[发明专利]一种UWB定位和卫星定位双融合的温室内外定位系统及方法

说明书

本发明提供一种UWB定位和卫星定位双融合的温室内外定位系统及方法，利用UWB技术和改进的三边定位算法，首先建立温室内定位坐标系，并对室内定位算法进行优化，获得较准确的定位坐标，实现农机移动设备在温室内的自主导航作业；通过卫星导航定位模块提供温室的卫星导航数据信息，将温室内坐标系和温室外GS84坐标系进行数据的融合，实现室内外的坐标系格式统一、室内外定位的自主切换和室内外定位系统的兼容。本发明为农机移动设备的作业提供高精度定位，解决温室内复杂植株环境造成的非视距定位误差波动大的问题，同时解决了室内外定位无法兼容的问题，提高了设施农业装备智能化作业水平，提高生产率。

技术领域

本发明属于定位技术领域，具体涉及一种UWB定位和卫星定位双融合的温室内外定位系统及方法。

背景技术

随着传感器技术、5G移动通信技术和人工智能技术的快速发展，加快了农机设备由人工操作向自动化操作转变的进程。传感器技术填补了农机设备的感官系统的缺失的问题，移动通信技术为农机设备增加了语言沟通能力，而人工智能技术无疑成为了农机设备的大脑，协调各个感官系统和语言系统，实现农机设备的智能化。然而，农机设备动起来，搞清楚“我在哪”的定位技术成为了农机设备移动作业的关键技术。只有知道了“我在哪”，才能实现后续的“自主走”的问题。

现有的室内定位技术中，对于基于超声波方法的定位技术，声波信号受到密集型、高秆作物的反射，信号衰减较为严重，定位精度下降严重；而基于红外线方法的定位技术，IR信号易受日光的干扰，面对透明温室的复杂光环境，甚至无法完成定位；对于蓝牙技术目前主要采用的小范围室内定位，距离增大，信号衰减严重，且易受到环境噪声影响导致稳定性较差；对于射频识别定位方式，利用无线电读写方式获取位置信息，在短时间获得较小误差定位精度，但定位范围小、国际化标准不够完善；对于无线高保真定位，通过经验测试数据和传播模型融合定位，精度较好，但是定位信号消耗的能量较高；对于Zigbee技术定位而言，功耗低，但是传输距离有限；而UWB定位技术以其穿透力强、功耗低、受多径效应的影响小、安全系数高、系统复杂度低与定位精度高等特点，可以有效解决温室内作物引起的多径和遮挡的影响。针对UWB的TOA测距方法对环境的敏感度极高，温室环境中微小的变化会引起测量数据的快速抖动，影响UWB测量的精度，针对UWB抖动误差提出一种有效减小抖动误差的温室内的定位方法。

目前温室内大部分的高精度定位系统，仅对单一的定位场景进行定位，但是对于有室内外切换需求的作业模式，定位系统无法充分发挥其作用。针对这一情况，提出了一种解决室内外兼容问题的室内外定位转换方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开了一种基于UWB的温室内外融合的定位系统及定位方法，利用UWB技术和改进的三边定位算法，首先建立温室内定位坐标系，并对室内定位算法进行优化，获得较准确的定位坐标，实现农机移动设备在温室内的自主导航作业；通过卫星导航定位模块提供温室的卫星导航数据信息，将温室内坐标系和温室外GS84坐标系进行数据的融合，实现室内外的坐标系格式统一、室内外定位的自主切换和室内外定位系统的兼容。本发明为农机移动设备的作业提供高精度定位，解决温室内复杂植株环境造成的非视距定位误差波动大的问题，同时解决了室内外定位无法兼容的问题，提高了设施农业装备智能化作业水平，提高生产率。

本发明通过以下的技术方案实现：一种UWB定位和卫星定位双融合的温室内外定位系统，包括农机移动终端、卫星导航定位模块、UWB定位基站、室内激光测距模块、UWB基站移动平台和室内外场景转换检测模块；