CN115066012B - 一种基于uwb的多用户无锚点定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UWB的多用户无锚点定位方法，包括：利用无锚点定位方法获得两个待定位目标相对于基站的初始位置坐标；利用目标与基站之间的距离信息对目标的初始坐标进行校准；根据校正后的位置坐标以及目标当前移动的方向和距离，利用目标自身的PDR算法更新目标的当前PDR位置坐标，并对当前PDR位置坐标进行初步修正；获得基站、第一目标和第二目标两两之间的距离并构造相对位置三角形；利用PDR距离误差和PDR角度误差构造误差目标函数；旋转相对位置三角形进行迭代搜索，使得误差目标函数取值达到预设要求，从而获得目标当前定位结果。本发明在保证距离信息较为准确的前提下，综合考虑影响定位精度的各个因素，提高系统定位精度。

Description

一种基于UWB的多用户无锚点定位方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于UWB的多用户无锚点定位方法。

背景技术

现阶段国内外常见的无线定位技术主要包括RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)定位技术、Wi-Fi定位技术、蓝牙定位技术、ZigBee定位技术和UWB(Ultra Wide Band，超宽带)定位技术等。其中，RFID是通过一组固定的接收机获得目标节点射频标签的特征信息例如接收信号的强度，来确定标签位置，RFID定位的传输范围较蓝牙更大，且成本较低，但是理论传播模型的建立较为复杂，且不具备通信能力，无法做到精确的定位。Wi-Fi定位可以实现在多障碍的室内环境下的大范围定位，而且方便组网，但是功耗更高，且信号的抗干扰能力差，会受到同频的干扰，导致定位精度很低。蓝牙通过鉴别接收机接收到的蓝牙信号的强弱来计算距离从而定位，虽然功耗低，但是蓝牙信号的传输距离太近，而且抗干扰能也比较弱，定位精度比较低。ZigBee无线通信技术的特点是可靠性高、自组网、稳定性好而且成本低，但是通信距离短，速率低，精度也不高。

UWB定位技术作为近年来新兴的一种室内定位技术，与传统的无线通信技术有很大的不同，具有数据传输速率高、功耗低、安全性高、定位精度高等优点。传统的UWB室内定位方法主要有：基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)的定位算法、基于AOA(Angle Of Arival，到达角度)的定位算法、基于TOA(Time of Arrival，到达时间)的定位算法、基于TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)的定位算法。其中：基于RSSI的定位算法，因受室内复杂环境的干扰，从而带来的多径效应以及发射过程中带来的发射功率大幅度衰减，较难建模分析，RSSI的主要特点是可以利用室内原有的无弦收发器进行测距定位，不需要建立特定的定位基站，因此成本很低。基于AOA的室内定位方法也是易受到多径效应和非视距误差的影响，而且所需的硬件设备相较于其他定位方法更为复杂，且需通过对收发器的天线阵列进行布设，对硬件体积的大小也有较高要求。基于TOA的定位方法的准确性很大程度上取决于信号的带宽，可以通过增加信噪比或有效信号带宽，从而提高TOA的测量的精度，由于UWB信号具有很大的带宽，这种特点使得UWB的信号可以使用TOA的算法进行高度精确度的距离估计。基于TDOA的定位算法是在TOA定位算法的一种针对时钟不同步方面进行的改进，相较于TOA算法，它不是直接利用信号到达时间，而是利用多个基站接收信号的时间差来确定待定位目标位置，定位精度更高，但所需基站数量更多，实现复杂度更高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的现有室内定位技术精度低的问题，本发明提供了一种基于UWB的多用户无锚点定位方法，在UWB多用户无锚点定位过程中利用用户与基站之间的距离、用户自身的PDR(pedestrian dead reckoning，行人航迹推算)算法以及用户之间的距离信息联合修正待定位目标位置的方法，旨在进一步提高定位精度。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种基于UWB的多用户无锚点定位方法，包括：

