【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超宽带定位，具体是一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法。
技术介绍
1、在狭小空间或gps信号无法正常工作以及遥控信号受阻的特殊环境中，传统的基于gps的定位导航系统无法实现准确有效的定位导航任务。这些特殊环境包括矿井隧道、水库大坝水下作业区域、桥底支撑柱和港口涵洞等，这些区域往往需要定期进行结构损伤检查或探测作业。目前，这些任务通常依赖于人工探查，但随着无人设备的兴起，无人机、无人船和蜘蛛型自走机器人等无人设备逐渐被应用于这些场景的探查作业中。
2、然而，这些特殊环境中通常存在各种限制，例如电磁屏蔽、gps信号无法穿透、波浪或气流干扰等，因此，可能导致无人设备的定位导航系统失效、自避障功能错误处理以及遥控信号受阻等问题，这些问题严重限制了无人设备在特殊环境中的作业能力。
3、鉴于此，如何在gps信号无法正常工作以及遥控信号受阻的特殊环境中，实现无人设备的准确定位导航和路径规划，成了如今亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，解决了传统定位导航系统在特殊环境下的应用限制，在gps信号无法正常工作以及遥控信号受阻的特殊环境中，可以实现无人设备的准确定位导航和路径规划，提高了无人设备的作业能力和效率。
2、为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：
3、本专利技术是一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，
4、获取超宽带定位基站部署方案，并在特殊空间内部署多个超宽带定位基站；
5、在无人设备的行进控制系统中增加超宽带通信模块，并且所述超宽带通信模块对应配置有超宽带定位导航系统；
6、所述超宽带定位导航系统采用到达时间差方法测量所述无人设备发出的信号到所述超宽带定位基站的时间，确定所述无人设备到超宽带定位基站的距离，生成所述无人设备的实时位置信息；
7、在所述特殊空间内，基于路径规划算法根据所述实时位置信息对所述无人设备进行路径规划和行进控制；
8、实时采集所述无人设备作业过程中的作业数据并进行存储及传输。
9、本专利技术的进一步改进在于：在获取所述超宽带定位基站部署方案时，基于信号传播模型确定从所述无人设备到超宽带定位基站的信号接收功率：
10、
11、式中，pv表示超宽带定位基站的信号接收功率；pt表示无人设备的信号发射功率；gt表示无人设备的发射天线增益；gv表示超宽带定位基站的接收天线增益；λ表示信号波长；d表示无人设备与超宽带定位基站之间的距离；
12、计算从所述无人设备到超宽带定位基站的信号覆盖区域：
13、a＝πr2
14、式中，a表示从无人设备到超宽带定位基站的信号覆盖区域；r表示从无人设备到超宽带定位基站的信号的有效覆盖半径；
15、基于对数距离路径损耗模型计算从所述无人设备到超宽带定位基站的信号路径损耗：
16、
17、式中，d表示无人设备与超宽带定位基站之间的距离；l(d)表示距离d处的信号路径损耗；l(d0)表示参考距离d0处的信号路径损耗；β表示信号路径损耗系数；log10()表示以10为底的对数函数；
18、根据从所述无人设备到超宽带定位基站的信号接收功率、信号覆盖区域以及信号路径损耗，确定所述超宽带定位基站部署方案。
19、本专利技术的进一步改进在于：对于有条件接入电源的无人设备作业区域，采用有源连接方式在所述特殊空间内部署所述超宽带定位基站；对于无条件接入电源的无人设备作业区域，选择自带电池或太阳能板的无源方式在所述特殊空间内部署所述超宽带定位基站。
20、本专利技术的进一步改进在于：所述超宽带定位导航系统采用到达时间差方法测量所述无人设备发出的信号到所述超宽带定位基站的时间，确定所述无人设备到超宽带定位基站的距离，生成所述无人设备的实时位置信息，具体包括：
21、所述超宽带定位导航系统通过测量所述无人设备发出的信号到达所述超宽带定位基站的时间，确定所述无人设备到多个超宽带定位基站的距离；以超宽带定位基站为中心，以无人设备到超宽带定位基站的距离为半径作圆，确定所述信号的位置；通过比较所述信号到达多个超宽带定位基站的时间差，确定对应的距离差，作出以超宽带定位基站为焦点、距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点即为所述无人设备的位置，生成所述无人设备的实时位置信息，具体计算公式如下：
22、在三维直角坐标系下，设定第i个超宽带定位基站的位置向量为1≤i≤m，其中，分别表示第i个超宽带定位基站在x、y、z方向上的位置向量；m表示超宽带定位基站的总数；[]t表示矩阵转置操作；
23、将所有超宽带定位基站的位置向量进行组合得到总位置向量为其中，分别表示第1、2、...、m个超宽带定位基站的位置向量；
24、设定无人设备的位置向量为其中，分别表示无人设备在x、y、z方向上的位置向量；
