CN110954066A - 基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统及方法 - Google Patents

基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统，主要解决现有技术无法对机腹下吊挂物摆动信息实时监测的问题。其包括：定位标签、主从定位基站和红外摄像头；定位标签安装在直升机外吊挂物或靠近外吊挂物的挂点附近，用于发送数据给定位基站；主定位基站安装于直升机机腹，用于接收定位标签数据，解算其位置、角度信息，并与机上终端进行数据交联；三个从定位基站，分别安装于直升机机腹不同位置，用于接收定位标签数据；红外摄像头，安装于主定位基站上，通过其广角镜头覆盖吊挂物摆动范围，实时提供吊挂物摆动红外图像。本发明结构简单，可将吊挂物摆动信息直观、方便地显示给直升机操作人员，可用于军民用直升机飞行运输任务。

Description

基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统及方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其是一种吊挂摆动监测技术，可用于实时监测直升机外吊挂物相对机体的位置和角度信息。
背景技术
直升机的主要功能是执行飞行运输、搜救等任务。直升机机外吊挂运输飞行时，由于直升机自身的作用力及各种气象条件的作用，吊挂负载会随机产生旋转、摇摆，以一种较为复杂的方式运动，当负载较重时，这些运动将会与直升机产生一定的运动耦合，使直升机的重心发生改变，影响直升机的飞行状态和稳定性。该项监测数据的缺失不但会降低直升机日常运输任务的安全性，更会极大的提高直升机在恶劣天气等特殊情况下进行作战、救援任务的风险、造成不必要的人员财产损失。因此急需一种在吊挂飞行时对外吊挂负载的运动及位置信息进行监测的方法，实时获得其相对坐标位置、角度、距离载机的距离等信息，将这些数据传给机上设备，飞行员根据这些反馈数据信息调整直升机的状态，保证直升机的稳定飞行。
监测吊挂物的摆动情况需要小范围高精度定位技术，目前常用的该类技术有超声波、红外、激光。
超声波定位主要采用反射式测距法，是通过多边定位确定物体位置，其系统由一个主测距器和若干个接收器组成，主测距仪放置在待测目标上，接收器固定于室内环境中。定位时，主测距器向接收器发射同频率的信号，接收器接收后又发射传输给主测距器，根据回波和发射波的时间差计算出距离，从而确定位置。这种超声波定位精度较高，可达厘米级，且结构简单，但缺点是超声波定位需要大量的基础硬件设施，成本较高，设备复杂。
红外线定位技术，是通过安装在室内的光学传感器，接收移动标签发射的红外线进行定位，它具有相对较高的定位精度，但是，由于光线不能穿透障碍物，使得红外线仅能在人的视线能及的距离传播，容易受其他灯光干扰，并且红外线的传输距离较短，因此需要多个位置安装天线，总体造价较高。
激光定位的原理和超声波、红外线原理类似，激光发射器发射出一个激光信号，利用激光的反射时间差来测量障碍物的距离，然后根据发射激光的角度来确定物体和发射器的角度，从而得出物体与发射器的相对位置。激光定位的缺点是激光易受工作波段光源干扰且易被深色被测物吸收，同时激光发射器成本昂贵。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于超宽带定位的直升机负载摆动监测系统及方法，以简化系统结构，降低系统成本，提高系统抗干扰能力。
本发明的技术方案是这样实现的：
1.一种基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统，其特征在于，包括：
定位标签，安装在直升机外吊挂物或靠近外吊挂物的挂点附近，用于发送数据给定位基站；
主定位基站，安装于直升机机腹，用于接收定位标签数据，解算定位标签位置、角度信息，并与机上终端进行数据交联。