S1：利用无锚点定位方法获得两个待定位目标相对于基站的初始位置坐标；

S2：利用目标与基站之间的距离信息对两个待定位目标的初始坐标进行校正，获得校正后的位置坐标；

S3：根据所述校正后的位置坐标以及目标当前移动的方向和距离，利用目标自身的PDR算法更新目标的当前PDR位置坐标，并对所述当前PDR位置坐标进行初步修正；

S4：获得基站、第一目标和第二目标两两之间的距离并利用所述基站、所述第一目标和所述第二目标为顶点构造相对位置三角形；

S5：利用第一目标和第二目标的PDR距离误差和PDR角度误差构造误差目标函数；

S6：以所述基站为原点旋转所述相对位置三角形进行迭代搜索，直至误差目标函数取值达到预设要求，从而获得所述第一目标和所述第二目标的当前定位结果。

在本发明的一个实施例中，所述S1包括：

S11：获取基站与第一目标的初始相对距离R₀，并以所述基站为坐标原点建立二维坐标系；

S12：将所述第一目标从初始位置移动至第一位置，获取第一次移动距离l₁、第一次移动方向角β₁以及所述第一目标第一次移动后与所述基站的第一相对距离R₁；

S13：利用几何位置关系构建坐标方程组，获得所述第一目标在第一次移动后的两个模糊点的坐标；

S14：将所述第一目标从第一位置移动至第二位置，获取第二次移动距离l₂、第二次移动方向角β₂，以及所述第一目标第二次移动后与所述基站的第二相对距离R₂；

S15：利用第一位置处的两个模糊点坐标以及第二次移动的方向和距离，确定所述第一目标在第二位置处的初始坐标；

S16：重复步骤S11-S15，获取第二目标经过两次移动后的初始坐标。

在本发明的一个实施例中，所述S15包括：

利用第一目标在第一位置的两个模糊点坐标以及第二次移动的方向和距离建立坐标方程组，获得所述第一目标在第二位置处的两个模糊点B₂′(x₂',y₂')和B₂″(x₂",y₂")的坐标：

其中，(x₁',y₁')和(x₁",y₁")分别为第一目标B在第一位置处的两个模糊点B₁′和B₁″的坐标；

分别计算两个模糊点B₂′(x₂',y₂')和B₂″(x₂",y₂")与基站之间的距离，选取距离与R₂更接近的点作为所述第一目标的真实第二位置坐标，记为B₂(x₂₀,y₂₀)。

在本发明的一个实施例中，所述S2包括：

S21：确认所述第一目标与所述基站的相对位置，当所述第一目标的第二位置位于所述基站的正北方向时，根据所述第一目标与基站之间的距离信息构建方程组：

求解得到两个点，选择距离所述初始坐标B₂(x₂₀,y₂₀)更近的点作为校准后第一目标的坐标，记为B(x",y")；

S22：当所述第一目标与所述基站连线的斜率k存在时，根据所述第一目标与所述基站之间的距离信息构建方程组：

求解得到两个点，选择距离所述初始坐标B₂(x₂₀,y₂₀)更近的点作为校准后第一目标B的坐标，记为B(x",y")；

S23：参照步骤S21和S22，利用第二目标与基站之间的距离信息对第二目标的初始坐标进行校准，获得第二目标校正后的坐标。

在本发明的一个实施例中，所述S3包括：

S31：根据所述第一目标自身的PDR方向α、PDR距离为r以及步骤S2中获得的所述第一目标在第二位置处校准后的坐标B(x",y")，得到所述第一目标在第三位置处的PDR坐标B(x,y)：

S32：使用第一目标与基站之间的距离信息对所述第一目标的PDR坐标作初步修正，获得第三位置处修正后的PDR坐标；

S33：求得所述第二目标在当前时刻第三位置的PDR位置信息。

在本发明的一个实施例中，所述S5包括：

S51：根据不同时刻第一目标和第二目标的位置获取PDR距离误差和PDR角度误差；

S52：利用所述PDR距离误差和所述PDR角度误差，构造误差目标函数：

其中，ε_dk表示第k个目标的PDR距离误差，ε_θk表示第k个目标的PDR角度误差，a和b分别表示PDR距离误差和所述角度误差的权重系数。

在本发明的一个实施例中，所述S6包括：

设定期望误差ε_e，判断利用所述误差目标函数获得的当前定位误差是否小于期望误差ε_e，若是则以步骤S3修正后的坐标为第一目标和第二目标最终的定位结果，并进行下一时刻的目标定位，若否，则初始化迭代次数，并对旋转所述相对位置三角形进行迭代搜索，直至迭代次数达到最大迭代次数或者计算出的当前定位误差小于所述期望误差ε_e，以最后一次迭代获得的坐标作为第一目标和第二目标最终的定位结果。

