基于UWB与GNSS的定位方法及装置

技术领域

本申请涉及定位技术领域，具体而言，涉及一种基于UWB与GNSS的定位方法及装置。

背景技术

目前，GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)与UWB(Ultra Wide Band，超宽带)技术的融合基本只有松耦合的方式，例如，在室内外衔接区域定位用户的设备时，会对GNSS的定位结果及UWB系统的定位结果做可行性判断，进而决定使用何种定位结果。

然而，此种方式在UWB基站数量减少或GNSS卫星数量减少时，容易出现定位故障的情况，影响了对用户设备的定位效果及定位效率。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于UWB与GNSS的定位方法及装置，在UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS的基础上，通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，规避了在室内外衔接区域GNSS或UWB单独定位时基站或卫星数量不足的情况出现，避免了定位故障，提升对用户设备的定位效果及定位效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于UWB与GNSS的定位方法，UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS，所述方法包括:

获取待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站的个数总和N；

判断N是否大于或等于预设个数阈值，所述UWB基站的个数至少为一个；

若是，则对所述待定位设备与所述UWB基站的伪距进行误差修正；

根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建定位观测方程，并对所述定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，所述解算结果用于待定位设备的定位。

在上述实现过程中，本申请实施例的基于UWB与GNSS的定位方法，将UWB基站视作为GNSS卫星，在UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS的基础上，在待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站的个数总和N大于或等于预设个数阈值，且UWB基站的个数至少为一个时，通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正，根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建定位观测方程，并对定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，解算结果用于待定位设备的定位，与上述现有技术相比，该方法将UWB基站视作为GNSS卫星，通常N会大于或等于预设个数阈值，规避了在室内外衔接区域GNSS或UWB单独定位时基站或卫星数量不足的情况出现，并且通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，避免了定位故障，提升了对用户设备的定位效果及定位效率。

进一步地，所述待定位设备与所述UWB基站的伪距满足如下测量方程：

p

其中，p

在上述实现过程中，基于上述测量方程对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正，更好地保障了对用户设备定位的准确度。

进一步地，所述定位观测方程如下：

y＝H*x+ε

其中，y为n维矢量，表示各所述UWB基站测量伪距与计算伪距间的差值；x为四维矢量，x各元素为所述待定位设备的三维坐标和时钟相对于标称状态的偏移量；ε为n维矢量，表示测量噪声；n为所述UWB基站的个数；ε服从相应噪声方差为σ

在上述实现过程中，组建的上述定位观测方程较为科学，符合UWB及GNSS的定位技术，可保障得到的解算结果的准确性更高。

进一步地，所述对所述定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，包括：

采用最小二乘法对所述定位观测方程进行定位解算，得到所述待定位设备的定位结果，所述待定位设备的定位结果满足如下方程：

x＝(H

其中，H

在上述实现过程中，采用最小二乘法得到的定位结果所满足的方程，便于最终解算得到待定位设备的定位结果。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于UWB与GNSS的定位装置，UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS，所述装置包括:

获取模块，用于获取待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站的个数总和N；

判断模块，用于判断N是否大于或等于预设个数阈值，所述UWB基站的个数至少为一个；

误差修正模块，用于在N大于或等于预设个数阈值时，对所述待定位设备与所述UWB基站的伪距进行误差修正；

运算模块，用于根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建定位观测方程，并对所述定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，所述解算结果用于待定位设备的定位。

在上述实现过程中，本申请实施例的基于UWB与GNSS的定位装置，将UWB基站视作为GNSS卫星，在UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS的基础上，在待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站的个数总和N大于或等于预设个数阈值，且UWB基站的个数至少为一个时，通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正，根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建定位观测方程，并对定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，解算结果用于待定位设备的定位，与现有技术相比，该装置将UWB基站视作为GNSS卫星，通常N会大于或等于预设个数阈值，规避了在室内外衔接区域GNSS或UWB单独定位时基站或卫星数量不足的情况出现，并且通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，避免了定位故障，提升了对用户设备的定位效果及定位效率。

进一步地，所述待定位设备与所述UWB基站的伪距满足如下测量方程：

p

其中，p

在上述实现过程中，基于上述测量方程对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正，更好地保障了对用户设备定位的准确度。

进一步地，所述定位观测方程如下：

y＝H*x+ε

其中，y为n维矢量，表示各所述UWB基站测量伪距与计算伪距间的差值；x为四维矢量，x各元素为所述待定位设备的三维坐标和时钟相对于标称状态的偏移量；ε为n维矢量，表示测量噪声；n为所述UWB基站的个数；ε服从相应噪声方差为σ

