一种室内外定位方法及系统技术方案

一种室内外定位方法及系统，设置若干节点，每个节点包括CPU、GNSS接收机、IMU和UWB定位模块，当节点还没有获得自身的位置之前属性设置为Tag，已经获得后设置为Anchor，为其他Tag节点的定位提供参考位置；Anchor节点与Tag节点之间传输的信息包含测距信息和Anchor节点的位置信息；根据预设Anchor节点，属性为Tag的节点比较GNSS、UWB、IMU的定位结果和定位精度，从中选取精度最好的，并判断定位精度是否超限，如果不超限则转换为Anchor，为其他Tag提供定位服务。本发明专利技术扩大了定位范围，降低了系统成本，提高了可靠性，提高了系统的扩展性，保护了定位用户的隐私权。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感器领域，专利技术了一种集成多传感器技术的室内外组合定位技术。
技术介绍
室外定位技术已经相当成熟，基于GNSS的定位技术可以满足从米级到毫米级甚至更高精度的定位需求。由于物联网以及消防、警务、旅游等各种行业以及消费群体的需求，室内定位技术成为当今研究的热点，室内定位技术有多种技术平台可供使用，目前能在精度与成本之间取得较好平衡的是UWB定位技术。而目前的UWB定位技术使用的局限性很大，例如必须在定位区域内布设一定数量的Anchor，并且对这些Anchor的坐标进行精确测量，用户容量有限等，这样就使得UWB定位的灵活性很低，受到区域的限制，同时难以实现室内外定位的无缝结合。具体来说，目前的UWB定位系统中，将节点划分为Tag和Anchor两类。其中，Tag是需要定位的未知点，而Anchor的位置需要固定，并且需要事先用其他定位方式将其位置测量出来(例如用全站仪)。这种模式使得目前的UWB定位系统的使用范围受到很大限制，给室内定位的推广使用造成了障碍，也不容易实现室内外定位的无缝结合。另外，定位运算集中在定位服务器，使得定位系统的可靠性降低，并且限制了用户数量。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术提供一种室内外定位方法及系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术还提供一种室内外定位方法，设置若干节点，每个节点包括CPU、GNSS接收机、IMU和UWB定位模块，GNSS接收机、IMU、UWB定位模块分别与CPU连接，当一个节点还没有获得自身的位置之前，将自身的属性设置为Tag；在一个节点已经获得自身的位置后，将自身的属性设置为Anchor，为其他Tag节点的定位提供参考位置；Anchor节点与Tag节点之间传输的信息不仅包含测距信息，还包含Anchor节点的位置信息；根据预设的属性设置为Anchor的节点，属性为Tag的节点采用以下流程运行，步骤1，记GNSS、UWB、IMU的定位结果为Pgnss、Puwb、Pimu，定位精度为Agnss、Auwb、Aimu，判断GNSS是否可以定位，是则进入步骤2，否则进入步骤3；步骤2，比较GNSS定位精度Agnss和IMU定位精度Aimu，选取精度高的定位结果更新当前位置Pos和当前精度Acc，包括如果Agnss<Aimu，则Pos＝Pgnss，Acc＝Agnss，否则Pos＝Pimu，Acc＝Aimu；进入步骤5；步骤3，将UWB定位模块设置为Tag模式，通过与周边属性为Anchor的节点通信进行UWB定位来确定位置Puwb和定位精度Auwb；如果UWB定位不成功，则令UWB定位精度Auwb为一个极大值，表示不使用其定位结果；进入步骤4；步骤4，比较UWB定位精度Auwb和IMU定位精度Aimu，选取精度高的定位结果更新当前位置Pos和当前精度Acc，包括如果Auwb<Aimu，则Pos＝Puwb，Acc＝Auwb，否则Pos＝Pimu，Acc＝Aimu；步骤5，根据当前位置Pos和当前精度Acc，判断当前的定位精度是否超限，如未超限，则将UWB模块设置为Anchor模式，为周围的UWB Tag提供定位服务，并回到步骤1重新进入执行；如果超限，直接返回步骤1重新进入执行。