本技術(shù)屬于室內(nèi)定位，尤其涉及一種基于uwb的室內(nèi)定位方法及相關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、室內(nèi)定位技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)、商場(chǎng)導(dǎo)航、物流管理、智能家居、安防監(jiān)控等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前主要使用的室內(nèi)定位技術(shù)有：wifi定位、藍(lán)牙定位、射頻識(shí)別(rfid，radio-frequency?identification)定位、超聲波定位、光學(xué)定位、慣性導(dǎo)航、超寬帶(uwb，ultrawide?band)定位等。

2、以上羅列的幾種室內(nèi)定位技術(shù)的技術(shù)原理及優(yōu)缺點(diǎn)為：

3、wifi定位：利用wifi信號(hào)的強(qiáng)度和信號(hào)傳輸時(shí)間來(lái)確定設(shè)備在室內(nèi)的位置。通過(guò)手機(jī)或其他設(shè)備掃描周?chē)膚ifi信號(hào)，可以確定設(shè)備相對(duì)于wifi路由器的位置。其特點(diǎn)是無(wú)需額外的硬件設(shè)備，利用已有的wifi基礎(chǔ)設(shè)施即可實(shí)現(xiàn)定位，成本較低；但容易受到信號(hào)干擾和建筑物結(jié)構(gòu)影響，定位精度低。

4、藍(lán)牙定位：利用藍(lán)牙信號(hào)的強(qiáng)度和傳輸時(shí)間來(lái)確定設(shè)備在室內(nèi)的位置。藍(lán)牙信標(biāo)可以被放置在建筑物內(nèi)不同的位置，通過(guò)檢測(cè)設(shè)備與信標(biāo)之間的距離和信號(hào)強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。其特點(diǎn)是定位精度相對(duì)較高，低功耗，適合移動(dòng)設(shè)備；但需要額外的藍(lán)牙信標(biāo)設(shè)備部署，信號(hào)傳輸距離有限，不適用于大范圍室內(nèi)定位。

5、rfid定位：利用射頻識(shí)別技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，通過(guò)在物體或者個(gè)體上植入rfid標(biāo)簽，可以通過(guò)讀取標(biāo)簽的信息來(lái)確定其位置。其特點(diǎn)是具有獨(dú)特的標(biāo)識(shí)、可長(zhǎng)距離識(shí)別、不受環(huán)境影響、可以實(shí)時(shí)監(jiān)控；但需要在物體上植入rfid標(biāo)簽，成本較高，且只適合特定的場(chǎng)景。

6、超聲波定位：利用超聲波傳感器在建筑物內(nèi)部發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，通過(guò)計(jì)算信號(hào)的傳播時(shí)間來(lái)確定設(shè)備的位置。其特點(diǎn)是定位精度較高，適用于需要高精度定位的場(chǎng)景，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位；但受到環(huán)境噪聲和多徑效應(yīng)的影響，抗干擾能力弱，需要部署大量的超聲波傳感器。

7、光學(xué)定位：利用攝像頭和圖像處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，通過(guò)識(shí)別建筑物內(nèi)的標(biāo)志物或者特征點(diǎn)，來(lái)確定設(shè)備的位置。其特點(diǎn)是可以提高非常高的定位精度，特別適用于需要視覺(jué)信息的場(chǎng)景，可以結(jié)合圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和定位；受到光照條件和遮擋的影響，需要相對(duì)復(fù)雜的設(shè)備和算法支持，不適用于無(wú)光或低光環(huán)境。

8、慣性導(dǎo)航：利用加速度計(jì)、陀螺儀等傳感器來(lái)檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航，不受外部環(huán)境的影響，適用于需要快速響應(yīng)和高精度定位的場(chǎng)景；但存在誤差累積問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間使用可能導(dǎo)致定位偏差，需要定期校準(zhǔn)和更新參數(shù)，不適用于長(zhǎng)時(shí)間靜止?fàn)顟B(tài)下的定位。

