本發(fā)明涉及位置的服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于uwb測(cè)距的室內(nèi)非視距環(huán)境下的定位方法。

背景技術(shù)：

隨著人們活動(dòng)的室內(nèi)空間越來(lái)越龐大和復(fù)雜，室內(nèi)基于位置的定位服務(wù)的需求越來(lái)越明顯。比如，在大型的購(gòu)物廣場(chǎng)，人們能夠快速找到所需的商品；在醫(yī)院，管理人員能夠?qū)︶t(yī)院的醫(yī)療設(shè)備及病人進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的定位；在火災(zāi)等救援現(xiàn)場(chǎng)，指揮人員對(duì)室內(nèi)消防員位置的確定等。眾所周知，gps(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))衛(wèi)星信號(hào)在遮擋嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致部分或全部定位功能喪失，并且很容易受到多路徑環(huán)境的干擾，因此在室內(nèi)環(huán)境下利用gps很難實(shí)現(xiàn)定位。在市場(chǎng)龐大的需求推動(dòng)下，迫切構(gòu)建與室內(nèi)環(huán)境相符合的室內(nèi)定位系統(tǒng)(indoorpositionsystem，ips)成為了眾多科技工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。

uwb技術(shù)是無(wú)線通信領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，已成為國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)研究的內(nèi)容之一。uwb運(yùn)用于短距離室內(nèi)定位時(shí)，其高的定位精度、強(qiáng)的穿透能力、抗多徑、低的發(fā)射功率，成為其與其他室內(nèi)定位技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)。然而，與寬闊的室外環(huán)境相比，室內(nèi)的無(wú)線信道環(huán)境要復(fù)雜的多，信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)受到墻壁、家具、地面等障礙物的阻擋或反射，引起非視距(non-line-of-sight，nlos)現(xiàn)象。這種情況下，信號(hào)會(huì)在傳播途中發(fā)生超量延遲，使得測(cè)距帶有正向偏差，使得定位精度嚴(yán)重影響，所以在室內(nèi)非視距環(huán)境下的高精度定位成為急需解決的難題。為此，我們提出了一種基于uwb測(cè)距的室內(nèi)非視距環(huán)境下的定位方法投入使用，以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于uwb測(cè)距的室內(nèi)非視距環(huán)境下的定位方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于uwb測(cè)距的室內(nèi)非視距環(huán)境下的定位方法，該基于uwb測(cè)距的室內(nèi)非視距環(huán)境下的定位方法的具體步驟如下：

s1：布設(shè)各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并建立室內(nèi)相對(duì)位置坐標(biāo)系，測(cè)量并記錄各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值；將各信標(biāo)坐標(biāo)輸入服務(wù)器，并將服務(wù)器與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通過(guò)局域網(wǎng)相連；

s2：各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)步驟s1中服務(wù)器下達(dá)的定位指令，發(fā)射脈沖信號(hào)，搜尋待測(cè)目標(biāo)；

s3：待測(cè)目標(biāo)接收到步驟s2中由各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的脈沖信號(hào)，立即反射該信號(hào)回發(fā)送節(jié)點(diǎn)；

s4：各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到步驟s3中由待測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的脈沖信號(hào)，使用與發(fā)射脈沖相同的模板信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，進(jìn)行信號(hào)時(shí)延估計(jì)得到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與待測(cè)目標(biāo)之間的距離量測(cè)，并進(jìn)行信道統(tǒng)計(jì)特征提取；

s5：各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)利用步驟s1的局域網(wǎng)，將步驟s4中得到的距離量測(cè)、脈沖信號(hào)信道統(tǒng)計(jì)特征等數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器；

s6：服務(wù)器接收步驟s5中的各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的脈沖信道統(tǒng)計(jì)特征，進(jìn)行非視距識(shí)別，在識(shí)別基礎(chǔ)上，利用各信標(biāo)的距離量測(cè)和各信標(biāo)的位置坐標(biāo)，通過(guò)定位算法，估計(jì)出待測(cè)目標(biāo)在相對(duì)位置坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)；

s7：將步驟s6中得到的估計(jì)位置顯示在終端顯示器上，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)非視距環(huán)境下的目標(biāo)定位。

優(yōu)選的，所述步驟s1中，所述信標(biāo)節(jié)點(diǎn)包括uwb探測(cè)器和無(wú)線通信模塊，所述uwb探測(cè)器用于調(diào)制、發(fā)射、接收、解調(diào)脈沖信號(hào)，并且提取信號(hào)信道統(tǒng)計(jì)特征；所述局域網(wǎng)由路由器建立，為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)可以支持的無(wú)線通信協(xié)議；所述待測(cè)目標(biāo)包括一個(gè)有源射頻標(biāo)簽，可以將接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大反射；所述服務(wù)器用于發(fā)起目標(biāo)定位指令，下達(dá)到各個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)。

優(yōu)選的，所述步驟s4中，信號(hào)信道統(tǒng)計(jì)特征提取具體為：信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到反射信號(hào)r(t)，提取接收信號(hào)總能量εr、平均附加時(shí)延τmed、均方根時(shí)延τrms、峰度k、偏度s等信道統(tǒng)計(jì)特征，其中各個(gè)特征的計(jì)算公式分別為：

