CN116413655A - 一种uwb-aoa安装角度校准方法和系统 - Google Patents

一种uwb-aoa安装角度校准方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种UWB‑AOA安装角度校准方法和系统，其中方法包括根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角；对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角；将正常的第二水平角和第二俯仰角分别取均值，分别得到第二水平角均值和第二俯仰角均值；计算第二水平角均值和第二俯仰角均值分别与第一水平角和第一俯仰角的差值，分别得到水平角校准值和俯仰角校准值。本发明对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，计算出基站坐标系与大地坐标系之间的旋转偏差，提高UWB‑AOA基站安装角度的精度。

Description

一种UWB-AOA安装角度校准方法和系统
技术领域
本发明属于超宽带定位技术领域，尤其涉及一种UWB-AOA安装角度校准方法和系统。
背景技术
位置服务(LocationBased Services，LBS)产业发展迅猛，高精度位置信息是提供高质量位置服务的基础。传统卫星定位系统，如全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)、北斗定位系统，在室外空旷环境拥有较高的定位精度，但是，受制于信号强度，卫星定位信号很容易受到遮挡或干扰，导致卫星定位系统在城市、峡谷及室内环境定位不准甚至无法定位。
超宽带(Ultra-Wide Band，UWB)技术具有脉冲时间短、穿透性强、抗干扰能力强等特点，被广泛运用在室内定位领域。基于飞行时间(Time ofFlight，TOF)、到达时间差(TimeDifference ofArrival，TDOA)、到达角(Angle ofArrival，AOA)等信息可以计算出人/物的位置信息，从而为业务平台提供基础的定位数据。UWB-AOA技术相比于UWB-TOF或者UWB-TDOA，其优点在于单基站支持三维定位，节约硬件成本。
然而，如图1所示，UWB-AOA基站提供的标签的角度信息是基于当前基站坐标系，基站在实际安装过程中，与地图坐标系(大地坐标系)存在固定的偏差，在实际计算过程种需要将基站坐标系转化为地图坐标系(大地坐标系)，这样才能得到最后的点位。因此，如何准确地计算出基站坐标系与大地坐标系之间的旋转偏差是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种UWB-AOA安装角度校准方法和系统。
第一方面，本发明提供一种UWB-AOA安装角度校准方法，包括：
获取大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标；
根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角；
获取基站坐标系下基站确定的多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角；
对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角；
将正常的第二水平角和第二俯仰角分别取均值，分别得到第二水平角均值和第二俯仰角均值；
计算第二水平角均值和第二俯仰角均值分别与第一水平角和第一俯仰角的差值，分别得到水平角校准值和俯仰角校准值。
进一步地，所述根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角，包括：
根据以下公式计算校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角：
Figure BDA0004176337290000021
其中，α1为校准标签相对于基站的第一水平角；β1为校准标签相对于基站的第一俯仰角；x为校准标签在大地坐标系的x轴上的坐标值；y为校准标签在大地坐标系的y轴上的坐标值；z为校准标签在大地坐标系的z轴上的坐标值；xanchor为基站在大地坐标系的x轴上的坐标值；yanchor为基站在大地坐标系的y轴上的坐标值；zanchor为基站在大地坐标系的z轴上的坐标值；Δx为校准标签与基站在大地坐标系的x轴上的坐标值差值；Δy为校准标签与基站在大地坐标系的y轴上的坐标值差值；Δz为校准标签与基站在大地坐标系的z轴上的坐标值差值。
进一步地，所述对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角，包括：
构造状态方程：
Figure BDA0004176337290000022
其中，
Figure BDA0004176337290000023
为k时刻的角度预测值；Xk-1为k-1时刻的角度值；Fk-1为状态转移矩阵，取值为1；Pk,k-1为k-1时刻的角度预测方差；Pk-1为k-1时刻的角度方差；Q为状态噪声矩阵；T为矩阵的转置；