9、uwb定位：uwb技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，通過(guò)在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)射大量低功率的脈沖信號(hào)，測(cè)量信號(hào)的傳播時(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定設(shè)備的位置，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)別的定位精度(大部分uwb傳感器的精度在10～30cm左右)。其特點(diǎn)是定位精度非常高，可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)別的定位精度，抗干擾能力強(qiáng)；但需要部署專(zhuān)用的uwb基站，且在靜態(tài)的情況下會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)抖動(dòng)的情況。

10、相對(duì)于其它的高精度室內(nèi)定位技術(shù)來(lái)說(shuō)，uwb定位的價(jià)格更低，但是典型定位精度只能達(dá)到10～30cm左右，特別是在靜態(tài)條件下，uwb的定位數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的數(shù)據(jù)抖動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種基于uwb的室內(nèi)定位方法及相關(guān)設(shè)備，可以減少u(mài)wb定位數(shù)據(jù)存在的數(shù)據(jù)抖動(dòng)誤差，提高定位的準(zhǔn)確性。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種基于uwb的室內(nèi)定位方法，包括：

3、采集目標(biāo)在多個(gè)歷史時(shí)刻的歷史uwb數(shù)據(jù)，并根據(jù)歷史uwb數(shù)據(jù)計(jì)算目標(biāo)的位置抖動(dòng)指數(shù)；

4、采集目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)時(shí)uwb數(shù)據(jù)，利用無(wú)跡卡爾曼濾波對(duì)實(shí)時(shí)uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，得到濾波后的uwb數(shù)據(jù)；

5、利用指數(shù)平滑算法對(duì)濾波后的uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，得到平滑后的uwb數(shù)據(jù)；

6、利用三次樣條插值算法對(duì)平滑后的uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到插值后的uwb數(shù)據(jù)；

7、根據(jù)目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的速度和位置抖動(dòng)指數(shù)，對(duì)插值后的uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到校正后的uwb數(shù)據(jù)。

8、可選的，位置抖動(dòng)指數(shù)的計(jì)算公式為：

9、

10、其中，mad表示位置抖動(dòng)指數(shù)，n表示歷史時(shí)刻的總數(shù)量，i表示第i個(gè)歷史時(shí)刻，j表示第j個(gè)歷史時(shí)刻，xi表示第i個(gè)歷史時(shí)刻的歷史uwb數(shù)據(jù)，xj表示第j個(gè)歷史時(shí)刻的歷史uwb數(shù)據(jù)，i,j＝1,2,...,n，i≠j。

11、可選的，利用無(wú)跡卡爾曼濾波對(duì)實(shí)時(shí)uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，得到濾波后的uwb數(shù)據(jù)，包括：

12、構(gòu)建目標(biāo)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型；狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型的表達(dá)式為：xk＝f(xk-1,μk-1,wk-1)，其中，xk表示目標(biāo)在時(shí)間步k的狀態(tài)向量，xk-1表示目標(biāo)在時(shí)間步k-1的狀態(tài)向量，μk-1表示目標(biāo)在時(shí)間步k-1的uwb數(shù)據(jù)，wk-1表示μk-1的噪聲，時(shí)間步k為當(dāng)前時(shí)刻，時(shí)間步k-1為所述當(dāng)前時(shí)刻的前一時(shí)刻；

13、通過(guò)計(jì)算公式pk＝fpk-1ft+q，得到目標(biāo)在時(shí)間步k的協(xié)方差矩陣pk；其中，f表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，q表示過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣，pk-1表示目標(biāo)在時(shí)間步k-1的協(xié)方差矩陣；

14、通過(guò)計(jì)算公式

15、k＝pkht(hpkht+r)-1

16、x'k＝xk+k(zk-hxk)

17、pk＝(i-kh)pk

18、得到濾波后的uwb數(shù)據(jù)x'k；其中，h表示觀測(cè)矩陣，r表示測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣，zk表示觀測(cè)向量，zk＝h(xk,vk)，vk表示觀測(cè)噪聲，h()表示觀測(cè)模型，i表示單位矩陣。

19、可選的，利用指數(shù)平滑算法對(duì)濾波后的uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，得到平滑后的uwb數(shù)據(jù)，包括：

