基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法，包括：步骤S1：构建移动靶场；将四个定位杆放置四周构建凸四边形靶场；步骤S2：移动靶标机器人快速定位；将靶标放置机器人顶部，通过机器人的自主移动来控制靶标在靶场自主移动，采用UWB和惯性导航融合定位；步骤S3：搭建电子围栏。本发明专利技术具有原理简单、定位精度高等优点。定位精度高等优点。定位精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法


[0001]本专利技术主要涉及到射击智能化模拟
，特指一种基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法。

技术介绍

[0002]在模拟射击训练环境中，射击者必须要适应不同射击环境。因此传统的固定或需要人工标定的的靶场环境不适合经常移动靶场位置。当移动训练靶场时，需要浪费大量人力物力进行靶场搭建和定位杆位置重新标定。同时传统的靶标是放在移动架子人工移动或者放在车上遥控移动，连续性和自主性不足。
[0003]传统的室外定位常常使用GPS或北斗系统，需要对系统中所有导航模块都要进行相应时间校准，在实际射击或其他演习环境中并不方便。
[0004]现有技术中存在“靶场经纬仪布置与目标定位计算”、“移动靶标智能控制系统”等技术方案。其中在第一个靶场布置与目标定位方案中，靶场中测距模块需要三个经纬仪，而且需要用激光去测量任意两个安装点之间的距离。如图1所示的ABC三角形状为三个经纬仪组成的测距模块，首先需要对经纬仪进行安装和标定测距，然后通过经纬仪测出的与目标M之间的方位角和三角形边长AB、BC、AC来计算M的位置。在第二个移动靶标控制系统方案中，由若干遥控器控制靶标车，靶标车与遥控器通过AP无线局域网实现与遥控器的双向数据交互。移动靶标车通过北斗卫星将定位信息传送到数据中心进行处理，数据处理中心再通过4G模块讲信息发送到靶标车。
[0005]综上所述，现有技术存在固定靶场不方便捷携带和更换靶场位置以及靶标不能自主连续运动的缺陷。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、操作简便、定位精度高的基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法，包括：
[0009]步骤S1：构建移动靶场；将四个定位杆放置四周构建凸四边形靶场；
[0010]步骤S2：移动靶标机器人快速定位；将靶标放置机器人顶部，通过机器人的自主移动来控制靶标在靶场自主移动，采用UWB和惯性导航融合定位；
[0011]步骤S3：搭建电子围栏。
[0012]作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S1的流程包括：
[0013]步骤S101：首先将1号定位杆的位置作为全局坐标系原点，与右边定位杆连线作为X轴(OA方向)，垂直于X轴方向作为Y轴，建立全局坐标系；连接DA作为X',垂直X'做Y'建立O'
X'Y'坐标系；
[0014]步骤S102：各个定位杆之间通过使用UWB超宽带测距，应用非对称双边双向测距技术进行定位。
[0015]作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S101中定位杆之间进行测距时，一个杆相当于基站，另一个杆充当标签。
[0016]作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S102包括：
[0017]步骤S1021：测距过程首先标签向基站发送请求帧，基站接受到请求帧后开始记时，延时T
d1
后，基站向标签发送应答信号。标签接受到应答信号后将发送和接受信号的时间点写入终止帧，经过延时T
d2
后向基站发送终止帧，基站接受到终止信号后结束测量；
[0018]步骤S1022：通过非对称双边双向测距法依次测得相邻定位杆之间的距离，连接四边形最短对角线构成两个三角形。如图所示三角形OAD的边长已经测出，可以计算出角度α，然后计算出D点相对全局坐标系的位置(X4，Y4)，C相对于O'X'Y'坐标系的位置(X'3，Y'3)。
[0019]作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2包括：
[0020]步骤S201：首将机器人放置靶场内根据UWB定位，作为机器人初始位置。
[0021]步骤S202：有初始位置和惯性导航位姿解算出从导航坐标系到全局坐标系得变化矩阵；
[0022]步骤S203：经过T时刻惯性导航定位后进行UWB位置校准，不断循环定位。
[0023]作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中，机器人UWB定位采用三角定位法，判断机器人所在得三角形，将三角形对应的三个定位杆当作基站，机器人当作标签测出机器人距离各个基站的距离。