构造观测方程：
Figure BDA0004176337290000024
其中，H为观测矩阵，取值为1；Zk/k-1为模型预测值；
根据以下公式计算角度残差和统计量：
Figure BDA0004176337290000031
其中，dk为每次计算的角度测量值与预测值的残差；Dk为残差统计量；Zk为角度测量值；R为观测噪声矩阵；
判断残差统计量是否超过统计量阈值；
如果是，则确定测量角度为异常值，角度输出值为当前时刻的前一时刻的角度输出值；
如果否，则根据以下公式进行角度更新：
Figure BDA0004176337290000032
其中，Kk为增益矩阵；Pk为k时刻的角度方差；I为单位矩阵，取值为1。
进一步地，第一方面还包括：检验水平角校准值和俯仰角校准值；所述检验水平角校准值和俯仰角校准值，包括：
获取大地坐标系下检验标签放置在除校准标签坐标之外的点位的坐标；
根据检验标签的坐标和基站坐标确定检验标签相对于基站的第三水平角和第三俯仰角；
判断正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值是否均小于等于预设角度；
如果是，则确定水平角校准值和俯仰角校准值有效；
如果否，则确定水平角校准值和俯仰角校准值无效。
第二方面，本发明提供一种种UWB-AOA安装角度校准系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标；
确定模块，用于根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角；
第二获取模块，用于获取基站坐标系下基站确定的多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角；
异常值处理模块，用于对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角；
取均值模块，用于将正常的第二水平角和第二俯仰角分别取均值，分别得到第二水平角均值和第二俯仰角均值；
计算模块，用于计算第二水平角均值和第二俯仰角均值分别与第一水平角和第一俯仰角的差值，分别得到水平角校准值和俯仰角校准值。
进一步地，所述确定模块包括：
第一计算单元，用于根据以下公式计算校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角：
Figure BDA0004176337290000041
其中，α1为校准标签相对于基站的第一水平角；β1为校准标签相对于基站的第一俯仰角；x为校准标签在大地坐标系的x轴上的坐标值；y为校准标签在大地坐标系的y轴上的坐标值；z为校准标签在大地坐标系的z轴上的坐标值；xanchor为基站在大地坐标系的x轴上的坐标值；yanchor为基站在大地坐标系的y轴上的坐标值；zanchor为基站在大地坐标系的z轴上的坐标值；Δx为校准标签与基站在大地坐标系的x轴上的坐标值差值；Δy为校准标签与基站在大地坐标系的y轴上的坐标值差值；Δz为校准标签与基站在大地坐标系的z轴上的坐标值差值。
进一步地，所述异常值处理模块包括：
第一构造单元，用于构造状态方程：
Figure BDA0004176337290000042
其中，
Figure BDA0004176337290000043
为k时刻的角度预测值；Xk-1为k-1时刻的角度值；Fk-1为状态转移矩阵，取值为1；Pk,k-1为k-1时刻的角度预测方差；Pk-1为k-1时刻的角度方差；Q为状态噪声矩阵；T为矩阵的转置；
第二构造单元，用于构造观测方程：
Figure BDA0004176337290000044
其中，H为观测矩阵，取值为1；Zk/k-1为模型预测值；
第二计算单元，用于根据以下公式计算角度残差和统计量：
Figure BDA0004176337290000051
其中，dk为每次计算的角度测量值与预测值的残差；Dk为残差统计量；Zk为角度测量值；R为观测噪声矩阵；
第一判断单元，用于判断残差统计量是否超过统计量阈值；
第一确定单元，用于在第一判断单元确定残差统计量超过统计量阈值的情况下，确定测量角度为异常值，角度输出值为当前时刻的前一时刻的角度输出值；
角度更新单元，用于在第一判断单元确定残差统计量不超过统计量阈值的情况下，根据以下公式进行角度更新：
Figure BDA0004176337290000052
其中，Kk为增益矩阵；Pk为k时刻的角度方差；I为单位矩阵，取值为1。
进一步地，还包括校准值检验模块；所述校准值检验模块包括：
第一获取单元，用于获取大地坐标系下检验标签放置在除校准标签坐标之外的点位的坐标；
第二确定单元，用于根据检验标签的坐标和基站坐标确定检验标签相对于基站的第三水平角和第三俯仰角；
第二判断单元，用于判断正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值是否均小于等于预设角度；
第二确定单元，用于在第二判断单元确定正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值均小于等于预设角度的情况下，确定水平角校准值和俯仰角校准值有效；