三个从定位基站，分别安装于直升机机腹不同位置，用于接收定位标签数据。
红外摄像头，安装于主定位基站上，通过其广角镜头覆盖吊挂物摆动范围，实时提供吊挂物摆动红外图像。
进一步，所述定位标签，包括第一处理单元、第一供电单元及第一收发天线，该第一处理单元包括第一ARM处理器和第一超宽带收发芯片，第一ARM处理器通过SPI总线控制第一超宽带收发芯片的工作状态，第一超宽带收发芯片产生固定重复周期的脉冲序列，根据传输信息的不同，对脉冲序列进行相应的编码、调制，放大后耦合到第一收发天线进行发射；该第一供电单元为处理单元提供电源。
进一步，所述主定位基站，包括第二处理单元、第二供电单元及第二收发天线，该第二处理单元包括第二超宽带收发芯片和第二ARM处理器，第二超宽带芯片将第二收发天线收到的信号经过放大、解调后，转换成基带信号，对基带信号进行数字滤波、译码后，恢复出所传输的信息，并将信息以数据包形式发送给第二ARM处理器，第二ARM处理器解算出所需信息，通过总线送至机上终端；该第二供电单元为第二处理单元提供电源。
进一步，所述三个从定位基站，其结构相同，每一个从定位基站均包括第三处理单元、第三供电单元及第三收发天线，该第三处理单元包括第三ARM处理器和第三超宽带收发芯片，第三ARM处理器通过SPI总线控制第三超宽带收发芯片的工作状态，第三超宽带芯片将第三收发天线收到的信号经过放大、解调后，转换成基带信号，再通过数字滤波、译码，恢复出所传输的信息；该第三供电单元为第三处理单元提供电源。
进一步，所述红外摄像头，包括光学镜头、探测器及成像处理电路，该光学镜头将目标发出的红外热辐射投射到探测器上，探测器将红外热辐射转换成电信号，不同温度的红外热辐射对应不同的电信号；该成像处理电路采集探测器输出的电信号，将电信号处理为可视化图像。
2.利用上述系统进行直升机吊挂摆动监测的方法，其特征在于，包括如下：
1)在机体坐标系下，通过双向测距法得到定位标签与主定位基站(x1,y1,z1)、第一从定位基站(x2,y2,z2)、第二从定位基站(x3,y3,z3)和第三从定位基站(x4,y4,z4)的距离值，分别为d1、d2、d3、d4；
2)对上述距离值进行卡尔曼滤波
将上述四个定位基站的距离值代入如下方程组，得到第i个距离值在第k个周期的预测值
Figure BDA0002325145300000031
测量值dik、误差协方差Pik、滤波值lik：
Figure BDA0002325145300000032
其中i＝1,2,3,4,，k＝2,3,4···,Pi(k-1)表示第k个距离值在第k-1个周期的误差协方差，li(k-1)表示第i个距离值在第k-1个周期的滤波值，*表示相乘；
A和B是系统的两个不同参数，U是系统的控制量，H是测量参数，R是过程噪声协方差，Q是测量噪声的协方差，这些参量均根据实际安装情况设定；
3)将上述四个距离滤波值l1、l2、l3、l4和四个定位基站坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)代入如下距离方程组，利用牛顿迭代法求解出定位标签坐标(Xi，Yi，Zi)；
Figure BDA0002325145300000041
4)根据飞机挂点坐标(xa,ya,za)和定位标签坐标(Xi,Yi,Zi)，计算出定位标签与飞机挂点之间的距离l，及该斜距与机体坐标系Z轴负向的夹角θ；
Figure BDA0002325145300000042
Figure BDA0002325145300000043
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
第一，本发明的系统不使用载波，其发射直接采用小型天线，不需要传统收发器所需要的混频器，同时在接收端也不需要中频处理，因此系统结构简单；系统采用伪随机编码调制，抗干扰能力强；系统在工程上可实现全数字化，电路可以集成到一个芯片上，系统成本低；
