【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于定位，具体涉及一种地下密闭空间内nlos场景下pdr辅助uwb协同定位方法。
技术介绍
1、在地下工程中，精准定位对于保障人员安全和提高作业效率至关重要。当前，有多种定位技术被应用于地下人员及设备定位，其中包括rfid定位、zigbee定位、wi-fi定位、蓝牙定位和uwb定位等。rfid难以集成到移动设备中且作用距离短；zigbee技术信号不稳定，定位范围小，安全性差；wi-fi定位技术易受环境的干扰，并且当访问点多时，定位效果较差。
2、例如公开号为cn117061991a的中国专利文件，提供一种基于uwb的井下人员定位系统及定位方法，系统包括：井下人员定位卡、井下车辆、井下车辆定位卡、定位装置、特定蓝牙信标、定位基站和定位服务器；定位装置和特定蓝牙信标设置在井下车辆的内部，特定蓝牙信标与井下车辆绑定；井下人员定位卡用于井下人员随身携带，与定位装置通信连接；井下车辆定位卡安装于井下车辆外部，与定位装置通过串口通讯连接；定位基站设置在地面上与定位服务器、井下人员定位卡以及井下车辆定位卡通信连接，定位服务器注册有绑定的特定蓝牙信标和井下车辆。
3、该现有技术中井下人员定位极大的依赖于蓝牙信标，然而，类似井下这种地下密闭空间可能存在各种电磁干扰源，这些干扰可能会影响蓝牙信号的传输，从而降低定位精度，相比之下，uwb定位技术因具备出色的多径分辨能力、强大的抗干扰能力和低功耗特性，成为了首选的地下密闭空间定位解决方案，但地下密闭空间环境复杂，多径效应和物体阻挡问题普遍，导致uwb的测距性能受nlo
4、再例如公开号为cn113038377a的中国专利文件，公开了一种基于uwb技术c-twr的井下一维精确定位方法，包括以下步骤：在井下布设uwb定位基站、采用了c-twr过程得到两个测量值(识别卡到达uwb定位器a、uwb定位器b距离)、双程数据的误差初步修正、判断识别卡的一维线性方向、采用一维卡尔曼滤波得到最终的距离值，该专利技术通过可以实现更高的井下定位精度，并具有很好的定位实时性，能实现无盲区定位，满足煤矿井下应用技术要求。
5、然而，上述现有技术仅能实现井下密闭空间一维线性方向上的定位，位置精确度较低，因此需要一种定位方法，能够有效识别地下密闭空间nlos路径、抑制nlos误差，且能够提高人员定位的可靠性和准确性。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种地下密闭空间内nlos场景下pdr辅助uwb协同定位方法，以解决现有技术中的问题。
2、为了达到上述的专利技术目的，本专利技术提出一种地下密闭空间内nlos场景下pdr辅助uwb协同定位方法，包括：
3、s1：建立四元状态假设模型，所述四元状态假设模型包括固定基站的los状态和nlos状态、移动基站的los状态和nlos状态；
4、s2：基于cmd行列式识别每个所述固定基站或所述移动基站是否处于nlos状态，将处于所述los状态的所述固定基站和所述移动基站分别定义为第一固定基站和第一移动基站；
5、s3：基于pdr技术获取待定位标签的位置信息，基于所述位置信息融合uwb定位技术获取所述第一固定基站和所述第一移动基站到所述待定位标签的第一距离信息，基于所述第一距离信息建立扩展卡尔曼滤波的状态方程和量测方程；
6、s4：将定位产生的误差作为系统状态向量，基于所述状态方程和所述量测方程对所述系统状态向量进行预测和更新，获得后验估计信息，基于所述后验估计信息对所述待定位标签位置进行实时矫正并输出。
7、进一步地，建立四元状态假设模型包括以下步骤：
8、基于第一公式计算移动基站对待定位标签的权值wi，所述第一公式为：其中，de为测距误差，re为相对定位误差，获取固定基站或所述移动基站到所述待定位标签之间的距离信息，对所述距离信息进行建模生成四元状态假设模型，所述四元状态假设模型包括所述固定基站的los状态假设h1和nlos状态假设h2，以及所述移动基站的los状态假设h3和nlos状态假设h4；
9、基于第二公式获取在四种状态假设下的距离信息di，所述第二公式为：其中，ri为基于toa定位算法获取的第i个固定基站或移动基站到所述待定位标签的测量距离，ei为系统噪声，满足高斯分布，ei～n(0,σ2)，ni为nlos传播引起的正向误差，e为所述移动基站自身的误差，ni＞＞ei。
10、进一步地，计算测距误差和相对定位误差包括以下步骤：
11、基于第三公式计算所述测距误差de，所述第三公式为：其中，ra和rb分别表示所述移动基站和所述待定位标签之间的真实距离和估计距离，r为通信半径，基于第四公式计算所述相对定位误差re，所述第四公式为：其中，(xi,yi)为第i个移动基站的实际坐标，为第i个待定位标签的估计坐标，n为所述移动基站数量。
