哈爾濱工業大學(威海)金濤獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉哈爾濱工業大學(威海)申請的專利基于UWB技術的區域定位方法及系統獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN115586490B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-26發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202110699657.1,技術領域涉及:G01S5/02;該發明授權基于UWB技術的區域定位方法及系統是由金濤;蔡政宇;凌威;秦泗甜設計研發完成,并于2021-06-23向國家知識產權局提交的專利申請。
本基于UWB技術的區域定位方法及系統在說明書摘要公布了:本發明涉及超寬帶通信技術領域,具體的說是一種通過UWB信號實現定位基站和定位標簽之間的距離觀測,獲取的距離信息經過標簽集成的定位算法實時處理后,可實時顯示標簽位置及運動軌跡信息的基于UWB技術的區域定位方法及系統,首先,采用卡爾曼濾波算法,對于獲取的TOA測距值進行濾波,以減小信號到達時間測量值中的非視距誤差干擾,提升測距的穩定性;其次,將濾波后的距離測量值使用Chan算法去的初步的位置估計值;最后,通過改進觀測向量的UKF算法對初步定位結果進行二次濾波處理,得到精確定位。
本發明授權基于UWB技術的區域定位方法及系統在權利要求書中公布了:1.一種基于UWB技術的區域定位方法,其特征在于,首先,采用卡爾曼濾波算法,對于獲取的TOA測距值進行濾波,以減小信號到達時間測量值中的非視距誤差干擾,提升測距的穩定性;其次,將濾波后的距離測量值使用Chan算法去的初步的位置估計值;最后,通過改進觀測向量的UKF算法對初步定位結果進行二次濾波處理,得到精確定位; 所述改進觀測向量的UKF算法濾波實現過程如下: 步驟3-1:初始化,設在狀態向量x的初始狀態的均值已知的情況下,由(1)表示,初始的方差P0由(2)表示,初始狀態的均值未知,計算中選擇對初始化為零向量,對協方差矩陣P0初始化為單位矩陣,其中X0表示初始狀態向量,P0表示的是初始狀態的估計誤差協方差矩陣,下標0對應的是系統在0時刻的狀態和協方差,Xk為k時刻的系統狀態向量,Pk為k時刻的系統狀態的估計誤差協方差矩陣;(1), (2),步驟3-2:根據狀態分布的均值和協方差,選取Sigma點:表示次序為0的Sigma點,表示次序為i的Sigma點,3到(5)三個式子將個Sigma點如何產生都表達了出來,n為系統狀態向量x的維度,決定了Sigma點的散布程度,取為0.01: (3), (4), (5), 式中,總共計算個Sigma點,參數用來縮放,以降低總體預測誤差,決定了采樣點的分布狀態,的取值需要確保矩陣為半正定,通常取為0; 步驟3-3:計算Sigma點權值: (6), 其中,下標為m表示均值對應的權值,下標為c表示協方差對應的權值,上標表示采樣點的次序,待選參數要求非負,可將高階項的動差合并,這樣便把高階項對精度的影響考慮在內,狀態變量在高斯分布時,為最佳值; 步驟3-4:Sigma點集的一步預測:為依據系統k時刻的狀態量對k+1時刻的狀態估計,是一步預測得到的狀態量估計,所產生的Sigma點集,為k+1時刻的狀態轉移函數,(7), 步驟3-5:系統狀態量預測及協方差矩陣: (8), (9), 步驟3-6:根據狀態量預測再次進行無跡變換得到新的Sigma點集: (10), 步驟3-7:計算觀測量的預測:是對k+1時刻觀測量的預測,所產生的i個點集,h為觀測函數,是對k+1時刻的系統狀態量的一步估計,所產生的Sigma點集,(11), 步驟3-8:加權求和得到Sigma點集的觀測預測以及系統預測均值和協方差:由(11)得到的Sigma點集的觀測預測值,通過加權求和得到對系統觀測量即預測估計的均值和協方差,其實為,表示均值的加權系數,表示觀測值估計的誤差協方差矩陣;(12), (13), (14); 步驟3-9:卡爾曼增其矩陣計算:(15), 步驟3-10:系統狀態和協方差更新:為系統k+1時刻的狀態量估計即最終估計,為狀態量的一步估計,為卡爾曼增益,為真實的觀測值,在系統中UKF的真實觀測值為Chan算法得到的目標位置x、y坐標,為是對k+1時刻觀測量的預測,為k+1時刻系統的估計誤差協方差矩陣,為一步預測的誤差協方差矩陣,為觀測量估計誤差的協方差矩陣, (16),(17)。
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