第二，本发明的方法由于对测距值进行卡尔曼滤波，使测距值更接近真实值，提高了测量精度；
第三，本发明由于利用牛顿迭代法求解距离方程组，解决了定位坐标无解的问题，可精确地将吊挂物在机体坐标系下三维坐标及角度信息提供给直升机的操作人员，增加了运输安全性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明的方法实现流程图；
具体实施方式
参照图1，本发明基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统包括定位标签、主定位基站、三个从定位基站及红外摄像头，这些组成部分都是相互独立的，且按装直升机的不同位置，分别完成不同的测试功能。其中：
所述定位标签，安装在直升机外吊挂物或靠近外吊挂物的挂点附近，用于发送数据给定位基站。其包括第一处理单元、第一供电单元及第一收发天线，该第一处理单元包括第一ARM处理器和第一超宽带收发芯片，第一ARM处理器通过SPI总线控制第一超宽带收发芯片的工作状态，第一超宽带收发芯片产生固定重复周期的脉冲序列，根据传输信息的不同，对脉冲序列进行相应的编码、调制，放大后耦合到第一收发天线进行发射；该第一供电单元为处理单元提供电源。
所述主定位基站，安装在直升机的机腹，用于接收定位标签数据，解算定位标签位置、角度信息，并与机上终端进行数据交联。其包括第二处理单元、第二供电单元及第二收发天线，该第二处理单元包括第二超宽带收发芯片和第二ARM处理器，第二超宽带芯片先将第二收发天线收到的信号经过放大、解调后，转换成基带信号，再对基带信号进行数字滤波和译码，恢复出所传输的信息，并将该信息以数据包形式发送给第二ARM处理器，第二ARM处理器解算出所需信息，通过总线送至机上终端；该第二供电单元为第二处理单元提供电源。
所述三个从定位基站，分别安装于直升机机腹不同位置，用于接收定位标签数据。这三个从定位基站，其结构相同，每一个从定位基站均包括第三处理单元、第三供电单元及第三收发天线，该第三处理单元包括第三ARM处理器和第三超宽带收发芯片，第三ARM处理器通过SPI总线控制第三超宽带收发芯片的工作状态，第三超宽带芯片将第三收发天线收到的信号经过放大、解调后，转换成基带信号，再通过数字滤波、译码，恢复出所传输的信息；该第三供电单元为第三处理单元提供电源。
所述红外摄像头，安装于主定位基站上，通过其广角镜头覆盖吊挂物摆动范围，实时提供吊挂物摆动红外图像。其包括光学镜头、探测器及成像处理电路，该光学镜头将目标发出的红外热辐射投射到探测器上，探测器将红外热辐射转换成电信号，不同温度的红外热辐射对应不同的电信号；该成像处理电路采集探测器输出的电信号，将电信号处理为可视化图像。
参照图2，本发明的直升机吊挂摆动监测方法，是基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统进行，其实现步骤如下：
步骤1，测得定位标签与主定位基站距离值d1。
现有测试定位标签与主定位基站距离的方法有到达时间测距法、双曲线测距法、双向测距法，本实例采用但不限于双向测距法，其实现如下：
1.1)定位标签与主定位基站之间的交互：
定位标签将其第一次发送时间戳为a1的数据包发送给主定位基站；
主定位基站接收到数据包后，记录其第一次接收时间戳为c1，并将自己第一次发送时间戳为e1的确认包发送给定位标签；
定位标签接收到确认包后，记录其第一次接收时间戳为b1，并将自己第二次发送时间戳为a2的返回包发送给主定位基站；
主定位基站接收到返回包后，记录其第二次接收时间戳为c2；
1.2)计算定位标签与主定位基站之间的距离：
根据上述a1、a2、b1、c1、c2、e1这六个时间戳，计算定位标签与主定位基站之间的距离d1：
Figure BDA0002325145300000061
其中，T1＝b1-a1，T2＝c2-e1，T3＝e1-c1，T4＝a2-b1，c为光速。
步骤2，测得定位标签与第一从定位基站距离值d2。