第三确定单元，用于在第二判断单元确定正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值不均小于等于预设角度的情况下，确定水平角校准值和俯仰角校准值无效。
本发明提供一种UWB-AOA安装角度校准方法和系统，其中方法包括获取大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标；根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角；获取基站坐标系下基站确定的多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角；对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角；将正常的第二水平角和第二俯仰角分别取均值，分别得到第二水平角均值和第二俯仰角均值；计算第二水平角均值和第二俯仰角均值分别与第一水平角和第一俯仰角的差值，分别得到水平角校准值和俯仰角校准值。本发明通过对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，能够准确地计算出基站坐标系与大地坐标系之间的旋转偏差，以提高UWB-AOA基站安装角度的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基站坐标系与大地坐标系之间存在旋转偏差的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种UWB-AOA安装角度校准方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的基站定位示意图；
图4为本发明实施例提供的角度异常值剔除前后对比图；
图5为本发明实施例提供的一种UWB-AOA安装角度校准系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
如图2所示，本发明实施例提供一种UWB-AOA安装角度校准方法，包括：
步骤101，获取大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标。
步骤102，根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角。
示例性地，根据以下公式计算校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角：
Figure BDA0004176337290000071
其中，α1为校准标签相对于基站的第一水平角；β1为校准标签相对于基站的第一俯仰角；x为校准标签在大地坐标系的x轴上的坐标值；y为校准标签在大地坐标系的y轴上的坐标值；z为校准标签在大地坐标系的z轴上的坐标值；xanchor为基站在大地坐标系的x轴上的坐标值；yanchor为基站在大地坐标系的y轴上的坐标值；zanchor为基站在大地坐标系的z轴上的坐标值；Δx为校准标签与基站在大地坐标系的x轴上的坐标值差值；Δy为校准标签与基站在大地坐标系的y轴上的坐标值差值；Δz为校准标签与基站在大地坐标系的z轴上的坐标值差值。
步骤103，获取基站坐标系下基站确定的多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角。
如图3所示，基站能够测得基站坐标系下基站与校准标签的距离，根据以下公式能够得到校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角：
Figure BDA0004176337290000072
其中，α2为校准标签相对于基站的第二水平角；β2为校准标签相对于基站的第二俯仰角；xtag为校准标签在基站坐标系的x轴上的坐标值；ytag校准标签在基站坐标系的y轴上的坐标值；ztag为校准标签在基站坐标系的z轴上的坐标值；d为基站坐标系下基站与校准标签的距离；xanchor0为基站在基站坐标系的x轴上的坐标值；yanchor0为基站在基站坐标系的y轴上的坐标值；zanchor0为基站在基站坐标系的z轴上的坐标值。
步骤104，对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角。
示例性地，构造状态方程：
Figure BDA0004176337290000081
其中，
Figure BDA0004176337290000082
为k时刻的角度预测值；Xk-1为k-1时刻的角度值；Fk-1为状态转移矩阵，取值为1；Pk,k-1为k-1时刻的角度预测方差；Pk-1为k-1时刻的角度方差；Q为状态噪声矩阵；T为矩阵的转置。
构造观测方程：
Figure BDA0004176337290000083
其中，H为观测矩阵，取值为1；Zk/k-1为模型预测值；
根据以下公式计算角度残差和统计量：
Figure BDA0004176337290000084
其中，dk为每次计算的角度测量值与预测值的残差；Dk为残差统计量；Zk为角度测量值；R为观测噪声矩阵。
