CN115134913A - 一种基于几何约束的超宽带定位与定向标签及其方法 - Google Patents

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CN115134913A
CN115134913A CN202210890485.0A CN202210890485A CN115134913A CN 115134913 A CN115134913 A CN 115134913A CN 202210890485 A CN202210890485 A CN 202210890485A CN 115134913 A CN115134913 A CN 115134913A
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李兴广
夏奎
王湘萍
董朝
崔炜
陈宇
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Changchun University of Science and Technology
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Changchun University of Science and Technology
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    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication

Abstract

本发明公开一种基于几何约束的超宽定位与定向标签及其方法，所述标签，在结构上模块化，单标签配有双UWB天线，可依据具体环境灵活部署天线，安装在多种复杂移动定位平台上，其易组装拆卸、部署灵活性高；所述方法针对标签定制，以第一、第二UWB天线间的实际距离len作为几何约束条件，首先识别并排除受非视距影响最大的基站，其次引入方向角辅助矫正定位坐标，最终卡尔曼滤波获取标签位置和方向的最优解，将非视距环境下求解标签位置和方向问题逐步分解为视距环境下的求解四、三或两个基站情况下的标签位置和方向问题。从而实现室内非视距环境下连续、高精度、高可靠性的定位与定向功能。

Description

一种基于几何约束的超宽带定位与定向标签及其方法
技术领域
本发明涉及无线通信定位技术领域，尤其涉及一种基于几何约束的超宽定位、定向标签及其方法。
背景技术
卫星定位(GPS)使用受限情况下，超宽带(UWB)常用于准确的室内定位。超宽带定位系统利用超宽带无线信号通过测量标签(MS， mobile station)与基站(BS，basestation)之间的距离实现定位，构成复杂程度低，抗干扰能力强、传输速率高、功耗低，特别适用于仓储物流等室内密集多径干扰场所和室内外定位需求场所。现有超宽带定位系统，定位精度在视距下标称10cm，可满足人员和一般移动机器人导航使用，然而其稳定性有限，经常因受到干扰或者部分基站被遮挡等原因造成定位偏差较大，甚至是丢失位置。另外，现有超宽带定位系统一般不能直接提供朝向信息，用于机器人导航时还需要其他传感器提供方向信息，效果一直不尽人意，急需一种稳定可靠、能够同时实现定位和定向功能的标签和方法。
超宽带定位与定向技术在仓储物流等室内场景应用，系统其定位标签采用单UWB模块融合陀螺仪、加速计或磁力计的结构实现定位和定向功能。单个标签定位，仅配有单个UWB天线，结构相对固定，普遍存在非视距环境电波被遮挡定位稳定性不足的弊端。
超宽带定位系统一般使用TOA/TDOA、AOA等方法提高定位精度，为了保证精度需要足够的基站数目和直线传播的优质信号。一旦有基站被遮挡，标签接收到有效基站信号数目较少，电波特征测量值将产生较大偏差，导致定位可信度难以满足要求，可靠性严重降低。
此外，由于陀螺仪、加速计或磁力计等传感器在定向时存在诸如坐标系必须定义为当地地理坐标系、易受加速度计偏差与噪声影响、不能用于连续动态场景等弊端，在仓储物流等室内多种实时复杂环境中存在基站部署难度大，非视距传播影响严重，定向精度低且不稳定等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有超宽带定位、定向标签及其方法存在的标签部署灵活性较差、非视距定位精度降低、定向性能干扰问题较大等不足，提供一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签及其方法，实现非视距等复杂环境下对标签的高精度定位。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本发明提出的一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签，包括消息感知模块，双UWB天线模组，UWB定位模组，电源模块；其中，