20、通過(guò)計(jì)算公式st＝ax'k+(1-α)st-1，得到平滑后的uwb數(shù)據(jù)st，t表示當(dāng)前時(shí)刻，st-1表示目標(biāo)在t-1時(shí)刻的uwb數(shù)據(jù)；其中，a表示平滑系數(shù)，α∈[0,1]。

21、可選的，利用三次樣條插值算法對(duì)平滑后的uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到插值后的uwb數(shù)據(jù)，包括：

22、通過(guò)計(jì)算公式ht＝st+1-st，得到目標(biāo)在時(shí)刻t+1的位置st+1與目標(biāo)在時(shí)刻t的位置st之間的距離ht；

23、構(gòu)建三次樣條多項(xiàng)式：st(xt)＝at+bt(x-xt)+ct(x-xt)2+dt(x-xt)3；

24、利用距離ht求解三次樣條多項(xiàng)式的系數(shù)at,bt,ct,dt；

25、將求解得到的系數(shù)at,bt,ct,dt代入三次樣條多項(xiàng)式，得到插值后的uwb數(shù)據(jù)在t時(shí)刻到t+1時(shí)刻的曲線(xiàn)的方程，并根據(jù)曲線(xiàn)的方程得到插值后的uwb數(shù)據(jù)；

26、其中，xt表示平滑后的uwb數(shù)據(jù)，x表示目標(biāo)在時(shí)刻t+1的uwb數(shù)據(jù)依次經(jīng)無(wú)跡卡爾曼濾波、指數(shù)平滑算法處理后的數(shù)據(jù)。

27、可選的，根據(jù)目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的速度和位置抖動(dòng)指數(shù)，對(duì)插值后的uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到校正后的uwb數(shù)據(jù)，包括：

28、將位置抖動(dòng)指數(shù)的數(shù)值作為速度閾值；

29、根據(jù)目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻以及當(dāng)前時(shí)刻后多個(gè)時(shí)刻的位置，確定目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的當(dāng)前速度；

30、若當(dāng)前速度小于速度閾值，且目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的位置減去前一時(shí)刻的位置的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)距離閾值時(shí)，將插值后的uwb數(shù)據(jù)中目標(biāo)的位置校正為目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的前一時(shí)刻的位置。

31、第二方面，本技術(shù)提供了一種基于uwb的室內(nèi)定位裝置，包括：

32、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于采集目標(biāo)在多個(gè)歷史時(shí)刻的歷史uwb數(shù)據(jù)，并根據(jù)歷史uwb數(shù)據(jù)計(jì)算目標(biāo)的位置抖動(dòng)指數(shù)；

33、一級(jí)處理模塊，用于采集目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)時(shí)uwb數(shù)據(jù)，利用無(wú)跡卡爾曼濾波對(duì)實(shí)時(shí)uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，得到濾波后的uwb數(shù)據(jù)；

34、二級(jí)處理模塊，用于利用指數(shù)平滑算法對(duì)濾波后的uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，得到平滑后的uwb數(shù)據(jù)；

35、三級(jí)處理模塊，用于利用三次樣條插值算法對(duì)平滑后的uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到插值后的uwb數(shù)據(jù)；

36、數(shù)據(jù)校正模塊，用于根據(jù)目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的速度和位置抖動(dòng)指數(shù)，對(duì)插值后的uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到校正后的uwb數(shù)據(jù)。

37、第三方面，本技術(shù)提供了一種終端設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的室內(nèi)定位方法。

38、第四方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的室內(nèi)定位方法。

39、本技術(shù)的上述方案有如下的有益效果：

40、本技術(shù)提供的基于uwb的室內(nèi)定位方法，通過(guò)對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)時(shí)uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、平滑以及插值，能夠有效減小uwb數(shù)據(jù)中的噪聲干擾，降低數(shù)據(jù)抖動(dòng)，提高室內(nèi)定位的準(zhǔn)確性；通過(guò)計(jì)算位置抖動(dòng)指數(shù)對(duì)uwb數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，進(jìn)一步減小了數(shù)據(jù)抖動(dòng)誤差，提高了室內(nèi)定位的準(zhǔn)確性。

41、本技術(shù)的其它有益效果將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。