[发明专利]一种基于UWB技术的三基站三维定位方法

权利要求书

1.一种基于UWB技术的三基站三维定位方法，其特征是应用于由一个上位机和四个基站所构成的基站环境中，其中，一个基站作为标签并按如下步骤进行：

步骤1、基站筛选：

步骤1.1、三个基站分别尝试与所述标签进行通讯，当建立通讯后，相应的基站对所述标签进行测距，得到测距结果后发送给所述标签；

步骤1.2、所述标签接收到所有基站的测距结果后，选出最小值所对应的基站作为距离最近的基站；

步骤1.3、尝试与距离最近的基站进行通讯，若通讯成功，则将所有测距结果发送给距离最近的基站；否则，与距离次近的基站进行通讯，若通讯成功，则将所有测距结果发送给距离次近的基站；否则，与距离最远的基站进行通讯，若通讯成功，则将所有测距结果发送给距离最远的基站，否则，重复执行步骤1.3；

步骤1.4、三个基站互相之间与其他基站进行通讯，当均建立通讯时，开始定位工作；

步骤2、建立由三个基站所构成的三维定位坐标系；

在任意两个基站的距离中，将相对距离较长的两基站分别定义基站B、基站C；定义标签为H；基站B、基站C所在的直线记为x轴，基站C在x轴正半轴，基站B在x轴负半轴；将另一基站命名为基站A；过基站A点对基站B、基站C所在直线作垂线，垂足为O点且O点记为原点，根据三角形三边关系，O点处于基站B、基站C两点之间，以OA为y轴构建二维平面坐标系；过O点作三个基站所在平面的垂线OZ为z轴；从而建立三维定位坐标系；

步骤3、距离测量：

步骤3.1、对所述标签H通过TOF测距算法获取标签H到基站A的距离HA，标签H到基站B的距离HB，标签H到基站C的距离HC；

步骤3.2、所述上位机测量基站A与基站B的距离为AB、基站A与基站C的距离为AC、基站B与基站C的距离为BC；

步骤4、在线定位阶段：

步骤4.1、利式(1)得到标签H与三个基站构成的四面体体积V：

步骤4.2、以三个基站所处平面为底面，令变量P为底面三个基站所构成的三角形周长的一半，通过式(2)得到底面三个基站所构成三角形面积S_ABC：

步骤4.3、记标签H在底面的投影点为T，HT为标签H对应底面的高；从而通过体积公式求得高HT，即为标签H的Z轴坐标；

步骤4.4、记变量P1为投影点T、基站A、原点O所围成的三角形△TOA周长的

利用式(2)计算得到投影点T、基站A、原点O所围成的三角形△TOA的面积；

步骤4.5、记基站A到投影点T的距离为AT、基站B到投影点T的距离为BT、基站C到投影点T的距离为CT、从而由勾股定理分别得到距离AT、距离BT、距离CT；

步骤4.6、利用式(3)得到基站A到原点O的距离OA：

基站C到原点O的距离OC是通过基站A与基站C之间的距离AC，并利用勾股定理求得，即

基站B到原点O的距离OB是通过基站B与基站C之间的距离BC减去基站C与原点O的距离OC求得，即OB＝BC-OC；

步骤4.7、由基站B、基站C、投影点T所构成的两个角相加为180°，即∠TOC+∠TOB＝π，从而利用式(4)得到投影点T到原点O的距离OT：

步骤4.8、当OT²+OC²＞CT²时，判定所述标签H的横坐标X的符号为正；

当OT²+OC²＝CT²时，判定所述标签H的横坐标X的值为0；

当OT²+OC²＜CT²时，判定所述标签H的横坐标X的符号为负；

步骤4.9、标签H在基站A、基站B、基站C所组成的二维面的投影点T到基站A、原点O所在直线的距离为标签H的横坐标的绝对值|X|；且从而最终得出标签H的X轴坐标；其中，S_TOA表示投影点T、基站A、原点O点所围三角形△TOA的面积；

步骤4.10、当OT²+OA²＞AT²时，判定所述标签H的纵坐标Y的符号为正；

当OT²+OA²＝AT²时，判定所述标签H的纵坐标Y的值为0；

当OT²+OA²＜AT²时，判定所述标签H的纵坐标Y的符号为负；

步骤4.11、标签H在三基站所组成的面的投影点T到基站B和基C所在直线的距离为标H的纵坐标的绝对值|Y|，且从而得到出标签H的Y轴坐标，进而得到所述标签H的位置坐标并实现三维定位。