[发明专利]一种结合IMU与单组UWB的旋转式目标定位方法

说明书

本发明公开了一种结合IMU与单组UWB的旋转式目标定位方法，采用旋转臂的结构，使一个UWB基站通过旋转的方式获得多组UWB基站的坐标信息，解决现有多UWB基站定位方法和定位环境部署困难、适用性差的问题；通过互补滤波的IMU角度估计算法削减三轴陀螺仪自身的累计误差，弥补三轴磁力计动态性能差的缺点；通过滑动窗口结合非线性优化算法获得精确的目标位置信息，解决了传统UWB定位需要多个UWB基站，适用性不高的问题。

技术领域

本发明属于室内目标定位技术领域，具体涉及一种结合IMU(惯性传感器)与单组UWB(超宽带)的旋转式目标定位方法。

背景技术

近年来，低成本高精度的定位解决方案已成为物联网应用的关键，如智能制造和智能家居。

在物联网和移动机器人领域中，定位一直是热门的研究课题，它能够为控制平台提供实时精确的目标位置。在物联网领域中可以利用这些位置对目标进行精准的控制，如远程指定目标遥控、场景内目标查找等。在机器人领域中可以通过得到的位置数据进行自主导航和地图构建。因此，目标定位在这些领域中占有重要的位置。

超宽带定位技术，相比于其他定位方式如，WiFi、RFID等，拥有更好的定位精度，同时基于在带宽上的优势其具有更强抗干扰能力、更低功耗和更快的数据传输速度。UWB的定位精度可达分米级，适合于目标的精确定位。但是，传统UWB定位系统常需要至少三个UWB基站和一个UWB标签才能完成对目标的精确定位，这样的系统结构大大增加了系统搭建的难度和适用性，很难适配一些不方便建立基站系统的场景。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种结合IMU与单组UWB的旋转式目标定位方法解决了现有多基站UWB定位方法定位环境部署困难、适用性差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种结合IMU与单组UWB的旋转式目标定位方法，包括以下步骤：

S1、设置旋转臂，将IMU传感器和UWB基站分别固定在所述旋转臂的两个端点处；

S2、通过IMU传感器采集UWB基站旋转的角速度和磁场强度，通过UWB基站采集定位目标与UWB基站之间的距离信息；

S3、基于采集的角速度和磁场强度，通过互补滤波的IMU角度估计算法，计算出多组不同时刻的UWB基站的旋转角度；

S4、通过对UWB基站的旋转角度进行几何坐标变换，生成多组不同时刻不同角度的UWB基站的坐标信息；

S5、基于多组UWB基站的坐标信息和对应坐标下UWB基站采集的距离信息，通过滑动窗口结合非线性优化算法，计算出定位目标的位置，完成目标的定位。

进一步地：所述步骤S2中角速度和磁场强度的采集方法为：

以所述IMU传感器所在的旋转臂端点为轴心进行旋转，通过IMU传感器中的三轴陀螺仪和三轴磁力计分别采集UWB基站旋转的角速度和磁场强度。

上述进一步方案的有益效果为：通过IMU传感器采集的角速度和磁场强度，可以更加精确地计算出UWB基站的旋转角度，减小测量误差。

进一步地：所述步骤S2中距离信息的采集方法为：

将UWB标签设置在定位目标上，通过UWB基站采集UWB标签与UWB基站之间的距离信息。

上述进一步方案的有益效果为：通过UWB基站采集多组不同角度不同时刻的距离信息，将其作为滑动窗口结合非线性优化算法的输入，以便于计算出更精确的定位信息。

进一步地：所述步骤S3中互补滤波的IMU角度估计算法具体为：