本步骤采用但不限于双向测距法进行测试，其实现如下：
2.1)定位标签与第一从定位基站之间的交互：
定位标签将其第三次发送时间戳为a3的数据包发送给第一从定位基站；
第一从定位基站接收到该数据后，记录其第一次接收时间戳f1，并将自己第一次发送时间戳为g1的确认包发送给定位标签；
定位标签接收到第一从定位基站发送的确认包后，记录其第二次接收时间戳为b2，并将自己第四次发送时间戳为a4的返回包发送给第一从定位基站；
第一从定位基站接收到返回包后，记录其第二次接收时间戳为f2；
2.2)计算定位标签与第一从定位基站之间的距离：
根据上述a3、a4、b2、f1、f2、g1这六个时间戳，计算定位标签与第一从定位基站之间的距离d2：
Figure BDA0002325145300000071
其中，T5＝b2-a3，T6＝f2-g1，T7＝g1-f1，T8＝a4-b2，c为光速。
步骤3，测得定位标签与第二从定位基站距离值d3。
本步骤采用但不限于双向测距法进行测试，其实现如下：
3.1)定位标签与第二从定位基站之间的交互：
定位标签将其第五次发送时间戳为a5的数据包发送给第二从定位基站；
第二从定位基站接收到该数据包后，记录其第一次接收时间戳为h1，并将自己第一次发送时间戳为i1的确认包发送给定位标签；
定位标签接收到确认包后，记录其第三次接收时间戳为b3，并将自己第六次发送时间戳为a6的返回包发送给第二从定位基站；
第二从定位基站接收到返回包后，记录其第二次接收时间戳为h2；
3.2)计算定位标签与第二从定位基站之间的距离：
根据上述a5、a6、b3、h1、h2、i1这六个时间戳，计算定位标签与第二从定位基站之间的距离d3：
Figure BDA0002325145300000072
其中，T9＝b3-a5，T10＝h2-i1，T11＝i1-h1，T12＝a6-b3，c为光速。
步骤4，测得定位标签与第三从定位基站距离值d4。
本步骤采用但不限于双向测距法进行测试，其实现如下：
4.1)定位标签与第三从定位基站之间的交互：
定位标签将其第七次发送时间戳为a7的数据包发送给第三从定位基站；
第三从定位基站接收到该数据包后，记录其第一次接收时间戳为j1，并将自己第一次发送时间戳为k1的确认包发送给定位标签；
定位标签接收到确认包后，记录其第四次接收时间戳为b4，并将自己第八次发送时间戳为a8的返回包发送给第三从定位基站；
第三从定位基站接收到返回包后，记录其第二次接收时间戳为j2；
4.2)计算定位标签与第三从定位基站之间的距离：
根据上述a7、a8、b4、j1、j2、k1这六个时间戳，计算定位标签与第三从定位基站之间的距离d4：
Figure BDA0002325145300000081
其中，T13＝b4-a7，T14＝j2-k1，T15＝k1-j1，T16＝a8-b4，c为光速。
步骤5，对四个距离值d1、d2、d3、d4进行滤波。
现有对距离值滤波的方法有：中值滤波法、均值滤波法、卡尔曼滤波法，本实例采用但不限于卡尔曼滤波法，其实现如下：。
将上述四个定位基站的距离值代入如下方程组，得到第i个距离值在第k个周期的预测值
Figure BDA0002325145300000082
测量值dik、误差协方差Pik、滤波值lik：
Figure BDA0002325145300000083
其中i＝1,2,3,4，k＝2,3,4···,Pi(k-1)表示第i个距离值在第k-1个周期的误差协方差，li(k-1)表示第i个距离值在第k-1个周期的滤波值，*表示相乘；
A和B是系统的两个不同参数，U是系统的控制量，H是测量参数，R是过程噪声协方差，Q是测量噪声的协方差，这些参量均根据实际安装情况设定；
步骤6，求解距离方程组，得出定位标签坐标。
6.1)将上述四个距离滤波值l1、l2、l3、l4和四个定位基站坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)代入如下距离方程组：