消息感知模块，用于感知周围环境中的四个基站并接收来自基站的信号；
双UWB天线模组，用于提升无线通信的通信距离和质量；
UWB定位模组，用于观测各基站与双UWB天线模组间的距离；
电源模块，用于消息感知模块和UWB定位模组的电量供应。
作为本发明所述的一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签进一步优化方案，消息感知模块包含BLE主控单元和BLE天线，BLE主控单元与BLE天线连接，在进行室内定位前，BLE主控单元扫描部署在周围环境中四个基站的蓝牙标识符并接收解析来自基站的定位指令进行定位，在进行室内定位时，BLE主控单元控制UWB定位模组观测基站与双UWB天线模组间的距离。从而使得各基站得到距离信息。
作为本发明所述的一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签进一步优化方案，双UWB天线模组，包括第一UWB天线、第二UWB 天线，第一UWB天线与第二UWB天线在待定位可移动平台上分开一定距离len布置，第一UWB天线、第二UWB天线可依据待定位可移动平台所处环境的不同自行适当调整位置，以改变距离len的值。从而有效的缓解现有超宽带定位与定向标签存在的标签部署灵活性较差的问题。
作为本发明所述的一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签进一步优化方案，UWB定位模组，用于实现测距功能，包括第一UWB 单元、第二UWB单元，分别与第一UWB天线、第二UWB天线相连，分别计算第一UWB天线、第二UWB天线到基站天线间的飞行时间差 (TOF,time of flight)从而使得各基站获取距离信息。
一种基于几何约束的超宽带定位、定向方法，包括如下步骤：
步骤1、获取当前时刻(第k时刻)测得第一、二UWB天线分别与四个基站之间的观测距离信息，记录为：第一UWB天线：
Figure BDA0003767315190000031
Figure BDA0003767315190000032
第二UWB天线：
Figure BDA0003767315190000033
计算当前时刻(第k时刻)四个基站分别与第一、二UWB天线间的观测距离差值，记录为：
Figure BDA0003767315190000034
其中，
Figure BDA0003767315190000035
Lm、
Figure BDA0003767315190000036
中m为天线标识，n为基站标识，k为时刻标识；
需要特别说明的是，第一基站与第一、二UWB天线构成三角形，正常视距(LOS,lineof sight)传播情况下，所构成的三角形满足三角形两边之差小于第三边的几何约束关系，即
Figure BDA0003767315190000037
必定小于第一、二UWB 天线间的实际距离len，考虑到UWB本身的测距误差3a，
Figure BDA0003767315190000038
应小于 len+3a，第二、三、四基站同理。依据三角形的约束关系，可以有效的区分四个基站是否处于视距传播(LOS,line of sight)情况下。
步骤2、若步骤1中每个
Figure BDA0003767315190000039
均小于len+3a，则判断为纯LOS环境；若步骤3存在大于len+3a的
Figure BDA00037673151900000310
值，则判断为NLOS环境；
对于纯LOS环境，利用四边定位算法分别获取第一、二UWB天线的估计坐标
Figure BDA00037673151900000311
对于NLOS环境，排除步骤1中
Figure BDA00037673151900000312
最大值对应的基站，该基站受 NLOS影响最大，将其余三个基站视为视距基站并保留，保留后的三个视距基站，利用三边定位算法分别获取第一、二UWB天线的估计坐标
Figure BDA00037673151900000313
其中，
Figure BDA00037673151900000314
中m为天线标识，k为时刻标识。
需要特别说明的是，排除非视距基站并保留视距基站后，可直接避免非视距基站测距误差较大的问题，原本存在非视距基站干扰下的定位转换为纯视距基站环境下的定位，亦适用于诸如基站丢失所带来的测距误差较大的场景，有效提高定位的精度。
步骤3、计算步骤2中第一、二UWB天线坐标
Figure BDA0003767315190000041
Figure BDA0003767315190000042
间的距离差值并记为：
Figure BDA0003767315190000043
若mk与len的差值|mk-len|大于3a，则视为定位结果不可靠，若|mk-len|小于3a，则视为定位结果可靠。定位结果为第一、二UWB 天线的位置结果即
Figure BDA0003767315190000044