在本发明的一个实施例中，初始化迭代次数，并对旋转所述相对位置三角形进行迭代搜索，包括：

在开始迭代之前，确定所述相对位置三角形的旋转方向和旋转角度；

根据几何关系，获得旋转后第一目标和第二目标的位置坐标；

利用所述误差目标函数和迭代后第一目标和第二目标的位置坐标计算当前定位误差，判断当前定位误差是否在所述期望误差范围内，若是，则停止迭代，若否，则继续旋转所述相对位置三角形进行下次迭代搜索。

本发明的另一方面提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述实施例中任一项所述基于UWB的多用户无锚点定位方法的步骤。

本发明的又一方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上述实施例中任一项所述基于UWB的多用户无锚点定位方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的定位方法在保证距离信息较为准确的前提下，综合考虑影响定位精度的各个因素，构造PDR角度和距离的误差目标函数，并根据PDR角度和距离的解算精度对误差因素给予不同的权重系数，通过不断迭代实现目标函数最优，提高系统定位精度。

2、本发明在修正定位结果的过程中，当出现迭代次数过多仍没有到达可接受的精度范围内时，根据当前误差选择重新启动定位流程或者直接使用距离信息修正，过程中丢失的位置信息使用PDR进行更新，提高了整个系统的完备性。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于UWB的多用户无锚点定位方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的能够表示基站与第一目标的相对位置的坐标示意图；

图3是本发明实施例提供的一种由基站、第一目标和第二目标组成的相对位置三角形示意图；

图4是本发明实施例提供的使用用户与基站之间距离、用户自身的PDR以及用户之间的距离信息修正定位结果的流程图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种基于UWB的多用户无锚点定位方法进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于UWB的多用户无锚点定位方法的流程图。所述定位方法包括：

S1：利用无锚点定位方法获得两个待定位目标相对于基站的初始位置坐标。

本实施例使用三个节点即基站A、第一目标B和第二目标C来说明该多用户无锚点定位方法的具体过程。

具体地，请参见图2，步骤S1包括：

S11：获取基站A与第一目标B的初始相对距离R₀，以基站A为坐标原点建立二维坐标系，其中，x轴为正东方向，y轴为正北方向，记录基站A的初始坐标为A(0,0)，此时第一目标B的初始位置未知；

S12：在预定时间内将所述第一目标B从初始位置移动至第一位置，获取第一次移动距离l₁、第一次移动方向角β₁以及第一次移动后与所述基站的第一相对距离R₁。

具体地，所述第一次移动距离l₁是指第一目标B从初始位置到移动之后的第一位置的距离。所述移动方位角β₁是指第一次移动方向与y轴(正北方向)的夹角。在第一次移动之后，通过基站A与第一目标B互通信息，获取基站A与第一目标B在当前位置之间的相对距离R₁，记录第一次移动后第一目标B在第一位置处的坐标为B₁(x₁,y₁)，此时该位置坐标仍然是未知的。

S13：利用几何位置关系构建坐标方程组，获得所述第一目标B在第一次移动后的两个模糊点B₁'和B₁"的坐标。

具体地，请参见图2，图2是本发明实施例提供的能够表示基站与第一目标的相对位置的坐标示意图，设第一目标B在第一位置处的坐标为B₁(x₁,y₁)，则根据几何关系构建如下坐标方程组：

其中，式<1>表示在第一次移动以后，以基站位置A为圆心，第一目标B在位置B₀的可能坐标所在圆的方程；式<2>表示第一目标第一次移动后，将基站A移动与第一目标B相同的方向和距离，此时相当于第一目标B在以移动后的基站A为圆心，半径为R₀的圆上。求解上述方程组，便可得到两组解，这两组解分别为第一目标B的两个模糊点B₁′(x₁',y₁')和B₁″(x₁",y₁")的坐标。