Figure BDA0002325145300000091
6.2)求解上述距离方程组；
现有求解距离方程组的方法有配方法、公式法、牛顿迭代法，本实例采用但不限于牛顿迭代法，其实现如下：
6.2.1)由定位标签初始坐标(X0，Y0，Z0)和四个基站坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)，分别计算出定位标签与每个基站的初始距离ρ01、ρ02、ρ03、ρ04，其中定位标签初始坐标根据系统设定，X0、Y0、Z0、ρ01、ρ02、ρ03、ρ04均为迭代过程初始值；
6.2.2)计算第一次迭代定位标签坐标：(X1,Y1,Z1)＝(X0,Y0,Z0)+Y0，
其中，Y0＝(H0 TH0)-1H0 TU0，
Figure BDA0002325145300000092
H0 T表示H0的转置；
6.2.3)由定位标签坐标(X1，Y1，Z1)和四个基站坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)，分别计算出定位标签与每个基站的距离ρ11、ρ12、ρ13、ρ14；
6.2.4)计算第二次迭代定位标签坐标：(X2,Y2,Z2)＝(X1,Y1,Z1)+Y1
其中，Y1＝(H1 TH1)-1H1 TU1，
Figure BDA0002325145300000101
6.2.5)计算Y1与Y0差值的绝对值δ，并将其与系统设定的定位精度指标ε进行比较：
如果δ≤ε，则迭代结束，此时(X2,Y2,Z2)即为定位标签的求解坐标；
否则，继续迭代，直到满足δ≤ε为止。
步骤7，计算距离和角度信息。
根据飞机挂点坐标(xa,ya,za)和定位标签坐标(Xi,Yi,Zi)，计算定位标签与飞机挂点之间的距离l，及该斜距与机体坐标系Z轴负向的夹角θ：
Figure BDA0002325145300000102
Figure BDA0002325145300000103
步骤8，发送解算结果和红外视频画面至机上终端。
将解算信息和红外视频画面通过总线接口发送给直升机内的上位机显示，以图示和图像结合的方式呈现给机组操作人员。
实测结果表明，本发明的方法能完成直升机吊挂物的三维位置及角度信息解算，且解算结果的精度满足设计要求；本发明的系统能实现对直升机下方吊挂物摆动情况的监测。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明思路、原理的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些是基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统，其特征在于，包括：
定位标签，安装在直升机外吊挂物或靠近外吊挂物的挂点附近，用于发送数据给定位基站；
主定位基站，安装于直升机机腹，用于接收定位标签数据，解算定位标签位置、角度信息，并与机上终端进行数据交联；
三个从定位基站，分别安装于直升机机腹不同位置，用于接收定位标签数据；
红外摄像头，安装于主定位基站上，通过其广角镜头覆盖吊挂物摆动范围，实时提供吊挂物摆动红外图像。
2.根据权利要求所述的系统，其特征在于，所述定位标签，包括第一处理单元、第一供电单元及第一收发天线，该第一处理单元包括第一ARM处理器和第一超宽带收发芯片，第一ARM处理器通过SPI总线控制第一超宽带收发芯片的工作状态，第一超宽带收发芯片产生固定重复周期的脉冲序列，根据传输信息的不同，对脉冲序列进行相应的编码、调制，放大后耦合到第一收发天线进行发射；该第一供电单元为处理单元提供电源。
3.根据权利要求所述的系统，其特征在于，所述主定位基站，包括第二处理单元、第二供电单元及第二收发天线，该第二处理单元包括第二超宽带收发芯片和第二ARM处理器，第二超宽带芯片将第二收发天线收到的信号经过放大、解调后，转换成基带信号，对基带信号进行数字滤波、译码后，恢复出所传输的信息，并将信息以数据包形式发送给第二ARM处理器，第二ARM处理器解算出所需信息，通过总线送至机上终端；该第二供电单元为第二处理单元提供电源。