在上述实现过程中，组建的上述定位观测方程较为科学，符合UWB及GNSS的定位技术，可保障得到的解算结果的准确性更高。

进一步地，所述对所述定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，包括：

采用最小二乘法对所述定位观测方程进行定位解算，得到所述待定位设备的定位结果，所述待定位设备的定位结果满足如下方程：

x＝(H

其中，H

在上述实现过程中，采用最小二乘法得到的定位结果所满足的方程，便于最终解算得到待定位设备的定位结果。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的基于UWB与GNSS的定位方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有上述的电子设备中所使用的计算机程序。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例一提供的基于UWB与GNSS的定位方法的流程示意图；

图2为本申请实施例一提供的基于UWB与GNSS的定位方法的应用场景示意图；

图3为本申请实施例二提供的基于UWB与GNSS的定位装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

目前，GNSS与UWB技术的融合基本只有松耦合的方式，例如，在室内外衔接区域定位用户的设备时，会对GNSS的定位结果及UWB系统的定位结果做可行性判断，进而决定使用何种定位结果。然而，此种方式在UWB基站数量减少或GNSS卫星数量减少时，容易出现定位故障的情况，影响了对用户设备的定位效果及定位效率。

针对上述现有技术中的问题，本申请提供了一种基于UWB与GNSS的定位方法及装置，在UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS的基础上，通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，规避了在室内外衔接区域GNSS或UWB单独定位时基站或卫星数量不足的情况出现，避免了定位故障，提升对用户设备的定位效果及定位效率。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例提供的基于UWB与GNSS的定位方法的流程示意图。本申请实施例中执行下述的基于UWB与GNSS的定位方法的执行主体可以是服务器。

本申请实施例的基于UWB与GNSS的定位方法，将UWB基站视作为GNSS卫星，需要建立在UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS的基础上实行。

本申请实施例的基于UWB与GNSS的定位方法，包括如下步骤：

步骤S110，获取待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站的个数总和N。

结合图2，图2为本申请实施例提供的基于UWB与GNSS的定位方法的应用场景示意图。在图2中，S1、S2、S3、Si、Sn代表GNSS卫星，U1、U2、Un代表UWB基站。

在本实施例中，用户的待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站，即待定位设备可接收到对应信号的GNSS卫星及UWB基站。

可选地，待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站的个数总和N，可以由待定位设备发送给服务器。

步骤S120，判断N是否大于或等于预设个数阈值，UWB基站的个数至少为一个。

若N大于或等于预设个数阈值，则执行步骤S130；若N小于预设个数阈值，则结束本流程。

在本实施例中，预设个数阈值为4。在其他实施例中，预设个数阈值可以为5或6等等，但不适宜为小于4的其他整数。

本实施例将UWB基站视作为GNSS卫星，因此UWB基站的个数至少为一个。

步骤S130，对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正。

待定位设备与UWB基站的伪距，即待定位设备与UWB基站的距离含有时钟误差和大气层折射延迟。

在本实施例中，UWB基站的个数至少为一个，在UWB基站为多个时，待定位设备与UWB基站的伪距包括待定位设备与各UWB基站的伪距。

UWB技术的定位原理与GNSS技术的定位原理虽然基本相同，但UWB定位技术与GNSS定位技术仍然存在区别，因此，需要对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正。

步骤S140，根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建定位观测方程，并对定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，解算结果用于待定位设备的定位。

本申请实施例的基于UWB与GNSS的定位方法，将UWB基站视作为GNSS卫星，在UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS的基础上，在待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站的个数总和N大于或等于预设个数阈值，且UWB基站的个数至少为一个时，通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正，根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建定位观测方程，并对定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，解算结果用于待定位设备的定位，与现有技术相比，该方法将UWB基站视作为GNSS卫星，通常N会大于或等于预设个数阈值，规避了在室内外衔接区域GNSS或UWB单独定位时基站或卫星数量不足的情况出现，并且通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，避免了定位故障，提升了对用户设备的定位效果及定位效率。

