本发明属于无线定位，尤其涉及一种基于rtk的uwb定位系统快速布设方法。
背景技术：
1、随着城市化进程的加快和移动设备的普及，城市环境下高精度定位需求得到显著增长。被广泛应用的全球卫星导航系统gnss能够在全球范围内为用户提供全天候、全时段、高精度的位置信息服务，但由于卫星信号极易受到干扰和遮挡的特点，无法应用于城市峡谷、商场、隧道、地下车库等复杂场景。为解决现代生产生活位置服务“最后一公里”的问题，高精度室内外一体化定位技术成为当前导航定位领域的研究重点。uwb(ultra wide band,超宽带)技术凭借系统复杂度低、发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点在众多室内定位技术中脱颖而出。
2、然而超宽带定位通常需要提前布设定位基站，人工测量出基站的坐标，然后手动输入配置参数，当系统规模较大且与rtk同时使用时，基站的配置工作将占据大部分的人工成本，并且由于当地平面坐标数值通常较大，人工输入配置也容易产生错误，增加系统调试工作量。通过调研发现，目前市场产品大多考虑室内小场景内的基站标定，基站个数限制在6-8个以内，对于室内外一体化的大范围场景基站标定还需人工测量配置。
3、中国专利文献cn 115792797 a公开了一种基于可移动机载uwb基站的密林环境定位方法，利用无人机搭，载uwb基站，在密林上空飞行建立可移动uwb通信网络，以移动单基站模拟多基站，通过ppp-rtk对基站位置进行标定，利用惯性导航单元确定uwb标签位移，以基站已知位置，标签移动位移和uwb距离测量值为原始观测值，建立uwb定位模型，确定uwb标签位置，解决密林环境下定位问题。该技术方案是让搭载uwb基站的无人机在uwb信号与卫星信号交叉区域以给定速度做圆周运动，选取四个固定时间间隔的无人机位置作为四个uwb基站，利用ppp-rtk技术确定uwb基站位置，由于这里的四个超宽带基站是通过单基站移动模拟生成的，因此uwb标签位置解算时需要借助惯性测量单元，确认无人机在运动过程中uwb标签的位移，最终利用uwb基站位置、uwb标签与基站的距离和uwb标签的位移解算出uwb标签的绝对位置。这种方法仅需携带一个uwb基站，将其固定在无人机即可实现移动单基站模拟多基站的效果，然而由于uwb标签与四个uwb基站的测距不能同时进行，因此要求uwb标签携带惯性测量单元；虽然通过这种方式能避免架设多个基站，但当定位区域较大时，惯性测量单元的累积误差会降低uwb标签的定位精度；另外这种方法要求基站必须架设在uwb信号与卫星信号交叉区域。
4、因此，有必要提供一种基于rtk的uwb定位系统快速布设方法。解决现有人工配置存在的各种问题，减少对专业知识的依赖，能快速布设uwb定位系统，降低安装成本。
技术实现思路
1、本发明提供一种基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，降低uwb定位系统的部署成本和复杂性，提高系统的可扩展性以及系统定位的精度和可靠性。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，该基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，具体步骤为：
3、s1：在uwb定位区域内布设定位基站并通电，携带支持rtk定位和uwb测距的定位标签在定位区域内沿所述定位基站移动，记录并保存rtk定位信息和uwb测距信息；
4、s2：完成rtk定位和uwb测距的时间同步，并将rtk定位的坐标进行转换，实现rtk定位与uwb测距的空间同步；
5、s3：根据相邻时刻所述定位标签相对于同一定位基站的uwb测距信息和时间间隔，计算当前时刻所述定位标签相对于该定位基站的运动速度，得到uwb视距信号测距信息；
6、s4：构建图优化算法框架，输入所述步骤s2中得到的所述定位标签在当地平面坐标系下的运动轨迹和所述步骤s3中得到的uwb视距信号测距信息解算所述各个定位基站的当地平面坐标，实现uwb定位基站的标定。