步骤4、若步骤3中定位结果视为可靠，将步骤3第一、二UWB 天线的位置记录为
Figure BDA0003767315190000045
若步骤3中定位结果视为不可靠，则进一步滤除受非视距影响干扰最大的基站，考虑到步骤2中第一次排除非视距基站后保留的视距基站数目，若进一步滤除受非视距基站后视距基站数目等于3，则利用三边定位算法解算第一、二UWB天线位置，若视距基站数目小于3，则采用双视距基站解算第一、二UWB天线位置；
进一步排除非视距基站后利用三边定位算法解算第一、二UWB 天线的位置并记录为：
Figure BDA0003767315190000046
进一步排除非视距基站后采用双视距基站解算第一、二UWB天线的位置，则每个UWB天线将产生两个坐标值，依据标签估计方向可分别得到第一、二UWB天线的唯一坐标值，记录为
Figure BDA0003767315190000047
Figure BDA0003767315190000048
其中，方向角
Figure BDA0003767315190000049
的计算公式如下：
Figure BDA00037673151900000410
其中，
Figure BDA00037673151900000411
中s表示进一步排除非视距基站后的结果；标签方向为第一、二UWB天线坐标连线垂直方向与Y轴正方向的角度偏差。
需要特别说明的是，双视距基站完成定向功能，实现无需其他传感器即可提供朝向信息；双视距基站辅以方向角完成对第一、二UWB 天线的位置矫正，可适用于诸如基站丢失导致的定位失败等场景。
步骤5、根据步骤4中
Figure BDA0003767315190000051
求解当前时刻(第 k时刻)标签估计位置
Figure BDA0003767315190000052
和方向角
Figure BDA0003767315190000053
标签估计位置为第一、二UWB天线的中心坐标。其中，
Figure BDA0003767315190000054
的计算公式如下：
Figure BDA0003767315190000055
步骤6、构建卡尔曼滤波器，设置卡尔曼滤波器各项参数，将步骤6中
Figure BDA0003767315190000056
进行卡尔曼滤波器处理，求出当前时刻(第k时刻)标签位置方向的最优解并输出，求解后标签位置记录为Tk(xk,yk)，标签方向记录为Ok；将第k时刻顺延至第(k+1)时刻，返回步骤1进行循环，从而得到各个时刻的标签位置和标签方向。
本发明的技术效果和优点：克服现有超宽带定位技术在非视距 (NLOS)环境下定位的缺陷，提出一种基于几何约束的超宽带定位与定向标签及其方法，将标签在结构上模块化，单个标签配备有两个 UWB天线，可依据具体环境灵活部署超宽带天线，安装在多种复杂移动定位平台上；此外，针对标签定制定位与定向方法，以第一、第二UWB天线间的实际距离len作为几何约束条件，首先识别并排除受非视距影响最大的基站，其次引入方向角辅助矫正定位坐标，最终卡尔曼滤波获取标签位置和方向的最优解，将非视距(NLOS)环境下求解标签位置和方向问题逐步分解为视距(LOS)环境下的求解四、三或两个基站情况下的标签位置和方向问题。这种方法大大提高了室内非视距环境下的定位与定向的精度。具体有如下效果：
1、实现非视距基站的识别并将受非视距影响最大的基站排除；
2、单个标签在完成定位的基础上实现了方向的观测；
3、引入并融合方向角辅助实现仅有两个视距基站下的第一、二 UWB模块天线的位置坐标矫正；
4、室内可布置基站不受数目约束，可移植于基站数目为n(n＞4) 的室内多种非视距定位与定向场景中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的标签结构图；
图2为本发明的标签位置和标签方向原理图；
图3为本发明的标签在可移动平台上的安装示意图；
图4为本发明的其他必要模块原理图；
图5为本发明的基于距离几何约束的超宽带标签定位方法示意图；
图6为本发明的一种基于几何约束的超宽带标签定位、定向方法流程图；
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，示出了一种基于几何约束的超宽带定位与定向标签，包括消息感知模块、双UWB天线模组、UWB定位模组以及电源模块。
消息感知模块，用于感知周围环境中的四个基站并接收来自基站的信号；
双UWB天线模组，用于提升无线通信的通信距离和质量；
UWB定位模组，用于观测各基站与双UWB天线模组间的距离；
电源模块，用于消息感知模块和UWB定位模组的电量供应。
参照图2，示出了标签位置和标签方向，包括：标签，UWB定位标签固定在可移动平台上，周期性的发送UWB和BLE信号；基站， UWB定位基站固定安装在环境四周并周期性地分别测量到双UWB天线的距离；标签位置，第一、二UWB定位模块天线几何中心的坐标；标签方向，第一、二UWB定位模块天线连线垂直方向与Y轴方向的角度偏差；
