CN115802291A - Uwb二维定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种UWB二维定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，其基于极坐标实现二维定位，只需要2个UWB节点（一个UWB基站和一个UWB移动终端），不需要轮询，干扰小，效率高，并且通过双向测距法确定UWB移动终端的极径，相比现有技术中以RSSI信号强度确定距离的方式相比，更加精确，同时，在确定UWB移动终端的极角时，仅基于地磁传感器，不需要在UWB移动终端与基站之间进行信号收发，进一步降低了信号干扰。

Description

UWB二维定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质

技术领域

本发明属于二维定位技术领域，尤其涉及一种UWB二维定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。

背景技术

UWB(Ultra Wide Band，超宽带)信号容易受外界干扰，增加UWB节点后，干扰会成倍增加。而现有的UWB二维定位方法至少需要4个UWB节点（一个UWB基站和三个UWB移动终端，或者三个UWB基站和一个UWB移动终端）做支撑，定位时，需要获取不同UWB移动终端到UWB基站的距离信息或者UWB移动终端到不同UWB基站的距离信息，为了防止相互间的干扰，采用轮询方式进行，由此带来的定位时间会大大增加，定位效率低。

发明内容

基于此，针对上述技术问题，提供一种UWB二维定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。

本发明采用的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种UWB二维定位方法，包括：

S101、以UWB基站为极点，将以所述极点为起点的任一水平线作为极轴，建立二维定位坐标系，确定所述极轴与预设参考水平方向的第一夹角；

S102、获取UWB移动终端在所述二维定位坐标系的极坐标：

通过双向测距法实时确定所述UWB移动终端的极径；

当所述UWB移动终端在以所述极点为起点的初始直线路径上移动时，根据所述第一夹角以及第二夹角确定所述UWB移动终端的极角,所述第二夹角是指UWB移动终端当前所在直线路径与参考水平方向的夹角，该夹角通过地磁传感器确定；

当所述UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径时，记录所述UWB移动终端当前的极坐标，作为所述新直线路径的起点坐标；

当所述UWB移动终端在所述新直线路径上移动时，根据所述UWB移动终端当前的极径、当前新直线路径的起点坐标、第一夹角、第二夹角以及所述UWB移动终端当前位置、当前新直线路径的起点和极点的三角关系确定所述UWB移动终端当前的极角；

S103、根据所述极坐标对所述UWB移动终端进行定位。

作为本发明的第二方面，提供一种UWB二维定位装置，包括：

坐标系建立模块，用于以UWB基站为极点，将以所述极点为起点的任一水平线作为极轴，建立二维定位坐标系，确定所述极轴与预设参考水平方向的第一夹角；

极坐标获取模块，用于获取UWB移动终端在所述二维定位坐标系的极坐标：

通过双向测距法实时确定所述UWB移动终端的极径；

当所述UWB移动终端在以所述极点为起点的初始直线路径上移动时，根据所述第一夹角以及第二夹角确定所述UWB移动终端的极角,所述第二夹角是指UWB移动终端当前所在直线路径与参考水平方向的夹角，该夹角通过地磁传感器确定；

当所述UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径时，记录所述UWB移动终端当前的极坐标，作为所述新直线路径的起点坐标；

当所述UWB移动终端在所述新直线路径上移动时，根据所述UWB移动终端当前的极径、当前新直线路径的起点坐标、第一夹角、第二夹角以及所述UWB移动终端当前位置、当前新直线路径的起点和极点的三角关系确定所述UWB移动终端当前的极角；

定位模块，用于根据所述极坐标对所述UWB移动终端进行定位。

作为本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括存储模块，所述存储模块包括由处理器加载并执行的指令，所述指令在被执行时使所述处理器执行上述第一方面的一种UWB二维定位方法。

作为本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现上述第一方面的一种UWB二维定位方法。

本发明基于极坐标实现二维定位，只需要2个UWB节点（一个UWB基站和一个UWB移动终端），不需要轮询，干扰小，效率高，并且通过双向测距法确定UWB移动终端的极径，相比现有技术中以RSSI信号强度确定距离的方式相比，更加精确，同时，在确定UWB移动终端的极角时，仅基于地磁传感器，不需要在UWB移动终端与基站之间进行信号收发，进一步降低了信号干扰。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：