4.根据权利要求所述的系统，其特征在于，所述三个从定位基站，其结构相同，每一个从定位基站均包括第三处理单元、第三供电单元及第三收发天线，该第三处理单元包括第三ARM处理器和第三超宽带收发芯片，第三ARM处理器通过SPI总线控制第三超宽带收发芯片的工作状态，第三超宽带芯片将第三收发天线收到的信号经过放大、解调后，转换成基带信号，再通过数字滤波、译码，恢复出所传输的信息；该第三供电单元为第三处理单元提供电源。
5.根据权利要求所述的系统，其特征在于，所述红外摄像头，包括光学镜头、探测器及成像处理电路，该光学镜头将目标发出的红外热辐射投射到探测器上，探测器将红外热辐射转换成电信号，不同温度的红外热辐射对应不同的电信号；该成像处理电路采集探测器输出的电信号，将电信号处理为可视化图像。
6.利用上述系统进行直升机吊挂摆动监测的方法，其特征在于，包括如下：
1)在机体坐标系下，通过双向测距法得到定位标签与主定位基站(x1,y1,z1)、第一从定位基站(x2,y2,z2)、第二从定位基站(x3,y3,z3)和第三从定位基站(x4,y4,z4)的距离值，分别为d1、d2、d3、d4；
2)对上述距离值进行卡尔曼滤波，即将上述四个定位基站的距离值代入如下方程组，得到第i个距离值在第k个周期的预测值
Figure FDA0002325145290000021
测量值dik、误差协方差Pik、滤波值lik：
Figure FDA0002325145290000022
其中i＝1,2,3,4,，k＝2,3,4…,Pi(k-1)表示第k个距离值在第k-1个周期的误差协方差，li(k-1)表示第i个距离值在第k-1个周期的滤波值，*表示相乘；
A和B是系统的两个不同参数，U是系统的控制量，H是测量参数，R是过程噪声协方差，Q是测量噪声的协方差，这些参量均根据实际安装情况设定；
3)将上述四个距离滤波值l1、l2、l3、l4和四个定位基站坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)代入如下距离方程组，利用牛顿迭代法求解出定位标签坐标(Xi，Yi，Zi)；
Figure FDA0002325145290000031
4)根据飞机挂点坐标(xa,ya,za)和定位标签坐标(Xi,Yi,Zi)，计算出定位标签与飞机挂点之间的距离l，及该斜距与机体坐标系Z轴负向的夹角θ；
Figure FDA0002325145290000032
Figure FDA0002325145290000033
7.根据权利要求书6所述的方法，其中1)中通过双向测距法得到定位标签与主定位基站的距离值d1，实现如下：
1a)定位标签将其第一次发送时间戳为a1的数据包发送给主定位基站；
1b)基站接收到数据包后，记录其第一次接收时间戳为c1，并将自己第一次发送时间戳为e1的确认包发送给定位标签；
1c)签接收到确认包后，记录其第一次接收时间戳为b1，并将自己第二次发送时间戳为a2的返回包发送给主定位基站；
1d)主定位基站收到返回包后，记录其第二次接收时间戳为c2；
1e)根据上述a1、a2、b1、c1、c2、e1这六个时间戳，计算定位标签与主定位基站之间的距离d1：
Figure FDA0002325145290000034
其中，T1＝b1-a1，T2＝c2-e1，T3＝e1-c1，T4＝a2-b1，c为光速。
8.根据权利要求书6所述的方法，其中1)中通过双向测距法得到定位标签与第一从定位基站的距离值d2，实现如下：
1f)定位标签将其第三次发送时间戳为a3的数据包发送给第一从定位基站；
1g)第一从定位基站接收到该数据后，记录其第一次接收时间戳f1，并将自己第一次发送时间戳为g1的确认包发送给定位标签；