S14：将所述第一目标B从第一位置移动至第二位置，获取第二次移动距离l₂、第二次移动方向角β₂，以及第二次移动后与基站的第二相对距离R₂。

具体地，在预定时间内，将所述第一目标B从第一位置移动至第二位置，获得第一目标B第二次移动的移动距离l₂和移动方向角β₂，其中，第二次移动距离l₂是指第一目标B从第一位置到第二位置的距离。所述第二次移动方向角β₂指第二次移动方向与y轴(正北方向)的夹角。进一步地，在第二次移动之后，基站A和第一目标B互通信息，记录第一目标B第二次移动后的位置为B₂，获取基站A和第一目标B在当前位置B₂之间的相对距离R₂。

S15：利用第一位置处的两个模糊点坐标以及第二次移动的方向和距离，确定所述第一目标在第二位置处的初始坐标。

首先，根据第一目标B第一位置的两个模糊点坐标以及第二次移动的方向和距离建立坐标方程组，获得所述第一目标在第二位置处的两个模糊点B₂′(x₂',y₂')和B₂″(x₂",y₂")的坐标：

其中，(x₁',y₁')和(x₁",y₁")分别为第一目标B在第一位置处的两个模糊点B₁′和B₁″的坐标。

进一步地，分别计算两个B₂′(x₂',y₂')和B₂″(x₂",y₂")与基站A之间的距离，选取距离与R₂更接近的点作为所述第一目标的真实第二位置坐标，记为B₂(x₂₀,y₂₀)。

具体地，根据几何关系，分别计算模糊点B₂′(x₂',y₂')与基站A之间的距离R₂'，以及模糊点B₂″(x₂",y₂")与基站A之间的距离R₂"，将R₂'、R₂"与R₂进行比较，选取距离与R₂更接近的点作为所述第一目标的真实第二位置。例如距离R₂'更接近R₂，则模糊点B₂′(x₂',y₂')所在位置即为所述第一目标经过两次移动后的真实位置，其坐标为(x₂',y₂')。

S16：重复步骤S11-S15，获取第二目标经过两次移动后的初始坐标。

S2：利用每个待定位目标与基站之间的距离信息对每个待定位目标的初始坐标进行校准，获得校准后位置坐标。

如上所述，步骤S1中得到了第一目标B在第二位置处的初始位置坐标，记为B₂(x₂₀,y₂₀)，此时第一目标B和基站A之间的距离为R₂，第一目标B与基站A连线所形成的直线斜率为k＝y/x，分别考虑斜率k存在和不存在两种情况，对第一目标B在第二位置处的初始位置坐标进行校准，获得第一目标B校准后的位置坐标。

具体地，本实施例的S2包括：

确认第一目标B与基站A的相对位置，当第一目标B与基站A连线所形成直线的斜率k不存在时，即第一目标B的第二位置位于基站A的正北方向，此时根据目标与基站之间的距离信息构建方程组为：

求解上述方程，可以得到两个点

选择距离B₂(x₂₀,y₂₀)更近的点即为校准后第一目标B的坐标，记为B(x",y")。

当第一目标B与基站A连线所形成直线的斜率k存在时，考虑一般情况，可以得到此时的方程组：

求解上述方程，可以求得两个点：

选择距离B₂(x₂₀,y₂₀)更近的点即为校准后第一目标B的坐标，记为B(x",y")。

同理，使用上述步骤，利用第二目标与基站之间的距离信息对第二目标的初始坐标进行校准，获得第二目标校正后的位置坐标。

S3：根据所述校正后的位置坐标以及目标当前移动的方向和距离，利用目标自身的PDR(pedestrian dead reckoning，行人航迹推算)算法更新目标的当前PDR位置坐标，并对所述当前PDR位置坐标进行初步修正。

具体地，在利用上述步骤S1和S2获得第一目标B移动两次后的位置坐标B(x",y")之后，第一目标继续移动至第三位置，如上所述，步骤S2计算出第一目标B在第二位置处校准后的坐标为B(x",y")，第一目标B在当前时刻，即第三位置处的位置坐标记为B(x,y)，第一目标B自身的PDR方向为α(与正北方向的夹角)，PDR距离为r，则当前时刻第一目标B的PDR位置坐标：

