所述的基于uwb的室内定位系统，其特征在于，所述低处基站还包括有至少一与所述第三测量基站位于同一水平高度的第二辅助基站，根据公式和计算获得第二辅助基站在构建的直角坐标系中的三维坐标(xi,yi,0)；其中，d0i为第一测量基站到第二辅助基站之间的距离，d4i为第三测量基站到第二辅助基站之间的距离，h为第一测量基站的z轴坐标。

5.如权利要求4所述的基于uwb的室内定位系统，其特征在于，所述第二辅助基站的数量为三。

6.如权利要求1所述的基于uwb的室内定位系统，其特征在于，所述利用高斯-牛顿迭代法根据计算获得的高处基站和低处基站的三维坐标和待定位物体到高处基站和低处基站中其中两个基站的距离差获得待定位物体的三维坐标，具体包括：

技术总结
本发明公开了一种基于UWB的室内定位系统，包括高处基站、低处基站和控制器，所述高处基站包括位于同一水平高度的第一测量基站及第二测量基站，所述低处基站包括与第一测量基站和第二测量基站处于同一垂直面上的第三测量基站，并采用如下步骤对待定位物体进行定位：控制器分别控制第一测量基站、第二测量基站和第三测量基站采用UWB技术对其与另两个测量基站之间的距离进行测量；建立直角坐标系；并计算获得第一测量基站、第二测量基站和第三测量基站在直角坐标系中的三维坐标；且利用高斯‑牛顿迭代法根据计算获得的高处基站和低处基站的三维坐标和待定位物体到高处基站和低处基站中其中两个基站的距离差获得待定位物体的三维坐标。

技术研发人员：罗品,王辰熙,宋焱
受保护的技术使用者：深圳大漠大智控技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15