12、进一步地，基于cmd行列式识别每个所述固定基站或所述移动基站是否处于nlos状态包括以下步骤：
13、确定cmd矩阵，所述cmd矩阵为：其中，a和b为所述固定基站，t1为所述移动基站，t2为所述待定位标签，d2(a,b)＝d2(b,a)，且均表示所述固定基站a和所述固定基站b之间的欧式距离的平方，d2(a,t1)＝d2(t1,a)，且均表示所述固定基站a和所述移动基站t1距离的平方，d2(a,t2)＝d2(t2,a)，且均表示所述固定基站a和所述待定位标签t2距离的平方，d2(b,t1)＝d2(t1,b)，且均表示所述固定基站b和所述移动基站t1距离的平方，d2(b,t2)＝d2(t2,b)，且均表示所述固定基站b和所述待定位标签t2距离的平方，d2(t1,t2)＝d2(t2,t1)，且均表示所述移动基站t1和所述待定位标签t2距离的平方；
14、基于第五公式确定所述cmd矩阵的行列式d(a,b,t1,t2)，所述第五公式为：det为行列式计算公式，获取所述行列式d(a,b,t1,t2)的秩，若所述行列式为0且所述秩小于第一阈值，则表示所述固定基站或所述移动基站处于nlos状态，否则处于los状态。
15、进一步地，基于pdr技术获取待定位标签的位置信息包括以下步骤：
16、获取所述待定位标签在k时刻的位置信息，所述位置信息包括所述待定位标签所在的行人当前的横坐标和纵坐标、步长l和方向角θ，基于第六公式计算第k时刻的所述横坐标xk和所述纵坐标yk，所述第六公式为：其中，(xk-1,yk-1)为所述行人在k-1时刻的位置坐标，基于第七公式计算所述步长l，所述第七公式为：其中，h为所述行人的身高，p为所述行人的步频，a、b和c分别为第一参数、第二参数和第三参数。
17、进一步地，建立状态方程包括以下步骤：
18、基于第八公式获取所述系统状态向量xt，所述第八公式为：xt＝[ex(t),ey(t)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地下密闭空间内NLOS场景下PDR辅助UWB协同定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立四元状态假设模型包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算测距误差和相对定位误差包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于CMD行列式识别每个所述固定基站或所述移动基站是否处于NLOS状态包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于PDR技术获取待定位标签的位置信息包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立状态方程包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，建立量测方程之前包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，建立量测方程包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，预测阶段包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，更新阶段包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种地下密闭空间内nlos场景下pdr辅助uwb协同定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立四元状态假设模型包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算测距误差和相对定位误差包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于cmd行列式识别每个所述固定基站或所述移动基站是否处于nlos状态包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：李美玲，刘宁，申陈宁，刘宏，韩贺永，路兆铭，张凯敏，傅彬，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：
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