判断残差统计量是否超过统计量阈值。
如果是，则确定测量角度为异常值，角度输出值为当前时刻的前一时刻的角度输出值。
如果否，则根据以下公式进行角度更新：
Figure BDA0004176337290000085
其中，Kk为增益矩阵；Pk为k时刻的角度方差；I为单位矩阵，取值为1。如图4所示，为经过步骤104角度异常值处理前后的角度对比图。
步骤105，将正常的第二水平角和第二俯仰角分别取均值，分别得到第二水平角均值和第二俯仰角均值。
步骤106，计算第二水平角均值和第二俯仰角均值分别与第一水平角和第一俯仰角的差值，分别得到水平角校准值和俯仰角校准值。
示例性地，本发明实施例还包括检验水平角校准值和俯仰角校准值；检验水平角校准值和俯仰角校准值，包括：
获取大地坐标系下检验标签放置在除校准标签坐标之外的点位的坐标。
根据检验标签的坐标和基站坐标确定检验标签相对于基站的第三水平角和第三俯仰角。
判断正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值是否均小于等于预设角度。
如果是，则确定水平角校准值和俯仰角校准值有效。
如果否，则确定水平角校准值和俯仰角校准值无效。
本发明实施例中，通过对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，能够准确地计算出基站坐标系与大地坐标系之间的旋转偏差，以提高UWB-AOA基站安装角度的精度。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种UWB-AOA安装角度校准系统，由于该系统解决问题的原理与UWB-AOA安装角度校准方法相似，因此该系统的实施可以参见UWB-AOA安装角度校准方法的实施，重复之处不再赘述。
在另一实施例中，本发明实施例提供的UWB-AOA安装角度校准系统，如图5所示，包括：
第一获取模块10，用于获取大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标。
确定模块20，用于根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角。
第二获取模块30，用于获取基站坐标系下基站确定的多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角。
异常值处理模块40，用于对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角。
取均值模块50，用于将正常的第二水平角和第二俯仰角分别取均值，分别得到第二水平角均值和第二俯仰角均值。
计算模块60，用于计算第二水平角均值和第二俯仰角均值分别与第一水平角和第一俯仰角的差值，分别得到水平角校准值和俯仰角校准值。
示例性地，所述确定模块包括：
第一计算单元，用于根据以下公式计算校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角：
Figure BDA0004176337290000101
其中，α1为校准标签相对于基站的第一水平角；β1为校准标签相对于基站的第一俯仰角；x为校准标签在大地坐标系的x轴上的坐标值；y为校准标签在大地坐标系的y轴上的坐标值；z为校准标签在大地坐标系的z轴上的坐标值；xanchor为基站在大地坐标系的x轴上的坐标值；yanchor为基站在大地坐标系的y轴上的坐标值；zanchor为基站在大地坐标系的z轴上的坐标值；Δx为校准标签与基站在大地坐标系的x轴上的坐标值差值；Δy为校准标签与基站在大地坐标系的y轴上的坐标值差值；Δz为校准标签与基站在大地坐标系的z轴上的坐标值差值。
示例性地，所述异常值处理模块包括：
第一构造单元，用于构造状态方程：
Figure BDA0004176337290000102
其中，
Figure BDA0004176337290000103
为k时刻的角度预测值；Xk-1为k-1时刻的角度值；Fk-1为状态转移矩阵，取值为1；Pk,k-1为k-1时刻的角度预测方差；Pk-1为k-1时刻的角度方差；Q为状态噪声矩阵；T为矩阵的转置。
第二构造单元，用于构造观测方程：
Figure BDA0004176337290000104
其中，H为观测矩阵，取值为1；Zk/k-1为模型预测值。
第二计算单元，用于根据以下公式计算角度残差和统计量：
Figure BDA0004176337290000105
其中，dk为每次计算的角度测量值与预测值的残差；Dk为残差统计量；Zk为角度测量值；R为观测噪声矩阵。
第一判断单元，用于判断残差统计量是否超过统计量阈值。
第一确定单元，用于在第一判断单元确定残差统计量超过统计量阈值的情况下，确定测量角度为异常值，角度输出值为当前时刻的前一时刻的角度输出值。
角度更新单元，用于在第一判断单元确定残差统计量不超过统计量阈值的情况下，根据以下公式进行角度更新：
Figure BDA0004176337290000111
其中，Kk为增益矩阵；Pk为k时刻的角度方差；I为单位矩阵，取值为1。
示例性地，本发明实施例还包括校准值检验模块；所述校准值检验模块包括：