[0024]作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中，先通过非对称双边双向测量机器人靶标与每一个基站的距离，判断机器人所在的最近三个基站作为三角形，利用WIFI传输距离信息；利用三边定位法计算机器人的位置；已知三个基站O(X1，Y1)、A(X2，Y2)、D(X4，Y4)的位置，机器人标签离基站的位置分别为d
r1
、d
r2
、d
r3
，机器人的位置为R(X，Y)；利用最小二乘法，求解闭合区域中机器人的位置。
[0025]作为本专利技术的进一步改进：机器人坐标系采用右
‑
前
‑
上坐标系，根据机器人定位信息以及惯性导航测出的机器人航向信息解算出东
‑
北
‑
天航向坐标系；再求解由全局坐标系到航向坐标系的旋转矩阵R
g
。再将机器人位置(P
x
,P
y
)作为平移变换。
[0026]作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S3中，利用四个定位杆围成的四边形区域作为电子围栏；机器人根据自身定位信息和电子围栏信息，来控制自身运动；求出来的机器人位置，利用内角方法判断机器人是否在四边形区域内；对于凸四边形，由点向四边形的四个角点分别连线，由此形成四个向量，如果四个向量组成的夹角等于360
°
，则在四边形靶场区域内，否在在靶场区域外；同时判断机器人不得运动到靶场围栏上，即四边形的任意一边上，判断条件为向量夹角为180
°
。为了增加一定阈值范围，限制向量夹角不能大于170
°
，且夹角之和为360
°
[0027]与现有技术相比，本专利技术的优点就在于：
[0028]本专利技术的基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法，原理简单、操作简便、定位精度高，通过设计四个定位杆围成靶场，定位杆相当于小型基站，定位杆之间采用UWB超宽带测量相对位置，并通过WIFI传输距离信息，最终每个定位杆都能获取
各个定位杆之间的距离，经过相关算法实现定位杆进行定位，且四个定位杆便于携带，可以被用来任意布置凸多边形靶场，不需额外标定和人工测量靶标位置。将靶标安置在自主移动机器人上，可实现靶标连续运动。在机器人上安装有惯性导航原件，构成捷联惯导系统，通过UWB和惯性导航融合对移动机器人定位。最后通过定位杆组成电子围栏，根据围栏位置信息以及机器人定位信息来控制机器人不得冲出靶场。最终整个系统实现便携式移动靶场电子围栏搭建，移动靶标机器人连续运动及快速定位。
附图说明
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法，其特征在于，包括：步骤S1：构建移动靶场；将四个定位杆放置四周构建凸四边形靶场；步骤S2：移动靶标机器人快速定位；将靶标放置机器人顶部，通过机器人的自主移动来控制靶标在靶场自主移动，采用UWB和惯性导航融合定位；步骤S3：搭建电子围栏。2.根据权利要求1所述的基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法，其特征在于，所述步骤S1的流程包括：步骤S101：将1号定位杆的位置作为全局坐标系原点，与右边定位杆连线作为X轴，垂直于X轴方向作为Y轴，建立全局坐标系；连接DA作为X',垂直X'做Y'建立O'X'Y'坐标系；步骤S102：各个定位杆之间通过使用UWB超宽带测距，利用非对称双边双向测距方法进行定位。3.根据权利要求2所述的基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法，其特征在于，所述步骤S101中定位杆之间进行测距时，一个杆相当于基站，另一个杆充当标签。4.根据权利要求3所述的基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法，其特征在于，所述步骤S102包括：步骤S1021：测距过程首先标签向基站发送请求帧，基站接受到请求帧后开始记时，延时T
d1
后，基站向标签发送应答信号；标签接受到应答信号后将发送和接受信号的时间点写入终止帧，经过延时T
d2
后向基站发送终止帧，基站接受到终止信号后结束测量；步骤S1022：通过非对称双边双向测距法依次测得相邻定位杆之间的距离，连接四边形最短对角线构成两个三角形；如图所示三角形OAD的边长已经测出，可以计算出角度α，然后计算出D点相对全局坐标系的位置(X4，Y4)，C相对于O'X'Y'坐标系的位置(X'3，Y'3)。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移动靶标快速定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括：步骤S201：首将机器人放置靶场内根据UWB定位，作为机器人初始位置；步骤S202：有初始位置和惯性导航位姿解算出从导航坐标系到全局坐标系得变化矩阵；步骤S203：经过T时刻惯性导航定位后进行UWB位置校准，不断循环定位。6.根据权利要求5所述的基于UWB和惯性导航融合便携式移动靶场移...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖军浩，刘佳阳，林思超，朱迪，陈俊年，代维，卢惠民，周宗潭，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：