超宽带无线定位的非视距传播状态鉴别及数据重构方法

摘要

本发明涉及一种超宽带无线定位的非视距传播状态鉴别及数据重构方法。本发明中车载无线接收基站收到目标行人佩戴的移动节点标签所发射的无线电波，获得目标行人与自主导引车之间的距离信息。车载计算机视觉系统实现无线电波传播路径上环境的状态识别，从而估计出非视距传播误差，完成精确的目标行人与车载无线接收基站之间的距离信息提取。低功耗单片机MSP430根据基于TDOA的无线定位模型，获得目标行人与自主导引车之间的距离信息。将该距离信息发送给自动导引车的运动控制系统，可以实现自动导引车实时跟随目标行人的动作。本发明能够主动识别无线电波传播路径上的环境状态，通过无线定位模型实现目标行人的实时定位与跟踪控制。

主权项

超宽带无线定位的非视距传播状态鉴别及数据重构方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)将低功耗单片机MSP430系统初始化，包括系统寄存器初始化、变量初始化、车载无线接收基站初始化；步骤(2)目标行人打开身上佩戴的移动节点标签，该标签立即开始工作，发射无线电波；步骤(3)车载计算机视觉系统通过图像处理、特征提取与立体匹配，实现无线电波传播路径上环境的状态识别，获得主要障碍物的属性，从而估计出非视距传播误差，完成精确的目标行人与车载无线接收基站之间的距离信息提取；具体是：设定移动节点标签和第i个车载无线接收基站之间的TOA测量值和距离分别为t_i、R_i，移动节点标签与第i个和第j个车载无线接收基站之间的TDOA和距离差分别为t_ij、R_ij，c为无线电波传播速度，则t_i和t_i1表示为：$t_i=t_i^0+n_i,t_{i1}=t_{i1}^0+n_{i1}---\left(1\right)$其中，n_i服从均值为0，方差为的高斯分布；n_i1服从均值为0，方差为的高斯分布；为移动节点标签与第i个车载无线接收基站之间的视距传播视距；如果车载无线接收基站和移动节点标签之间电波传播的视距传播路径被建筑物或灌木丛阻挡，无线电波信号在传播途中穿透了一个或多个障碍物，障碍物的加入造成了附加延时，TOA/TDOA估计结果存在一个正的附加超量时延，是测距误差的主要来源，如下式表示：$t_i=t_i^0+{\mu }_i+n_i,t_{i1}=t_{i1}^0+{\mu }_{i1}+n_{i1}---\left(2\right)$其中，μ_i和μ_i1分别表示由于障碍物存在，无线电波的非视距传播引起的平均超量时延和时延差；在非视距传播情况下，无线电波的直达路径对应的信号传播路径上介入了障碍物，若无线电波信号具有足够能量穿透障碍物到达车载无线接收基站，传播时间t′_i为：$t_i^{\prime }=(d-d_1-d_2-...-d_n)/c+\sqrt{{ϵ}_1}{d}_1/c+\sqrt{{ϵ}_2}{d}_2/c+...+\sqrt{{ϵ}_n}{d}_n/c---\left(3\right)$其中，n是障碍物的数量，d_i是障碍物i的厚度，ε_i是障碍物i的介电常数；障碍物对首径信号引入的附加时延为：${\mu }_i=t_i^{\prime }-t_i^0=(\sqrt{{ϵ}_1}-1)d_1/c+(\sqrt{{ϵ}_2}-1)d_2/c+...+(\sqrt{{ϵ}_n}-1)d_n/c---\left(4\right)$由于ε_i>1，Δt恒为正；这样，非视距传播情况下障碍物引起的测距误差亦恒为正值；辨识出测距环境的主要障碍物，并对主要障碍物的平均电磁参量做出估计，障碍物等效厚度则取经验值，进而估计出障碍物引入的非视距误差；步骤(4)低功耗单片机MSP430根据基于TDOA的无线定位模型，可精确获得目标行人与自主导引车之间的距离信息；将该距离信息发送给自动导引车的运动控制系统，可以实现自动导引车实时跟随目标行人的动作；步骤(5)重复进行步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)，完成基于超宽带无线定位的非视距传播状态鉴别及数据重构，实现目标行人的实时跟随。