在本实施例中，在UWB基站部署合理的情况下，本申请实施例的基于UWB与GNSS的定位方法，可实现室内外定位的平稳过渡。

作为一种可选的实施方式，上述待定位设备与UWB基站的伪距满足如下测量方程：

p

其中，p

对流层误差，即对流层延迟误差，是电磁波信号在通过高度40kin以下的未被电离的中性大气层时所产生的信号延迟误差。

电离层误差，是由于电离层的作用所导致的GPS信号在传播过程中产生时延，主要体现为定位精度的降低和定位方向的限制。可以理解的是，上述测量方程中的电离层误差可忽略，不予考虑。

UWB基站的位置误差，即UWB基站的理想部署位置与实际部署位置的偏差。

多路径误差，是由发射物体到接收物体，经由不同长度的两路径无线电波间互相干扰形成的定位误差。

伪距测量噪声，是伪距测量中其他任意的随机干扰。

在此种实施方式下，基于上述测量方程对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正，更好地保障了对用户设备定位的准确度。

在此基础上，根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建的定位观测方程如下：

y＝H*x+ε

其中，y为n维矢量，表示各UWB基站测量伪距与计算伪距间的差值；x为四维矢量，x各元素为待定位设备的三维坐标和时钟相对于标称状态的偏移量；ε为n维矢量，表示测量噪声；n为UWB基站的个数；ε服从相应噪声方差为σ

在对上述的定位观测方程进行定位解算，得到解算结果时，采用最小二乘法对上述的定位观测方程进行定位解算，得到待定位设备的定位结果，待定位设备的定位结果满足如下方程：

x＝(H

其中，H

上述组建的定位观测方程较为科学，符合UWB及GNSS的定位技术，可保障得到的解算结果的准确性更高；采用最小二乘法得到的定位结果所满足的方程，便于最终解算得到待定位设备的定位结果。

实施例二

为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种基于UWB与GNSS的定位装置。

参见图3，图3为本申请实施例提供的基于UWB与GNSS的定位装置的结构示意图。

本申请实施例的基于UWB与GNSS的定位装置，将UWB基站视作为GNSS卫星，需要建立在UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS的基础上实行。

本申请实施例的基于UWB与GNSS的定位装置，包括：

获取模块210，用于获取待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站的个数总和N；

判断模块220，用于判断N是否大于或等于预设个数阈值，UWB基站的个数至少为一个；

误差修正模块230，用于在N大于或等于预设个数阈值时，对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正；

运算模块240，用于根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建定位观测方程，并对定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，解算结果用于待定位设备的定位。

本申请实施例的基于UWB与GNSS的定位装置，将UWB基站视作为GNSS卫星，在UWB系统的时间及坐标系同步到GNSS的基础上，在待定位设备观测到的GNSS卫星及UWB基站的个数总和N大于或等于预设个数阈值，且UWB基站的个数至少为一个时，通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正，根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建定位观测方程，并对定位观测方程进行定位解算，得到解算结果，解算结果用于待定位设备的定位，与现有技术相比，该装置将UWB基站视作为GNSS卫星，通常N会大于或等于预设个数阈值，规避了在室内外衔接区域GNSS或UWB单独定位时基站或卫星数量不足的情况出现，并且通过UWB基站和GNSS卫星进行组合定位，避免了定位故障，提升了对用户设备的定位效果及定位效率。

作为一种可选的实施方式，误差修正模块230在对待定位设备与UWB基站的伪距进行误差修正时，待定位设备与UWB基站的伪距满足如下测量方程：

p

其中，p

在此基础上，运算模块240根据修正后的伪距及GNSS卫星的观测方程，组建的定位观测方程如下：

y＝H*x+ε

其中，y为n维矢量，表示各UWB基站测量伪距与计算伪距间的差值；x为四维矢量，x各元素为待定位设备的三维坐标和时钟相对于标称状态的偏移量；ε为n维矢量，表示测量噪声；n为UWB基站的个数；ε服从相应噪声方差为σ

运算模块240在对上述的定位观测方程进行定位解算，得到解算结果时，采用最小二乘法对上述的定位观测方程进行定位解算，得到待定位设备的定位结果，待定位设备的定位结果满足如下方程：

x＝(H

其中，H

上述的基于UWB与GNSS的定位装置可实施上述实施例一的基于UWB与GNSS的定位方法。上述实施例一中的可选项也适用于本实施例，这里不再详述。

本申请实施例的其余内容可参照上述实施例一的内容，在本实施例中，不再进行赘述。

实施例三

本申请实施例提供一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的基于UWB与GNSS的定位方法。

可选地，上述电子设备可以是服务器。

另外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有上述的电子设备中所使用的计算机程序。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。