图1为本发明实施例提供的一种UWB二维定位方法的流程图；

图2为本发明获取UWB移动终端在二维定位坐标系的极坐标的原理图；

图3为本发明实施例提供的一种UWB二维定位装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本发明的实施方式予以说明。需要说明的是，本说明书中所涉及的实施方式不是穷尽的，不代表本发明的唯一实施方式。以下相应的实施例只是为了清楚的说明本发明专利的发明内容，并非对其实施方式的限定。对于该领域的普通技术人员来说，在该实施例说明的基础上还可以做出不同形式的变化和改动，凡是属于本发明的技术构思和发明内容并且显而易见的变化或变动也在本发明的保护范围之内。

本发明实施例提供一种UWB二维定位方法，该方法应用于矿道，矿道的起点设置UWB基站，与UWB基站对应的UWB移动终端以标签的形式由工人佩戴，该UWB移动终端内设有地磁传感器和陀螺仪，工人由矿道的起点开始在矿道内移动，当然，本发明方法也可以应用于地面公路或步行街等等场景，UWB移动终端也可以安装于可移动的设备上。

如图1所示，本发明实施例方法的具体流程如下：

S101、以UWB基站为极点O，将以极点O为起点的任一水平线作为极轴X，建立二维定位坐标系，确定极轴X与预设参考水平方向的第一夹角。

在本实施例中，参考水平方向为正北方向N，第一夹角为90°，参见图2。

S102、获取UWB移动终端在二维定位坐标系的极坐标（极径

，极角

）：

极径：通过双向测距法实时确定，可以采用单边双向测距法或者双边双向测距法。

极角的确定，分两种情形：

1、UWB移动终端在以极点O为起点的初始直线路径上移动，此时，只需根据第一夹角以及第二夹角确定极角，其中，第二夹角是指UWB移动终端当前所在直线路径与参考水平方向的夹角，该夹角通过地磁传感器确定。

如图2所示，UWB移动终端在初始直线路径L0上移动时，极角为第一夹角与第二夹角之差。

2、UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径上移动，对于这种情形，需要先在UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径时，记录UWB移动终端当前的极坐标，作为新直线路径的起点坐标，其中，由于UWB移动终端在原直线路径上移动时，地磁传感器的测量值是不变的，因此，可以实时获取地磁传感器的测量值，若测量值发生变化，则代表UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径；之后，当UWB移动终端在新直线路径上移动时，根据UWB移动终端当前的极径、当前新直线路径的起点坐标、第一夹角、第二夹角以及UWB移动终端当前位置、当前新直线路径的起点和极点的三角关系确定UWB移动终端当前的极角，具体过程如下：

通过公式(1)计算UWB移动终端当前位置与当前新直线路径的起点的距离Dx：

(1)

通过公式(2)计算UWB移动终端当前的极角

：

(2)

其中，

、

代表当前新直线路径的起点的极径和极角，

代表UWB移动终端当前的极径，b代表当前新直线路径与极轴X的夹角，该夹角由第一夹角和当前的第二夹角确定。

如图2所示，UWB移动终端在原直线路径L0上移动至位置1，从位置1偏离至新直线路径L1，新直线路径L1的起点坐标就是UWB移动终端在位置1时的极坐标（

，

），当UWB移动终端在新直线路径L1上移动至位置2时，其极角

可以通过上述公式(1)和(2)计算得到，其中，夹角b为第一夹角与第二夹角之和。

考虑到UWB移动终端可能偏离初始的安装或者佩戴姿态，而导致上述第二夹角不准，本实施例通过陀螺仪实时检测UWB移动终端的水平转动角度，通过水平转动角度实时校准第二夹角，如UWB移动终端向正北方向水平逆时针转动了10度，则校准后的第二角度为原第二角度+10度。

S103、根据极坐标对UWB移动终端进行定位。

由上可知，本实施例方法基于极坐标实现二维定位，只需要2个UWB节点（一个UWB基站和一个UWB移动终端），不需要轮询，干扰小，效率高，并且通过双向测距法确定UWB移动终端的极径，相比现有技术中以RSSI信号强度确定距离的方式相比，更加精确，同时，在确定UWB移动终端的极角时，仅基于地磁传感器，不需要在UWB移动终端与基站之间进行信号收发，进一步降低了信号干扰。