参照图3，示出了一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签在可移动平台上的部署安装，包括：可移动平台，用于标签的载体；标签主体，固定在可移动平台的任一合适的位置；双UWB天线模组，第一、二UWB天线分别固定在可移动平台的两端，距离为len。
参照图4，示出了其他必要模块，包括：四个基站模块，用于安装在周围环境四周并分别与标签模块通信完成距离信息的测量，用于连接并传输距离信息至主机模块；主机模块，用于完成标签位置和方向的解算、离线地图的构建、标签二维平面显示等工作。
参照图5，示出了一种基于距离几何约束的定位方法，包括：
步骤1、分别获取第一、二UWB定位模块天线分别到各基站的距离；
步骤2、以第2基站和第一、二UWB定位模块天线为例，由三角形两边之和大于第三边定理可推出三角形的任意两边之差小于第三边的性质，得：|d1-d2|<m考虑到误差，则m可表示为：m＝len+3a；
其中len为双UWB定位模块天线的实际距离(真值)，a为测距精度误差，一般为10cm左右，先验距离约束的主要目的是识别观测过程中较大的非视距(NLOS)粗差，并将粗差最大的基站排除，即可进行三个基站视距(LOS)的定位。
步骤3、在获得双UWB定位模块天线的坐标后，可以计算双UWB 定位模块天线坐标间的距离mk。计算值mk和真值len之间的差值被定义为距离残差。距离残差可用于进一步优化定位结果。如果距离残差大于3a，则认为定位结果不可靠。进而继续排除非视距影响较大的基站转为两基站(LOS)结合室内约束环境辅以方向角进行定位。
参照图6，示出了一种基于几何约束的超宽带定位、定向方法，包括如下步骤：
步骤1、获取当前时刻(第k时刻)测得第一、二UWB天线分别与四个基站之间的观测距离信息，记录为：第一UWB天线：
Figure BDA0003767315190000081
Figure BDA0003767315190000082
第二UWB天线：
Figure BDA0003767315190000083
计算当前时刻(第k时刻)四个基站分别与第一、二UWB天线间的观测距离差值，记录为：
Figure BDA0003767315190000084
其中，
Figure BDA0003767315190000085
Lm、
Figure BDA0003767315190000086
中m为天线标识，n为基站标识，k为时刻标识；
需要特别说明的是，第一基站与第一、二UWB天线构成三角形，正常视距(LOS,lineof sight)传播情况下，所构成的三角形满足三角形两边之差小于第三边的几何约束关系，即
Figure BDA0003767315190000087
必定小于第一、二UWB 天线间的实际距离len，考虑到UWB本身的测距误差3a，
Figure BDA0003767315190000088
应小于 len+3a，第二、三、四基站同理。依据此三角形的约束关系，可以有效的区分四个基站是否处于视距传播(LOS,line of sight)情况下。
步骤2、若步骤1中每个
Figure BDA0003767315190000089
均小于len+3a，则判断为纯LOS环境；若步骤3存在大于len+3a的
Figure BDA00037673151900000810
值，则判断为NLOS环境；
对于纯LOS环境，利用四边定位算法分别获取第一、二UWB天线的估计坐标
Figure BDA00037673151900000811
对于NLOS环境，排除步骤1中
Figure BDA00037673151900000812
最大值对应的基站，该基站受 NLOS影响最大，将其余三个基站视为视距基站并保留，保留后的三个视距基站，利用三边定位算法分别获取第一、二UWB天线的估计坐标
Figure BDA00037673151900000813
其中，
Figure BDA00037673151900000814
中m为天线标识，k为时刻标识。
需要特别说明的是，排除非视距基站并保留视距基站后，可直接避免非视距基站测距误差较大的问题，原本存在非视距基站干扰下的定位转换为纯视距基站环境下的定位，亦适用于诸如基站丢失所带来的测距误差较大的场景，有效提高定位的精度。
步骤3、计算步骤2中第一、二UWB天线坐标
Figure BDA00037673151900000815
Figure BDA00037673151900000816
间的距离差值并记为：
Figure BDA00037673151900000817
若mk与len的差值|mk-len|大于3a，则视为定位结果不可靠，若|mk-len|小于3a，则视为定位结果可靠。定位结果为第一、二UWB 天线的位置结果即
Figure BDA0003767315190000091
步骤4、若步骤3中定位结果视为可靠，将步骤3第一、二UWB 天线的位置记录为
Figure BDA0003767315190000092