7、采用上述技术方案，在定位区域内布设多个超宽带定位基站，携带定位标签在能够进行rtk定位且能够和定位基站测距的区域内移动，保存rtk提供的位置信息和超宽带基站提供的距离测量值；即可获取uwb基站的绝对位置，然后利用uwb基站位置和uwb标签与基站间的距离即可获取uwb标签的位置。通过投影变换获得定位标签的当地平面坐标，实现其与超宽带定位基站的空间同步，经过时间粗同步和时间精同步两个步骤完成定位标签运动位置信息与测距信息的时间同步；考虑到无线信号易受到非视距干扰，添加了非视距鉴别功能，可根据标签的属性设定运动速度变化阈值，若标签运动速度变化明显超出阈值，则认为当前测量值为非视觉信号，需要将其剔除；然后构建了图优化框架，利用高斯牛顿法迭代优化获取定位基站的当地平面坐标。避免了繁琐的人工测量和手动设置与校准过程，不仅降低了安装成本，还减少了对专业知识的依赖，使非专家也能快速部署uwb定位系统。该技术方案不需要使用惯性测量单元，不会存在累积误差，而且不要求基站必须架设在uwb信号和卫星信号交叉区域，此外支持uwb测距和rtk的设备只是基站位置标定工具，仅在uwb定位系统布设初期需要使用，后续uwb标签定位不使用。
8、优选地，所述步骤s1中的定位标在所述定位区域内沿所述定位基站移动，所得的所述rtk定位信息为定位标签在每个rtk采样时刻的大地坐标，所述uwb测距信息为定位标签在每个uwb采样时刻与各个定位基站的测距值。
9、优选地，所述步骤s2具体步骤为：
10、s21：根据所述定位标签接收rtk定位信息和uwb测距信息的时间顺序，完成rtk与uwb的时间同步；
11、s22：利用投影变换将所述rtk提供的大地坐标转换为当地平面坐标，实现rtk定位与uwb测距的空间同步。这里采用utm投影变换。
12、优选地，所述步骤s21中的rtk定位与uwb定位的时间同步分为粗同步和精同步，具体步骤为：
13、s211粗同步：以rtk定位信息为基准，记录每个rtk采样时刻t前后两个uwb的采样时间tbefore、tafter；
14、s212精同步：根据rtk定位和uwb定位的采样频率，确定两者时间同步最大间隔δt，根据前后两个uwb采样时刻、rtk采样时刻和时间同步最大间隔，确定与rtk定位信息时间同步的uwb测距信息；
15、计算公式为：
16、
17、优选地，所述步骤s212中的时间同步最大间隔为50毫秒。
18、优选地，所述步骤s3中根据定位标签相对于同一定位基站的移动速度判断当前uwb测距值是否为非视距信号，若所述运动速度大于设定的速度阈值，则认为所述uwb测距信息为非视距信号，将其剔除，即获得uwb视距信号测距信息。
19、优选地，所述步骤s3中判断是否为非视距信号的具体步骤为：
20、s31：根据相邻时刻定位标签相对于同一定位基站i的距离，计算当前时刻定位标签相对于该定位基站i的运动速度计算公式为：
21、
22、其中，分别为相邻时刻定位标签相对于定位基站i的uwb测距信息，tk-1,tk分别为相邻时刻uwb采样时刻，为当前时刻定位标签相对于定位基站i的运动速度；
23、s32：根据定位标签相对于定位基站i的运动速度与设定的速度阈值的对比结果，判定当前uwb测距信息是否为非视距信号，判别公式为：
24、
25、其中，为当前时刻定位标签相对于定位基站i的运动速度，vthreshold为判断uwb测距是否为非视距信号的设定的速度阈值，根据定位标签的属性设定。
26、优选地，所述步骤s4中利用所述定位标签运动的当地平面坐标和uwb视距信号测距信息解算所述定位基站当地平面坐标的具体步骤为：
27、s41：构建k时刻所述定位标签与定位基站i的测距模型，表示为：
28、
29、其中，表示k时刻所述定位标签与定位基站i的测距值，是由uwb提供的测量值，(xi,yi)为所述定位基站i的平面坐标，是待估值，为所述定位标签在k时刻的平面坐标，是由rtk定位提供的测量值；
30、s42：基于图优化的算法构建损失函数，并对其进行优化直至迭代次数达到预设最大次数或损失函数的结果满足阈值要求，输出所述定位基站坐标的最优估值。