以下将详细描述本发明的一个或多个实施例的UWB二维定位装置。本领域技术人员可以理解，这些定位装置均可使用市售的硬件组件通过本方案所教导的步骤进行配置来构成。图3示出了本发明实施例提供的一种UWB二维定位装置，如图3所示，该检测装置包括坐标系建立模块11、极坐标获取模块12以及定位模块13。

坐标系建立模块11，用于以UWB基站为极点O，将以极点O为起点的任一水平线作为极轴X，建立二维定位坐标系，确定极轴X与预设参考水平方向的第一夹角。

在本实施例中，参考水平方向为正北方向N，第一夹角为90°，参见图2。

极坐标获取模块12，用于获取UWB移动终端在二维定位坐标系的极坐标（极径

，极角

）：

极径：通过双向测距法实时确定，可以采用单边双向测距法或者双边双向测距法。

极角的确定，分两种情形：

1、UWB移动终端在以极点O为起点的初始直线路径上移动，此时，只需根据第一夹角以及第二夹角确定极角，其中，第二夹角是指UWB移动终端当前所在直线路径与参考水平方向的夹角，该夹角通过地磁传感器确定。

如图2所示，UWB移动终端在初始直线路径L0上移动时，极角为第一夹角与第二夹角之差。

2、UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径上移动，对于这种情形，需要先在UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径时，记录UWB移动终端当前的极坐标，作为新直线路径的起点坐标，其中，由于UWB移动终端在原直线路径上移动时，地磁传感器的测量值是不变的，因此，可以实时获取地磁传感器的测量值，若测量值发生变化，则代表UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径；之后，当UWB移动终端在新直线路径上移动时，根据UWB移动终端当前的极径、当前新直线路径的起点坐标、第一夹角、第二夹角以及UWB移动终端当前位置、当前新直线路径的起点和极点的三角关系确定UWB移动终端当前的极角，具体过程如下：

通过公式(1)计算UWB移动终端当前位置与当前新直线路径的起点的距离Dx：

(1)

通过公式(2)计算UWB移动终端当前的极角

：

(2)

其中，

、

代表当前新直线路径的起点的极径和极角，

代表UWB移动终端当前的极径，b代表当前新直线路径与极轴X的夹角，该夹角由第一夹角和当前的第二夹角确定。

如图2所示，UWB移动终端在原直线路径L0上移动至位置1，从位置1偏离至新直线路径L1，新直线路径L1的起点坐标就是UWB移动终端在位置1时的极坐标（

，

），当UWB移动终端在新直线路径L1上移动至位置2时，其极角

可以通过上述公式(1)和(2)计算得到，其中，夹角b为第一夹角与第二夹角之和。

考虑到UWB移动终端可能偏离初始的安装或者佩戴姿态，而导致上述第二夹角不准，本实施例通过陀螺仪实时检测UWB移动终端的水平转动角度，通过水平转动角度实时校准第二夹角，如UWB移动终端向正北方向水平逆时针转动了10度，则校准后的第二角度为原第二角度+10度。

定位模块13，用于根据极坐标对UWB移动终端进行定位。

综上，上述实施例提供的UWB二维定位装置可以执行前述各实施例中提供的UWB二维定位方法。

与上述构思相同，上述图3所示的UWB二维定位装置的结构可实现为一电子设备，图4示出了本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意性框图。

示例性的，电子设备包括存储模块21以及处理器22，存储模块21包括由处理器22加载并执行的指令，指令在被执行时使处理器22执行本说明书上述一种UWB二维定位方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。

应当理解的是，处理器22可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，该处理器22还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本发明实施例中还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，一个或多个程序当被处理器执行时，实现上述一种UWB二维定位方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读存储介质上，计算机可读存储介质可以包括计算机可读存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。

如本领域普通技术人员公知的，术语计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其它的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其它传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

示例性的，计算机可读存储介质可以是前述实施例的电子设备的内部存储单元，例如电子设备的硬盘或内存。计算机可读存储介质也可以是电子设备的外部存储设备，例如电子设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。

前述各实施例提供的电子设备和计算机可读存储介质，基于极坐标实现二维定位，只需要2个UWB节点（一个UWB基站和一个UWB移动终端），不需要轮询，干扰小，效率高，并且通过双向测距法确定UWB移动终端的极径，相比现有技术中以RSSI信号强度确定距离的方式相比，更加精确，同时，在确定UWB移动终端的极角时，仅基于地磁传感器，不需要在UWB移动终端与基站之间进行信号收发，进一步降低了信号干扰。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种UWB二维定位方法，其特征在于，包括：

