一种非视距三维超声波室内定位系统研究

作者：孙冰曼; 张兴红^*

来源：重庆工商大学学报(自然科学版), 2023, 1-10.

• 超声波定位
• 非视距
• 定位算法
• 三维定位

【目的】针对超声波室内定位系统在非视距定位中精度较低的问题，为减少非视距等环境误差与时钟同步等硬件误差，从定位系统整体出发提出一种非视距环境下基于对射式测距的超声波定位系统。【方法】利用差分修正Chan-Taylor算法结合Chan算法与Taylor级数展开算法的优势，通过Chan-Taylor算法估计空间中已知坐标点并记录其误差信息与实际坐标为参考点，运用相邻范围内的参考点对未知点差分加权修正该点经Chan-Taylor算法的初始估计坐标得到最终位置。为简化定位系统复杂度提高视距环境定位精度，提出改进差分修正Chan-Taylor算法减少初始参考点密度，将符合参考点最小间隔条件的待测点经差分修正后的估计坐标记为新参考点，优化原参考点体系误差信息分布情况。【结果】算法仿真实验结果表明：在非视距环境下，差分修正Chan-Taylor算法不同参考点分布区域的平均误差与Chan算法和Chan-Taylor算法相比减小6.43%到37.46%；改进差分修正Chan-Taylor算法在视距定位中平均定位误差减少至少11.15%，RMSE值降低22.59%。搭建超声波室内定位系统验证改进差分修正算法的定位精度，实验结果表明：定位误差范围在3～7.5cm，其中90%的误差值小于6cm，与Chan-Taylor算法相比提高28.23%。【结论】最后，该超声波室内定位系统在非视距定位中定位精度有明显提高，但视距定位中提升较小。可通过提高Chan-Taylor算法精度和改进参考点加权函数在算法方面优化定位算法；通过优化超声波接收端信号识别方法和增大发射端信号范围在硬件方面进一步提升该系统定位精度。

• 单位
  重庆理工大学