若步骤3中定位结果视为不可靠，则进一步滤除受非视距影响干扰最大的基站，考虑到步骤2中第一次排除非视距基站后保留的视距基站数目，若进一步滤除受非视距基站后视距基站数目等于3，则利用三边定位算法解算第一、二UWB天线位置，若视距基站数目小于3，则采用双视距基站解算第一、二UWB天线位置；
进一步排除非视距基站后利用三边定位算法解算第一、二UWB 天线的位置并记录为：
Figure BDA0003767315190000093
进一步排除非视距基站后采用双视距基站解算第一、二UWB天线的位置，则每个UWB天线将产生两个坐标值，依据标签估计方向可分别得到第一、二UWB天线的唯一坐标值，记录为
Figure BDA0003767315190000094
Figure BDA0003767315190000095
其中，方向角
Figure BDA0003767315190000096
的计算公式如下：
Figure BDA0003767315190000097
其中，
Figure BDA0003767315190000098
中s表示进一步排除非视距基站后的结果；标签方向为第一、二UWB天线坐标连线垂直方向与Y轴正方向的角度偏差。
需要特别说明的是，双视距基站完成定向功能，实现无需其他传感器即可提供朝向信息；双视距基站辅以方向角完成对第一、二UWB 天线的位置矫正，可适用于诸如基站丢失导致的定位失败等场景。
步骤5、根据步骤4中
Figure BDA0003767315190000099
求解当前时刻(第 k时刻)标签估计位置
Figure BDA00037673151900000910
和方向角
Figure BDA00037673151900000911
标签估计位置为第一、二UWB天线的中心坐标。其中，
Figure BDA00037673151900000912
的计算公式如下：
Figure BDA0003767315190000101
步骤6、构建卡尔曼滤波器，设置卡尔曼滤波器各项参数，将步骤6中
Figure BDA0003767315190000102
进行卡尔曼滤波器处理，求出当前时刻(第k时刻)标签位置方向的最优解并输出，求解后标签位置记录为Tk(xk,yk)，标签方向记录为Ok；将第k时刻顺延至第(k+1)时刻，返回步骤1进行循环，从而得到各个时刻的标签位置和标签方向。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅为本发明的普通实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签，包括消息感知模块，双UWB天线模组，UWB定位模组，电源模块，其特征在于：
消息感知模块，用于感知周围环境中的四个基站并接收来自基站的信号；
双UWB天线模组，用于提升无线通信的通信距离和质量；
UWB定位模组，用于观测各基站与双UWB天线模组间的距离；
电源模块，用于消息感知模块和UWB定位模组的电量供应。
2.根据权利要求1所述的一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签，其特征在于：基站检测模块，包含BLE主控单元和BLE天线，BLE主控单元与BLE天线连接，在进行室内定位前，BLE主控单元扫描部署在周围环境中四个基站的蓝牙标识符并接收解析来自基站的定位指令进行定位，在进行室内定位时，BLE主控单元控制UWB定位模组观测基站与双UWB天线模组间的距离。从而使得各基站得到距离信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签，其特征在于：双UWB天线模组，包括第一UWB天线、第二UWB天线，第一UWB天线与第二UWB天线在待定位可移动平台上分开一定距离len布置，第一UWB天线、第二UWB天线可依据待定位可移动平台所处环境的不同自行适当调整位置，以改变所述距离len的值。从而有效的缓解现有超宽带定位与定向标签存在的标签部署灵活性较差的问题。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于几何约束的超宽带定位、定向标签的定位、定向方法，其特征在于：距离约束法求解标签位置和标签方向，包括如下步骤：
步骤1、获取当前时刻(第k时刻)测得第一、二UWB天线分别与四个基站之间的观测距离信息，记录为：第一UWB天线：
Figure FDA0003767315180000011
Figure FDA0003767315180000012
第二UWB天线：
Figure FDA0003767315180000013
计算当前时刻(第k时刻)四个基站分别与第一、二UWB天线间的观测距离差值，记录为：
Figure FDA0003767315180000014
其中，
Figure FDA0003767315180000015
Lm、
Figure FDA0003767315180000021
中m为天线标识，n为基站标识，k为时刻标识；