31、优选地，所述步骤s42中基于图优化解算所述定位基站坐标最优估值的具体步骤为：
32、s421：构建基于图优化的损失函数，公式为：
33、
34、其中，表示k时刻所述定位标签与定位基站i距离的测量值，k表示[1,m]区间内的任意时刻，i表示[1,n]区间内的任意的定位基站，表示k时刻所述定位标签与定位基站i距离的估值，x表示所述定位基站的平面坐标，pki表示k时刻定位基站i对应的距离测量值所代表的权重，通常取距离测量值的倒数。
35、s422：采用高斯牛顿法迭代优化可获取损失函数f(x)最小时所对应的定位基站的坐标估计值x。
36、优选地，所述步骤s422的具体步骤为：
37、s4221：给定初始值x0；
38、s4222：对于第j次迭代，求出当前损失函数f(x)相对于xj的雅可比矩阵j(xj)和误差f(xj)；
39、s4223：求解增量方程：hjδxj＝g(xj),其中hj＝j(xj)tj(xj)为二阶hessian矩阵的近似，g(xj)＝-j(xj)tf(xj)；
40、s4224：若δxj足够小，则停止，否则，令xj+1＝xj+δxj，返回步骤s4222。
41、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：该基于rtk的uwb定位系统快速布设方法实现了rtk位置信息和uwb测距信息的时空同步、非视距距离测量值的鉴别与剔除和基站坐标自解算系统，实现了超宽带无线定位系统基站的一体化配置。它简单易操作减少了对专业知识的依赖，避免了繁琐的手动设置和校准过程，同时对定位基站没有容量的限制，只需定位基站与定位标签正常测距即可，方便客户灵活调整系统布设结构，同时大幅缩短了室内外一体化项目中工程布设和校准的时间，降低了人工成本。
1.一种基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，所述步骤s1中的定位标在所述定位区域内沿所述定位基站移动，所得的所述rtk定位信息为定位标签在每个rtk采样时刻的大地坐标，所述uwb测距信息为定位标签在每个uwb采样时刻与各个定位基站的测距值。
3.根据权利要求1所述的基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，所述步骤s2具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，所述步骤s21中的rtk定位与uwb定位的时间同步分为粗同步和精同步，具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，所述步骤s212中的时间同步最大间隔为50毫秒。
6.根据权利要求4所述的基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，所述步骤s3中根据定位标签相对于同一定位基站的移动速度判断当前uwb测距值是否为非视距信号，若所述运动速度大于设定的速度阈值，则认为所述uwb测距信息为非视距信号，将其剔除，即获得uwb视距信号测距信息。
7.根据权利要求6所述的基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，所述步骤s3中判断是否为非视距信号的具体步骤为：
8.根据权利要求7所述的基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，所述步骤s4中利用所述定位标签运动的当地平面坐标和uwb视距信号测距信息解算所述定位基站当地平面坐标的具体步骤为：
9.根据权利要求8所述的基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，所述步骤s42中基于图优化解算所述定位基站坐标最优估值的具体步骤为：s421：构建基于图优化的损失函数，公式为：
10.根据权利要求9所述的基于rtk的uwb定位系统快速布设方法，其特征在于，所述步骤s422的具体步骤为：