随后，参照步骤S2中的方法，使用第一目标与基站之间的距离信息对第一目标B的PDR坐标作初步修正，获得第三位置处修正后的PDR坐标。

同理可以求得第二目标C在当前时刻，即在第三位置处修正后的PDR坐标。

需要说明的是，在进行PDR信息的处理时，目标的行走或前进方向与上一时刻方向差值在正负5度以内，可以认为目标在直线行走，当前的角度可以根据过去时刻角度进行预测和调整。

S4：获得基站A、第一目标B和第二目标C两两之间的距离并利用基站、第一目标和第二目标为顶点构造相对位置三角形。

具体地，请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种由基站、第一目标和第二目标组成的相对位置三角形示意图。利用UWB测距可以得到基站A、第一目标B和第二目标C两两之间的距离信息且这个距离信息误差较小，把AB、AC、BC之间的距离信息分别记作d_AB、d_AC和d_BC。

利用三角形三个边长可以确定唯一的三角形这一准则，便可确定基站A、第一目标B和第二目标C相对位置的三角形，并且此时可以确保三点之前的距离较为准确。

S5：利用第一目标和第二目标的PDR距离误差和PDR角度误差构造误差目标函数。

请参见图4，图4是本发明实施例提供的使用用户与基站之间距离、用户自身的PDR以及用户之间的距离信息修正定位结果的流程图。在本实施例中，步骤S5包括：

S51：根据不同时刻第一目标和第二目标的位置获取PDR距离误差和PDR角度误差。

具体地，假设当前时刻第一目标B的坐标为(x_B,y_B)，第二目标C的坐标为(x_C,y_C),上一时刻第一目标B坐标为(x′_B,y′_B)，第二目标C的坐标为(x′_C,y′_C)，则PDR距离误差可以表示为k＝1,2，其中，d_k表示第k个目标的PDR距离信息。

进一步地，PDR角度误差可以表示为：

其中，θ_k表示第k个目标的PDR角度信息。

S52：利用所述PDR距离误差和所述PDR角度误差，构造误差目标函数：

其中，ε_dk表示第k个目标的PDR距离误差，ε_θk表示第k个目标的PDR角度误差，a和b分别表示PDR距离误差和所述角度误差的权重系数，需要根据PDR解算精度误差和实验验证进行调节。

S6：以所述基站为原点旋转所述相对位置三角形进行迭代搜索，使得误差目标函数取值最小，从而获得所述第一目标和所述第二目标的当前定位结果。

本步骤的迭代思路为：设定期望误差ε_e，判断利用所述误差目标函数获得的当前定位误差是否在可接受范围内，即是否小于期望误差ε_e，若是则不需要修正，以步骤S3修正后的坐标为第一目标和第二目标最终的定位结果，并直接进行下一步，即进行下一时刻的目标定位，若否，则初始化迭代次数，并对旋转所述相对位置三角形进行迭代搜索，直至迭代次数达到最大迭代次数或者计算出的当前定位误差小于所述期望误差ε_e，以最后一次迭代获得的坐标作为第一目标和第二目标最终的定位结果。

换句话说，迭代的整体思想是在待定位目标与基站的距离圆上进行小范围搜索，即小范围转动相对位置三角形，综合考虑目标的行走方向和行走距离的误差，使得上述误差目标函数f(ε)与期望误差ε_e差值最小，即认为此时迭代完毕。

具体地，开始迭代之前，首先需要确定搜索方向，即所述相对位置三角形的旋转方向，对于三角形在二维平面旋转只有顺时针和逆时针两个方向，这里可以使用横坐标轴即东西坐标轴和目标PDR在该轴上的偏移量来作为搜索参考方向，首先计算目标PDR在东西坐标轴上的偏移量d_offset，默认正东方向为正半轴，其中，d_k表示第k个用户的PDR距离信息，θ_k表示第k个用户的PDR角度信息。若d_offset＞0，则搜索方向为顺时针方向；反之搜索方向为逆时针方向。

