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申请/专利权人：中铁第一勘察设计院集团有限公司

摘要：本发明提出了一种基于UWB的高精度3D实时定位方法、系统及存储介质，该方法包括：基于UWB的脉冲信号计算第一、二、三定位基站及第四定位基站分别到目标对象的初始距离，第一、二、三定位基站位于同一平面XOY上，第四定位基站不位于平面XOY上；使用最小二乘法对第一、二、三定位基站之间的标准距离和测量距离进行拟合得到校准公式，使用校准公式对初始距离进行校准；基于校准后的初始距离和三个定位基站的坐标计算目标对象在平面XOY中的第一坐标和第二坐标；基于第四定位基站从第一、二坐标选择一个坐标作为目标坐标；基于目标坐标及第四定位基站的坐标确定目标对象的三维坐标，可以精确、实时地对目标对象进行定位。

主权项：1.一种基于UWB的高精度3D实时定位方法，其特征在于，该方法包括：初始化步骤，基于UWB的脉冲信号计算第一、二、三定位基站及第四定位基站分别到目标对象的初始距离，所述第一、二、三定位基站位于同一平面XOY上，所述第四定位基站不位于平面XOY上；校准步骤，测量所述第一、二、三定位基站的坐标计算出所述第一、二、三定位基站两两之间的标准距离，基于UWB的脉冲信号计算第一、二、三定位基站两两之间的测量距离，使用最小二乘法对所述标准距离和测量距离进行拟合得到校准公式，所述校准公式相关参数写入程序后，程序自动使用所述校准公式对初始距离进行校准得到校准后的初始距离；计算步骤，基于所述校准后的初始距离和三个定位基站的坐标计算所述目标对象在平面XOY中的第一坐标和第二坐标；优化步骤，基于三维空间中的第四定位基站从所述第一坐标和第二坐标选择一个坐标作为目标坐标；确定步骤，基于所述目标坐标及所述第四定位基站的坐标计算所述目标对象的Z轴坐标，基于所述目标坐标和所述Z轴坐标确定所述目标对象的三维坐标；所述初始化步骤执行的操作为：使用双向飞行时间法基于UWB的脉冲信号计算第一、二、三、四定位基站分别到目标对象的初始距离cd1、cd2、cd3和cd4，然后校准步骤中使用所述校准公式对初始距离进行校准得到校准后的初始距离d1、d2、d3和d4；所述计算步骤执行的操作为：令第一、二、三、四定位基站的坐标分别为x1，y1，z1、x2，y2，z2、x3，y3,z3和x4，y4,z4；以第任一定位基站为圆心的圆表达式表示为： 对圆表达式处理可得： 则i的取值为1、2、3，分别表示第一、二、三定位基站，N表示定位基站的数目；使用矩阵表示上式为：其中： 代入N＝3，求解出两个解Xa，Ya，Xb，Yb作为所述目标对象在平面XOY中的第一坐标和第二坐标；所述优化步骤执行的操作为：以第四定位基站为圆心可得圆表达式为：X-X42+Y-Y42＝d42计算Xa，Ya，Xb，Yb到上述圆的距离，距离最近作为目标坐标X，Y；在所述确定步骤中，以第四定位基站为球心可得球表达式为：X-X42+Y-Y42+Z-Z42＝d42将目标坐标X，Y代入所述球表达式中计算出所述目标对象的Z坐标，将X，Y，Z作为所述目标对象的三维坐标。

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