25、将第1个超宽带定位基站作为参考基站，计算所述信号到达第j个超宽带定位基站和参考基站的时间差真实值，即到达时差：
26、
27、式中，表示信号到达第j个超宽带定位基站和参考基站的时间差真实值，即到达时差；c表示信号传播速度；uo表示无人设备的位置向量；表示第j个超宽带定位基站的位置向量；表示第1个超宽带定位基站的位置向量，即参考基站的位置向量；m表示超宽带定位基站的总数；表示无人设备的位置向量与第j个超宽带定位基站的位置向量之间的距离；表示无人设备的位置向量与第1个超宽带定位基站的位置向量之间的距离。
28、本专利技术的进一步改进在于：将所述到达时差转换为到达距离差：
29、
30、式中，表示信号到达第j个超宽带定位基站和参考基站的距离差真实值，即到达距离差；表示第j个超宽带定位基站的位置向量；表示参考基站的位置向量；表示无人设备的位置向量与第j个超宽带定位基站的位置向量之间的距离；表示无人设备的位置向量与第1个超宽带定位基站的位置向量之间的距离；m表示超宽带定位基站的总数；
31、结合所述超宽带定位基站的噪声因素更新所述到达距离差，更新后的到达距离差的计算公式为：
32、
33、式中，rj1表示更新后的到达距离差；表示信号到达第j个超宽带定位基站和参考基站的距离差真实值，即到达距离差；δ表示超宽带定位基站的噪声系数；
34、将所有超宽带定位基站的到达距离差进行组合得到总到达距离差：
35、
36、式中，r表示总到达距离差；ro表示距离差真实值；nr表示距离差噪声值；表示信号到达第1、2、...、m个超宽带定位基站和参考基站的距离差真实值；δ表示超宽带定位基站的噪声系数；
37、所述距离差噪声值nr对应的协方差矩阵为qr，总到达距离差r关于无人设备的位置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，在获取所述超宽带定位基站部署方案时，基于信号传播模型确定从所述无人设备到超宽带定位基站的信号接收功率：
3.根据权利要求1所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，对于有条件接入电源的无人设备作业区域，采用有源连接方式在所述特殊空间内部署所述超宽带定位基站；对于无条件接入电源的无人设备作业区域，选择自带电池或太阳能板的无源方式在所述特殊空间内部署所述超宽带定位基站。
4.根据权利要求1所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，所述超宽带定位导航系统采用到达时间差方法测量所述无人设备发出的信号到所述超宽带定位基站的时间，确定所述无人设备到超宽带定位基站的距离，生成所述无人设备的实时位置信息，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，将所述到达时差转换为到
6.根据权利要求5所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，所述距离差真实值ro与无人设备的位置向量uo、总位置向量so之间具有非线性关系：
7.根据权利要求1所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，基于所述无人设备的实时位置信息，采用路径规划算法在所述特殊空间内确定所述无人设备的路径约束，即最短路径约束和最小障碍物威胁约束，基于所述路径约束对所述无人设备进行路径规划和行进控制。
8.根据权利要求1所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，所述实时采集的无人设备作业过程中的作业数据通过离线方式进行存储及传输。
...【技术特征摘要】
1.一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，在获取所述超宽带定位基站部署方案时，基于信号传播模型确定从所述无人设备到超宽带定位基站的信号接收功率：
3.根据权利要求1所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，对于有条件接入电源的无人设备作业区域，采用有源连接方式在所述特殊空间内部署所述超宽带定位基站；对于无条件接入电源的无人设备作业区域，选择自带电池或太阳能板的无源方式在所述特殊空间内部署所述超宽带定位基站。
4.根据权利要求1所述的一种特殊空间内无人设备超宽带定位导航与路径规划方法，其特征在于，所述超宽带定位导航系统采用到达时间差方法测量所述无人设备发出的信号到所述超宽带定位基站的时间，确定所述无人设备到超宽带定位基站的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杭天奇，
申请(专利权)人：润芯微科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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