如图3所示，搜索本质上是对基站A与第一目标B之间的线段AB，以及基站A与第二目标C之间的线段AC，绕A点旋转相同的角度即可，因此这里使用线段AB顺时针旋转进行说明，首先计算第一目标B与基站A连线的角度，即此时设置角度增量Δθ，Δθ的大小应该和用户和基站之间的距离相关，距离越大，相同的Δθ会导致目标点搜索的精度越低。

根据几何关系，获得旋转后第一目标和第二目标的位置坐标。假设第一次搜索线段AB顺时针旋转Δθ，θ₁＝θ+Δθ，对应直线的斜率为k₁＝arctanθ₁，考虑当前用户与基站之间的距离，建立方程组：

其中，R表示基站A与第一目标B之间的当前距离；

根据上述方程组可得到两个模糊点

随后，在这两个模糊点中选择距离旋转前第一目标B更近的点即为当前迭代下第一目标B的坐标。

同理，对线段AC沿A点旋转相同角度，利用上述步骤即可得到当前迭代下第二目标C的位置坐标。

随后利用所述误差目标函数和迭代后第一目标和第二目标的位置坐标计算当前定位误差，判断当前定位误差是否在所述期望误差范围内，若是，则停止迭代，若否，则继续旋转所述相对位置三角形进行下次迭代搜索，直至满足迭代结束条件。

在本实施例中，迭代的主要参数有两个：最大迭代次数maxCnt以及PDR期望误差ε_e，两个参数根据实际情况系统实际参数进行调整。迭代次数达到最大迭代次数或者计算出的当前定位误差小于期望误差ε_e即可跳出迭代循环。

如果当前迭代次数大于最大迭代次数，证明修正失败，跳出循环，直接用PDR更新用户当前坐标，跳回步骤S2，并以步骤S2获得的坐标作为用户的当前最终定位坐标；如果迭代过程中定位精度达到可接受范围内，证明修正成功，跳出循环，使用当前修正的坐标作为用户的当前最终定位坐标。

本实施例的定位方法在保证距离信息较为准确的前提下，综合考虑影响定位精度的各个因素，构造PDR角度和距离的误差目标函数，并根据PDR角度和距离的解算精度对误差因素给予不同的权重系数，通过不断迭代实现目标函数最优，提高系统定位精度。另外，本实施例在修正定位结果的过程中，当出现迭代次数过多仍没有到达可接受的精度范围内时，根据当前误差选择重新启动定位流程或者直接使用距离信息修正，过程中丢失的位置信息使用PDR进行更新，提高了整个系统的完备性。

本发明的又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述实施例中所述基于UWB的多用户无锚点定位方法的步骤。本发明的再一方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上述实施例所述基于UWB的多用户无锚点定位方法的步骤。具体地，上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于UWB的多用户无锚点定位方法，其特征在于，包括：

S1：利用无锚点定位方法获得两个待定位目标相对于基站的初始位置坐标；

S2：利用目标与基站之间的距离信息对两个待定位目标的初始坐标进行校正，获得校正后的位置坐标；

S3：根据所述校正后的位置坐标以及目标当前移动的方向和距离，利用目标自身的PDR算法更新目标的当前PDR位置坐标，并对所述当前PDR位置坐标进行初步修正；

S4：获得基站、第一目标和第二目标两两之间的距离并利用所述基站、所述第一目标和所述第二目标为顶点构造相对位置三角形；

S5：利用第一目标和第二目标的PDR距离误差和PDR角度误差构造误差目标函数；

S6：以所述基站为原点旋转所述相对位置三角形进行迭代搜索，直至误差目标函数取值达到预设要求，从而获得所述第一目标和所述第二目标的当前定位结果；

所述S5包括：

S51：根据不同时刻第一目标和第二目标的位置获取PDR距离误差和PDR角度误差；

S52：利用所述PDR距离误差和所述PDR角度误差，构造误差目标函数：

其中，ε_dk表示第k个目标的PDR距离误差，ε_θk表示第k个目标的PDR角度误差，a和b分别表示PDR距离误差和所述角度误差的权重系数；

所述S6包括：

设定期望误差ε_e，判断利用所述误差目标函数获得的当前定位误差是否小于期望误差ε_e，若是则以步骤S3修正后的坐标为第一目标和第二目标最终的定位结果，并进行下一时刻的目标定位，若否，则初始化迭代次数，并对旋转所述相对位置三角形进行迭代搜索，直至迭代次数达到最大迭代次数或者计算出的当前定位误差小于所述期望误差ε_e，以最后一次迭代获得的坐标作为第一目标和第二目标最终的定位结果；