而且，所述IMU的定位结果Pimu和IMU定位精度Aimu，根据最近的定位结果Pos和定位精度Acc，采用Dead reckoning航位推测算法得到。本专利技术还相应提供一种室内外定位系统，设置若干节点，每个节点包括CPU、GNSS接收机、IMU和UWB定位模块，GNSS接收机、IMU、UWB定位模块分别与CPU连接，当一个节点还没有获得自身的位置之前，将自身的属性设置为Tag；在一个节点已经获得自身的位置后，将自身的属性设置为Anchor，为其他Tag节点的定位提供参考位置；Anchor节点与Tag节点之间传输的信息不仅包含测距信息，还包含Anchor节点的位置信息；基于预设的属性设置为Anchor的节点，属性为Tag的节点设置以下模块，第一模块，用于记GNSS、UWB、IMU的定位结果为Pgnss、Puwb、Pimu，定位精度为Agnss、Auwb、Aimu，判断GNSS是否可以定位，是则命令第二模块工作，否则命令第三模块工作；第二模块，用于比较GNSS定位精度Agnss和IMU定位精度Aimu，选取精度高的定位结果更新当前位置Pos和当前精度Acc，包括如果Agnss<Aimu，则Pos＝Pgnss，Acc＝Agnss，否则Pos＝Pimu，Acc＝Aimu；命令第五模块工作；第三模块，用于将UWB定位模块设置为Tag模式，通过与周边属性为Anchor的节点通信进行UWB定位来确定位置Puwb和定位精度Auwb；如果UWB定位不成功，则令UWB定位
精度Auwb为一个极大值，表示不使用其定位结果；命令第四模块工作；第四模块，用于比较UWB定位精度Auwb和IMU定位精度Aimu，选取精度高的定位结果更新当前位置Pos和当前精度Acc，包括如果Auwb<Aimu，则Pos＝Puwb，Acc＝Auwb，否则Pos＝Pimu，Acc＝Aimu；第五模块，用于根据当前位置Pos和当前精度Acc，判断当前的定位精度是否超限，如未超限，则将UWB模块设置为Anchor模式，为周围的UWB Tag提供定位服务，并命令第一模块工作重新进入工作；如果超限，直接命令第一模块工作重新进入工作。而且，所述IMU的定位结果Pimu和IMU定位精度Aimu，根据最近的定位结果Pos和定位精度Acc，采用Dead reckoning航位推测算法得到。本专利技术通过多传感器集成以及改变UWB定位的系统架构，提出了一种可以适应更多环境，覆盖分为更广的室内定位系统，并能够更好的实现室内外定位的无缝结合。本专利技术所提出的定位技术相比原来的UWB定位系统至少有如下优势：1，扩大了定位范围。原先的UWB定位系统必须在定位区域内安装UWB Anchor，用户离开这个预定的区域就无法再定位。而本专利技术提出的方法所实现的系统，只要需要定位的用户周围有2个或2个以上的定位用户成功通过任何方式定位，该用户就可以成功定位，定位用户自身就可以将定位区域进行扩展。2，降低了系统成本，提高了可靠性，原先的UWB定位系统必须在区域内安装多个Anchor，并需要对Anchor进行位置测量，同时配置位置解算服务器。而本专利技术提出的方法所实现的系统，Anchor的安装成为可选的，也不再需要解算服务器，系统的可靠性瓶颈得以突破。3，提高了系统的扩展性，保护了定位用户的隐私权。原先的UWB定位系统对解算服务器有着很大的依赖性，所有的计算任务都交给解算服务器，因此用户容量就收到解算服务器的性能制约。而本专利技术提出的方法所实现的系统，将位置解算的任务由服务器分解到用户自身，这样一来，系统的用户数就可以无限扩大，不再受到制约。而用户自身的位置也不再由服务器计算分发，用户自身的位置隐私得到了一定的保护。附图说明图1本专利技术实施例的结构示意图。图2本专利技术实施例的测量使用示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例详细说明本专利技术技术方案。UWB的定位原理是，未知位置的UWB设备(通常称作Tag)通过测量与已知位置设备...