其中

其中

優(yōu)選的，所述步驟s6中，在服務(wù)器上，利用信號(hào)信道統(tǒng)計(jì)特征通過(guò)支持向量機(jī)分類器，識(shí)別分類脈沖信號(hào)是否為非視距傳輸，將識(shí)別為視距傳輸?shù)男盘?hào)用于定位估計(jì)，而將識(shí)別為非視距傳輸?shù)男艠?biāo)丟棄不參與定位估計(jì)過(guò)程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)提取uwb信號(hào)傳播信道統(tǒng)計(jì)特征，利用常用的支持向量機(jī)分類器實(shí)現(xiàn)非視距信號(hào)識(shí)別，從而在定位階段消除非視距信號(hào)帶來(lái)的測(cè)距誤差，在室內(nèi)嚴(yán)重遮擋復(fù)雜環(huán)境下的精確定位具有很大的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明空間布局圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明非視距識(shí)別流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種基于uwb測(cè)距的室內(nèi)非視距環(huán)境下的定位方法，該基于uwb測(cè)距的室內(nèi)非視距環(huán)境下的定位方法的具體步驟如下：

s1：如圖1所示，布設(shè)各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(圖1所示的定位系統(tǒng)中包含有5個(gè)信標(biāo))，并建立室內(nèi)相對(duì)位置坐標(biāo)系，測(cè)量并記錄各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值；將各信標(biāo)坐標(biāo)輸入服務(wù)器，并將服務(wù)器與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通過(guò)局域網(wǎng)相連；所述信標(biāo)節(jié)點(diǎn)包括uwb探測(cè)器和無(wú)線通信模塊，所述uwb探測(cè)器用于調(diào)制、發(fā)射、接收、解調(diào)脈沖信號(hào)，并且提取信號(hào)信道統(tǒng)計(jì)特征；所述局域網(wǎng)由路由器建立，為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)可以支持的無(wú)線通信協(xié)議；所述待測(cè)目標(biāo)包括一個(gè)有源射頻標(biāo)簽，可以將接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大反射；所述服務(wù)器用于發(fā)起目標(biāo)定位指令，下達(dá)到各個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)；

s2：各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)步驟s1中服務(wù)器下達(dá)的定位指令，發(fā)射脈沖信號(hào)，搜尋待測(cè)目標(biāo)；

如圖2所示，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)包括脈沖生成器、發(fā)射天線、接收天線、解調(diào)相關(guān)器和信道特征提取運(yùn)算模塊。當(dāng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到服務(wù)器下達(dá)的定位指令后，經(jīng)由脈沖生成器，將基帶信號(hào)調(diào)制到載波上，通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送出去；

s3：待測(cè)目標(biāo)接收到步驟s2中由各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的脈沖信號(hào)，立即反射該信號(hào)回發(fā)送節(jié)點(diǎn)；

如圖2所示，待測(cè)目標(biāo)攜帶一個(gè)有源射頻標(biāo)簽，可以將接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，并反射出去；

s4：各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到步驟s3中由待測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的脈沖信號(hào)，使用與發(fā)射脈沖相同的模板信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，進(jìn)行信號(hào)時(shí)延估計(jì)得到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與待測(cè)目標(biāo)之間的距離量測(cè)，并進(jìn)行信道統(tǒng)計(jì)特征提??；

如圖3所示，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到經(jīng)由待測(cè)目標(biāo)反射的射頻信號(hào)，進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，獲取信號(hào)時(shí)延，若信標(biāo)a在t0時(shí)刻發(fā)送信號(hào)給待測(cè)目標(biāo)，待測(cè)目標(biāo)接收后進(jìn)行反射，在t1時(shí)刻a收到回送信號(hào)，由于目標(biāo)接收到發(fā)射時(shí)間為t′，c為電磁波傳播速度，則信標(biāo)a與目標(biāo)間的距離為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到回送信號(hào)r(t)，提取接收信號(hào)總能量εr、平均附加時(shí)延τmed、均方根時(shí)延τrms、峰度k、偏度s等信道統(tǒng)計(jì)特征，其中各個(gè)特征的計(jì)算公式分別為：

其中

其中

s5：各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)利用步驟s1的局域網(wǎng)，將步驟s4中得到的距離量測(cè)、脈沖信號(hào)信道統(tǒng)計(jì)特征等數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器；

s6：服務(wù)器接收步驟s5中的各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的脈沖信道統(tǒng)計(jì)特征，進(jìn)行非視距識(shí)別，在識(shí)別基礎(chǔ)上，利用各信標(biāo)的距離量測(cè)和各信標(biāo)的位置坐標(biāo)，通過(guò)定位算法，估計(jì)出待測(cè)目標(biāo)在相對(duì)位置坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)；

如圖3所示，將提取的信道統(tǒng)計(jì)特征記做向量f＝[εr,τmed,τrms,k,s]，將每一個(gè)得到的特征向量，放入訓(xùn)練好的支持向量機(jī)分類器，得到信號(hào)識(shí)別標(biāo)簽l∈{-1,+1}，l＝-1時(shí)為視距信號(hào)，l＝+1時(shí)為非視距信號(hào)。在定位階段只使用視距信號(hào)得到的距離量測(cè)，采用傳統(tǒng)三邊定位算法就可以得到目標(biāo)的位置估計(jì)；

s7：將步驟s6中得到的估計(jì)位置顯示在終端顯示器上，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)非視距環(huán)境下的目標(biāo)定位。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。