第一获取单元，用于获取大地坐标系下检验标签放置在除校准标签坐标之外的点位的坐标。
第二确定单元，用于根据检验标签的坐标和基站坐标确定检验标签相对于基站的第三水平角和第三俯仰角。
第二判断单元，用于判断正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值是否均小于等于预设角度。
第二确定单元，用于在第二判断单元确定正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值均小于等于预设角度的情况下，确定水平角校准值和俯仰角校准值有效。
第三确定单元，用于在第二判断单元确定正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值不均小于等于预设角度的情况下，确定水平角校准值和俯仰角校准值无效。
关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。
在另一实施例中，本发明提供一种计算机设备，包括处理器和存储器；其中，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现上述UWB-AOA安装角度校准方法的步骤。
关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
在另一实施例中，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；计算机程序被处理器执行时实现上述UWB-AOA安装角度校准方法的步骤。
关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统、设备和存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种UWB-AOA安装角度校准方法，其特征在于，包括：
获取大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标；
根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角；
获取基站坐标系下基站确定的多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角；
对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角；
将正常的第二水平角和第二俯仰角分别取均值，分别得到第二水平角均值和第二俯仰角均值；
计算第二水平角均值和第二俯仰角均值分别与第一水平角和第一俯仰角的差值，分别得到水平角校准值和俯仰角校准值。
2.根据权利要求1所述的UWB-AOA安装角度校准方法，其特征在于，所述根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角，包括：
根据以下公式计算校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角：
Figure FDA0004176337270000011
其中，α1为校准标签相对于基站的第一水平角；β1为校准标签相对于基站的第一俯仰角；x为校准标签在大地坐标系的x轴上的坐标值；y为校准标签在大地坐标系的y轴上的坐标值；z为校准标签在大地坐标系的z轴上的坐标值；xanchor为基站在大地坐标系的x轴上的坐标值；yanchor为基站在大地坐标系的y轴上的坐标值；zanchor为基站在大地坐标系的z轴上的坐标值；Δx为校准标签与基站在大地坐标系的x轴上的坐标值差值；Δy为校准标签与基站在大地坐标系的y轴上的坐标值差值；Δz为校准标签与基站在大地坐标系的z轴上的坐标值差值。
3.根据权利要求1所述的UWB-AOA安装角度校准方法，其特征在于，所述对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角，包括：
构造状态方程：
Figure FDA0004176337270000021
其中，
Figure FDA0004176337270000022
为k时刻的角度预测值；Xk-1为k-1时刻的角度值；Fk-1为状态转移矩阵，取值为1；Pk,k-1为k-1时刻的角度预测方差；Pk-1为k-1时刻的角度方差；Q为状态噪声矩阵；T为矩阵的转置；
构造观测方程：
Figure FDA0004176337270000023
其中，H为观测矩阵，取值为1；Zk/k-1为模型预测值；
根据以下公式计算角度残差和统计量：
Figure FDA0004176337270000024
其中，dk为每次计算的角度测量值与预测值的残差；Dk为残差统计量；Zk为角度测量值；R为观测噪声矩阵；
判断残差统计量是否超过统计量阈值；
如果是，则确定测量角度为异常值，角度输出值为当前时刻的前一时刻的角度输出值；
如果否，则根据以下公式进行角度更新：
Figure FDA0004176337270000025
其中，Kk为增益矩阵；Pk为k时刻的角度方差；I为单位矩阵，取值为1。