【技术保护点】
一种室内外定位方法，其特征在于：设置若干节点，每个节点包括CPU、GNSS接收机、IMU和UWB定位模块，GNSS接收机、IMU、UWB定位模块分别与CPU连接，当一个节点还没有获得自身的位置之前，将自身的属性设置为Tag；在一个节点已经获得自身的位置后，将自身的属性设置为Anchor，为其他Tag节点的定位提供参考位置；Anchor节点与Tag节点之间传输的信息不仅包含测距信息，还包含Anchor节点的位置信息；根据预设的属性设置为Anchor的节点，属性为Tag的节点采用以下流程运行，步骤1，记GNSS、UWB、IMU的定位结果为Pgnss、Puwb、Pimu，定位精度为Agnss、Auwb、Aimu，判断GNSS是否可以定位，是则进入步骤2，否则进入步骤3；步骤2，比较GNSS定位精度Agnss和IMU定位精度Aimu，选取精度高的定位结果更新当前位置Pos和当前精度Acc，包括如果Agnss<Aimu，则Pos＝Pgnss，Acc＝Agnss，否则Pos＝Pimu，Acc＝Aimu；进入步骤5；步骤3，将UWB定位模块设置为Tag模式，通过与周边属性为Anchor的节点通信进行UWB定位来确定位置Puwb和定位精度Auwb；如果UWB定位不成功，则令UWB定位精度Auwb为一个极大值，表示不使用其定位结果；进入步骤4；步骤4，比较UWB定位精度Auwb和IMU定位精度Aimu，选取精度高的定位结果更新当前位置Pos和当前精度Acc，包括如果Auwb<Aimu，则Pos＝Puwb，Acc＝Auwb，否则Pos＝Pimu，Acc＝Aimu；步骤5，根据当前位置Pos和当前精度Acc，判断当前的定位精度是否超限，如未超限，则将UWB模块设置为Anchor模式，为周围的UWB Tag提供定位服务，并回到步骤1重新进入执行；如果超限，直接返回步骤1重新进入执行。...

【技术特征摘要】
1.一种室内外定位方法，其特征在于：设置若干节点，每个节点包括CPU、GNSS接收机、IMU和UWB定位模块，GNSS接收机、IMU、UWB定位模块分别与CPU连接，当一个节点还没有获得自身的位置之前，将自身的属性设置为Tag；在一个节点已经获得自身的位置后，将自身的属性设置为Anchor，为其他Tag节点的定位提供参考位置；Anchor节点与Tag节点之间传输的信息不仅包含测距信息，还包含Anchor节点的位置信息；根据预设的属性设置为Anchor的节点，属性为Tag的节点采用以下流程运行，步骤1，记GNSS、UWB、IMU的定位结果为Pgnss、Puwb、Pimu，定位精度为Agnss、Auwb、Aimu，判断GNSS是否可以定位，是则进入步骤2，否则进入步骤3；步骤2，比较GNSS定位精度Agnss和IMU定位精度Aimu，选取精度高的定位结果更新当前位置Pos和当前精度Acc，包括如果Agnss<Aimu，则Pos＝Pgnss，Acc＝Agnss，否则Pos＝Pimu，Acc＝Aimu；进入步骤5；步骤3，将UWB定位模块设置为Tag模式，通过与周边属性为Anchor的节点通信进行UWB定位来确定位置Puwb和定位精度Auwb；如果UWB定位不成功，则令UWB定位精度Auwb为一个极大值，表示不使用其定位结果；进入步骤4；步骤4，比较UWB定位精度Auwb和IMU定位精度Aimu，选取精度高的定位结果更新当前位置Pos和当前精度Acc，包括如果Auwb<Aimu，则Pos＝Puwb，Acc＝Auwb，否则Pos＝Pimu，Acc＝Aimu；步骤5，根据当前位置Pos和当前精度Acc，判断当前的定位精度是否超限，如未超限，则将UWB模块设置为Anchor模式，为周围的UWB Tag提供定位服务，并回到步骤1重新进入执行；如果超限，直接返回步骤1重新进入执行。2.根据权利要求1所述室内外定位方法，其特征在于：所述IMU的定位结果Pimu和IMU定位精度Aimu，根据最近的定位结果Pos和定位精度Acc，采用Dead reckoning航位推测算法得到。3.一种室内外定位系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42