S101、以UWB基站为极点，将以所述极点为起点的任一水平线作为极轴，建立二维定位坐标系，确定所述极轴与预设参考水平方向的第一夹角；

S102、获取UWB移动终端在所述二维定位坐标系的极坐标：

通过双向测距法实时确定所述UWB移动终端的极径；

当所述UWB移动终端在以所述极点为起点的初始直线路径上移动时，根据所述第一夹角以及第二夹角确定所述UWB移动终端的极角,所述第二夹角是指UWB移动终端当前所在直线路径与参考水平方向的夹角，该夹角通过地磁传感器确定；

当所述UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径时，记录所述UWB移动终端当前的极坐标，作为所述新直线路径的起点坐标；

当所述UWB移动终端在所述新直线路径上移动时，根据所述UWB移动终端当前的极径、当前新直线路径的起点坐标、第一夹角、第二夹角以及所述UWB移动终端当前位置、当前新直线路径的起点和极点的三角关系确定所述UWB移动终端当前的极角；

S103、根据所述极坐标对所述UWB移动终端进行定位。

2.根据权利要求1所述的一种UWB二维定位方法，其特征在于，所述根据所述UWB移动终端当前位置的极径、当前新直线路径的起点坐标、第二夹角以及所述UWB移动终端当前位置、当前新直线路径的起点和极点的三角关系确定所述UWB移动终端当前的极角，进一步包括：

通过公式(1)计算所述UWB移动终端当前位置与当前新直线路径的起点的距离Dx：

(1)

通过公式(2)计算所述UWB移动终端当前的极角

：

(2)

其中，

、

代表当前新直线路径的起点的极径和极角，

代表所述UWB移动终端当前的极径，b代表当前新直线路径与极轴的夹角，该夹角由第一夹角和当前的第二夹角确定。

3.根据权利要求2所述的一种UWB二维定位方法，其特征在于，还包括：

通过所述UWB移动终端的陀螺仪实时检测所述UWB移动终端的水平转动角度，通过所述水平转动角度实时校准所述第二夹角。

4.根据权利要求3所述的一种UWB二维定位方法，其特征在于，还包括：

实时获取所述地磁传感器的测量值，若所述测量值发生变化，则代表所述UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径。

5.根据权利要求4所述的一种UWB二维定位方法，其特征在于，所述参考水平方向为正北方向，所述第一夹角为90°。

6.根据权利要求5所述的一种UWB二维定位方法，其特征在于，所述双向测距法为单边双向测距法或者双边双向测距法。

7.一种UWB二维定位装置，其特征在于，包括：

坐标系建立模块，用于以UWB基站为极点，将以所述极点为起点的任一水平线作为极轴，建立二维定位坐标系，确定所述极轴与预设参考水平方向的第一夹角；

极坐标获取模块，用于获取UWB移动终端在所述二维定位坐标系的极坐标：

通过双向测距法实时确定所述UWB移动终端的极径；

当所述UWB移动终端在以所述极点为起点的初始直线路径上移动时，根据所述第一夹角以及第二夹角确定所述UWB移动终端的极角,所述第二夹角是指UWB移动终端当前所在直线路径与参考水平方向的夹角，该夹角通过地磁传感器确定；

当所述UWB移动终端从原直线路径偏离至新直线路径时，记录所述UWB移动终端当前的极坐标，作为所述新直线路径的起点坐标；

当所述UWB移动终端在所述新直线路径上移动时，根据所述UWB移动终端当前的极径、当前新直线路径的起点坐标、第一夹角、第二夹角以及所述UWB移动终端当前位置、当前新直线路径的起点和极点的三角关系确定所述UWB移动终端当前的极角；

定位模块，用于根据所述极坐标对所述UWB移动终端进行定位。

8.一种电子设备，其特征在于，包括存储模块，所述存储模块包括由处理器加载并执行的指令，所述指令在被执行时使所述处理器执行根据权利要求1-6任一项所述的一种UWB二维定位方法。

9.一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，其特征在于，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现权利要求1-6任一项所述的一种UWB二维定位方法。

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