需要特别说明的是，第一基站与第一、二UWB天线构成三角形，正常视距(LOS，line ofsight)传播情况下，所构成的三角形满足三角形两边之差小于第三边的几何约束关系，即
Figure FDA0003767315180000022
必定小于第一、二UWB天线间的实际距离len，考虑到UWB本身的测距误差3a，
Figure FDA0003767315180000023
应小于len+3a，第二、三、四基站同理。依据此三角形的约束关系，可以有效的区分四个基站是否处于视距传播(LOS，line of sight)情况下。
步骤2、若步骤1中每个
Figure FDA0003767315180000024
均小于len+3a，则判断为纯LOS环境；若步骤3存在大于len+3a的
Figure FDA0003767315180000025
值，则判断为NLOS环境；
对于纯LOS环境，利用四边定位算法分别获取第一、二UWB天线的估计坐标
Figure FDA0003767315180000026
对于NLOS环境，排除步骤1中
Figure FDA0003767315180000027
最大值对应的基站，该基站受NLOS影响最大，将其余三个基站视为视距基站并保留，保留后的三个视距基站，利用三边定位算法分别获取第一、二UWB天线的估计坐标
Figure FDA0003767315180000028
其中，
Figure FDA0003767315180000029
中m为天线标识，k为时刻标识。
需要特别说明的是，排除非视距基站并保留视距基站后，可直接避免非视距基站测距误差较大的问题，原本存在非视距基站干扰下的定位转换为纯视距基站环境下的定位，亦适用于诸如基站丢失所带来的测距误差较大的场景，有效提高定位的精度。
步骤3、计算步骤2中第一、二UWB天线坐标
Figure FDA00037673151800000210
Figure FDA00037673151800000211
间的距离差值并记为：
Figure FDA00037673151800000212
若mk与len的差值|mk-len|大于3a，则视为定位结果不可靠，若|mk-len|小于3a，则视为定位结果可靠。定位结果为第一、二UWB天线的位置结果即
Figure FDA00037673151800000213
步骤4、若步骤3中定位结果视为可靠，将步骤3第一、二UWB天线的位置记录为
Figure FDA0003767315180000031
若步骤3中定位结果视为不可靠，则进一步滤除受非视距影响干扰最大的基站，考虑到步骤2中第一次排除非视距基站后保留的视距基站数目，若进一步滤除受非视距基站后视距基站数目等于3，则利用三边定位算法解算第一、二UWB天线位置，若视距基站数目小于3，则采用双视距基站解算第一、二UWB天线位置；
进一步排除非视距基站后利用三边定位算法解算第一、二UWB天线的位置并记录为：
Figure FDA0003767315180000032
进一步排除非视距基站后采用双视距基站解算第一、二UWB天线的位置，则每个UWB天线将产生两个坐标值，依据标签估计方向可分别得到第一、二UWB天线的唯一坐标值，记录为
Figure FDA0003767315180000033
Figure FDA0003767315180000034
其中，方向角
Figure FDA0003767315180000035
的计算公式如下：
Figure FDA0003767315180000036
其中，
Figure FDA0003767315180000037
中s表示进一步排除非视距基站后的结果；标签方向为第一、二UWB天线坐标连线垂直方向与Y轴正方向的角度偏差。
需要特别说明的是，双视距基站完成定向功能，实现无需其他传感器即可提供朝向信息；双视距基站辅以方向角完成对第一、二UWB天线的位置矫正，可适用于诸如基站丢失导致的定位失败等场景。
步骤5、根据步骤4中
Figure FDA0003767315180000038
求解当前时刻(第k时刻)标签估计位置
Figure FDA0003767315180000039
和方向角
Figure FDA00037673151800000310
标签估计位置为第一、二UWB天线的中心坐标。其中，
Figure FDA00037673151800000311
的计算公式如下：
Figure FDA00037673151800000312
步骤6、构建卡尔曼滤波器，设置卡尔曼滤波器各项参数，将步骤6中
Figure FDA0003767315180000041
进行卡尔曼滤波器处理，求出当前时刻(第k时刻)标签位置方向的最优解并输出，求解后标签位置记录为Tk(xk，yk)，标签方向记录为Ok；将第k时刻顺延至第(k+1)时刻，返回步骤1进行循环，从而得到各个时刻的标签位置和标签方向。
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