4.根据权利要求1所述的UWB-AOA安装角度校准方法，其特征在于，还包括：检验水平角校准值和俯仰角校准值；所述检验水平角校准值和俯仰角校准值，包括：
获取大地坐标系下检验标签放置在除校准标签坐标之外的点位的坐标；
根据检验标签的坐标和基站坐标确定检验标签相对于基站的第三水平角和第三俯仰角；
判断正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值是否均小于等于预设角度；
如果是，则确定水平角校准值和俯仰角校准值有效；
如果否，则确定水平角校准值和俯仰角校准值无效。
5.一种UWB-AOA安装角度校准系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标；
确定模块，用于根据大地坐标系下的校准标签坐标和基站坐标确定校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角；
第二获取模块，用于获取基站坐标系下基站确定的多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角；
异常值处理模块，用于对多组校准标签相对于基站的第二水平角和第二俯仰角进行异常值处理，得到正常的第二水平角和第二俯仰角；
取均值模块，用于将正常的第二水平角和第二俯仰角分别取均值，分别得到第二水平角均值和第二俯仰角均值；
计算模块，用于计算第二水平角均值和第二俯仰角均值分别与第一水平角和第一俯仰角的差值，分别得到水平角校准值和俯仰角校准值。
6.根据权利要求5所述的UWB-AOA安装角度校准系统，其特征在于，所述确定模块包括：
第一计算单元，用于根据以下公式计算校准标签相对于基站的第一水平角和第一俯仰角：
Figure FDA0004176337270000031
其中，α1为校准标签相对于基站的第一水平角；β1为校准标签相对于基站的第一俯仰角；x为校准标签在大地坐标系的x轴上的坐标值；y为校准标签在大地坐标系的y轴上的坐标值；z为校准标签在大地坐标系的z轴上的坐标值；xanchor为基站在大地坐标系的x轴上的坐标值；yanchor为基站在大地坐标系的y轴上的坐标值；zanchor为基站在大地坐标系的z轴上的坐标值；Δx为校准标签与基站在大地坐标系的x轴上的坐标值差值；Δy为校准标签与基站在大地坐标系的y轴上的坐标值差值；Δz为校准标签与基站在大地坐标系的z轴上的坐标值差值。
7.根据权利要求5所述的UWB-AOA安装角度校准系统，其特征在于，所述异常值处理模块包括：
第一构造单元，用于构造状态方程：
Figure FDA0004176337270000041
其中，
Figure FDA0004176337270000042
为k时刻的角度预测值；Xk-1为k-1时刻的角度值；Fk-1为状态转移矩阵，取值为1；Pk,k-1为k-1时刻的角度预测方差；Pk-1为k-1时刻的角度方差；Q为状态噪声矩阵；T为矩阵的转置；
第二构造单元，用于构造观测方程：
Figure FDA0004176337270000043
其中，H为观测矩阵，取值为1；Zk/k-1为模型预测值；
第二计算单元，用于根据以下公式计算角度残差和统计量：
Figure FDA0004176337270000044
其中，dk为每次计算的角度测量值与预测值的残差；Dk为残差统计量；Zk为角度测量值；R为观测噪声矩阵；
第一判断单元，用于判断残差统计量是否超过统计量阈值；
第一确定单元，用于在第一判断单元确定残差统计量超过统计量阈值的情况下，确定测量角度为异常值，角度输出值为当前时刻的前一时刻的角度输出值；
角度更新单元，用于在第一判断单元确定残差统计量不超过统计量阈值的情况下，根据以下公式进行角度更新：
Figure FDA0004176337270000051
其中，Kk为增益矩阵；Pk为k时刻的角度方差；I为单位矩阵，取值为1。
8.根据权利要求5所述的UWB-AOA安装角度校准系统，其特征在于，还包括校准值检验模块；所述校准值检验模块包括：
第一获取单元，用于获取大地坐标系下检验标签放置在除校准标签坐标之外的点位的坐标；
第二确定单元，用于根据检验标签的坐标和基站坐标确定检验标签相对于基站的第三水平角和第三俯仰角；
第二判断单元，用于判断正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值是否均小于等于预设角度；
第二确定单元，用于在第二判断单元确定正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值均小于等于预设角度的情况下，确定水平角校准值和俯仰角校准值有效；
第三确定单元，用于在第二判断单元确定正常的第二水平角和第二俯仰角分别与第三水平角和第三俯仰角的差值不均小于等于预设角度的情况下，确定水平角校准值和俯仰角校准值无效。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117713955A (zh) * 2023-11-29 2024-03-15 广东辰奕智能科技股份有限公司 Uwb产品的校准方法、装置、设备及存储介质

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