1h)定位标签接收到第一从定位基站发送的确认包后，记录其第二次接收时间戳为b2，并将自己第四次发送时间戳为a4的返回包发送给第一从定位基站；
1i)第一从定位基站接收到返回包后，记录其第二次接收时间戳为f2；
1j)根据上述a3、a4、b2、f1、f2、g1这六个时间戳，计算定位标签与第一从定位基站之间的距离d2：
Figure FDA0002325145290000041
其中，T5＝b2-a3，T6＝f2-g1，T7＝g1-f1，T8＝a4-b2，c为光速。
9.根据权利要求书6所述的方法，其中1)中通过双向测距法得到定位标签与第二从定位基站的距离值d3，实现如下：
1k)定位标签将其第五次发送时间戳为a5的数据包发送给第二从定位基站；
1l)第二从定位基站接收到该数据包后，记录其第一次接收时间戳为h1，并将自己第一次发送时间戳为i1的确认包发送给定位标签；
1m)定位标签接收到确认包后，记录其第三次接收时间戳为b3，并将自己第六次发送时间戳为a6的返回包发送给第二从定位基站；
1n)第二从定位基站接收到返回包后，记录其第二次接收时间戳为h2；
1o)根据上述a5、a6、b3、h1、h2、i1这六个时间戳，计算定位标签与第二从定位基站之间的距离d3：
Figure FDA0002325145290000042
其中，T9＝b3-a5，T10＝h2-i1，T11＝i1-h1，T12＝a6-b3，c为光速。
10.根据权利要求书6所述的方法，其中1)中通过双向测距法得到定位标签与第三从定位基站的距离值d4，实现如下：
1p)定位标签将其第七次发送时间戳为a7的数据包发送给第三从定位基站；
1q)第三从定位基站接收到该数据包后，记录其第一次接收时间戳为j1，并将自己第一次发送时间戳为k1的确认包发送给定位标签；
1r)定位标签接收到确认包后，记录其第四次接收时间戳为b4，并将自己第八次发送时间戳为a8的返回包发送给第三从定位基站；
1s)第三从定位基站接收到返回包后，记录其第二次接收时间戳为j2；
1t)根据上述a7、a8、b4、j1、j2、k1这六个时间戳，计算定位标签与第三从定位基站之间的距离d4：
Figure FDA0002325145290000051
其中，T13＝b4-a7，T14＝j2-k1，T15＝k1-j1，T16＝a8-b4，c为光速。
11.根据权利要求书6中的方法，其中3)中利用牛顿迭代法求解定位标签坐标(Xi，Yi，Zi)，实现如下：
3a)由定位标签初始坐标(X0，Y0，Z0)和四个基站坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)，分别计算出定位标签与每个基站的初始距离ρ01、ρ02、ρ03、ρ04，其中定位标签初始坐标根据系统设定，X0、Y0、Z0、ρ01、ρ02、ρ03、ρ04均为迭代过程初始值；
3b)计算第一次迭代定位标签坐标：(X1,Y1,Z1)＝(X0,Y0,Z0)+Y0，
其中，Y0＝(H0 TH0)-1H0 TU0，
Figure FDA0002325145290000052
l1、l2、l3、l4是2)中四个定位基站的距离滤波值，H0 T表示H0的转置；
3c)由定位标签坐标(X1，Y1，Z1)和四个基站坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)，分别计算出定位标签与每个基站的距离ρ11、ρ12、ρ13、ρ14；
3d)计算第二次迭代定位标签坐标：(X2,Y2,Z2)＝(X1,Y1,Z1)+Y1
其中，Y1＝(H1 TH1)-1H1 TU1，
Figure FDA0002325145290000061
3e)计算Y1与Y0差值的绝对值，如果该绝对值小于等于系统设定的定位精度指标，则迭代结束，此时(X2,Y2,Z2)即为定位标签的求解坐标；否则，继续迭代，直到满足系统设定的定位精度指标要求为止。
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