进一步地，初始化迭代次数，并对旋转所述相对位置三角形进行迭代搜索，包括：

在开始迭代之前，确定所述相对位置三角形的旋转方向和旋转角度；

根据几何关系，获得旋转后第一目标和第二目标的位置坐标；

利用所述误差目标函数和迭代后第一目标和第二目标的位置坐标计算当前定位误差，判断当前定位误差是否在所述期望误差范围内，若是，则停止迭代，若否，则继续旋转所述相对位置三角形进行下次迭代搜索。

2.根据权利要求1所述的基于UWB的多用户无锚点定位方法，其特征在于，所述S1包括：

S11：获取基站与第一目标的初始相对距离R₀，并以所述基站为坐标原点建立二维坐标系；

S12：将所述第一目标从初始位置移动至第一位置，获取第一次移动距离l₁、第一次移动方向角β₁以及所述第一目标第一次移动后与所述基站的第一相对距离R₁；

S13：利用几何位置关系构建坐标方程组，获得所述第一目标在第一次移动后的两个模糊点的坐标；

S14：将所述第一目标从第一位置移动至第二位置，获取第二次移动距离l₂、第二次移动方向角β₂，以及所述第一目标第二次移动后与所述基站的第二相对距离R₂；

S15：利用第一位置处的两个模糊点坐标以及第二次移动的方向和距离，确定所述第一目标在第二位置处的初始坐标；

S16：重复步骤S11-S15，获取第二目标经过两次移动后的初始坐标。

3.根据权利要求2所述的基于UWB的多用户无锚点定位方法，其特征在于，所述S15包括：

利用第一目标在第一位置的两个模糊点坐标以及第二次移动的方向和距离建立坐标方程组，获得所述第一目标在第二位置处的两个模糊点B₂′(x₂',y₂')和B₂″(x₂",y₂")的坐标：

其中，(x₁',y₁')和(x₁",y₁")分别为第一目标B在第一位置处的两个模糊点B₁′和B₁″的坐标；

分别计算两个模糊点B₂′(x₂',y₂')和B₂″(x₂",y₂")与基站之间的距离，选取距离与R₂更接近的点作为所述第一目标的真实第二位置坐标，记为B₂(x₂₀,y₂₀)。

4.根据权利要求3所述的基于UWB的多用户无锚点定位方法，其特征在于，所述S2包括：

S21：确认所述第一目标与所述基站的相对位置，当所述第一目标的第二位置位于所述基站的正北方向时，根据所述第一目标与基站之间的距离信息构建方程组：

求解得到两个点，选择距离所述初始坐标B₂(x₂₀,y₂₀)更近的点作为校准后第一目标的坐标，记为B(x",y")；

S22：当所述第一目标与所述基站连线的斜率k存在时，根据所述第一目标与所述基站之间的距离信息构建方程组：

求解得到两个点，选择距离所述初始坐标B₂(x₂₀,y₂₀)更近的点作为校准后第一目标的坐标，记为B(x",y")；

S23：参照步骤S21和S22，利用第二目标与基站之间的距离信息对第二目标的初始坐标进行校准，获得第二目标校正后的坐标。

5.根据权利要求4所述的基于UWB的多用户无锚点定位方法，其特征在于，所述S3包括：

S31：根据所述第一目标自身的PDR方向α、PDR距离为r以及步骤S2中获得的所述第一目标在第二位置处校准后的坐标B(x",y")，得到所述第一目标在第三位置处的PDR坐标B(x,y)：

S32：使用第一目标与基站之间的距离信息对所述第一目标的PDR坐标作初步修正，获得第三位置处修正后的PDR坐标；

S33：求得所述第二目标在当前时刻第三位置的PDR位置信息。

6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行权利要求1至5中任一项所述基于UWB的多用户无锚点定位方法的步骤。

7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述基于UWB的多用户无锚点定位方法的步骤。