基于MEMS传感器和VLC定位融合的单粒子滤波导航装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于MEMS传感器和VLC定位融合的单粒子滤波导航装置和方法，包括MEMS传感器、INS模块、VLC定位模块、PDR定位模块和测姿定位单粒子滤波器模块；本发明专利技术中基于INS惯导机械编排的误差方程作为融合滤波器的系统方程，用于对粒子群的粒子进行更新。观测方程包括VLC定位信息更新、PDR定位信息更新和磁力计观测量更新，用于计算各个粒子的权重。输出姿态信息给VLC定位模块和PDR定位模块。本发明专利技术首次在VLC定位领域使用融合测姿准确估计VLC接收器的姿态信息，解决VLC定位容易受接收器姿态影响以及在光信号被遮挡情况下定位不连续的问题，并消除姿态对VLC定位的影响。

Single particle filtering navigation device and method based on MEMS sensor and VLC positioning fusion

The invention discloses a navigation device and method of single particle filter MEMS sensor and VLC positioning based on fusion, including MEMS sensor, INS module, VLC positioning module, PDR positioning module and attitude measuring and positioning single particle filter module; INS SINS error equation mechanization as the system equation of fusion filter based on the invention. For particle swarm particle update. The observation equation includes VLC positioning information updating, PDR positioning information updating and magnetometer observation updating, which is used to calculate the weight of each particle. The output attitude information is given to the VLC positioning module and the PDR positioning module. The invention is used for the first time fusion attitude measurement accurate estimation of attitude information of VLC receiver in VLC positioning, VLC positioning receiver to solve attitude influence and the light signal was occlusion problem of discontinuous positioning cases, and eliminate the influence of attitude on VLC positioning.

【技术实现步骤摘要】
基于MEMS传感器和VLC定位融合的单粒子滤波导航装置和方法
本专利技术涉及智能定位装置及方法，特别是涉及基于MEMS传感器和VLC定位融合的单粒子滤波导航装置和方法。
技术介绍
随着室内定位技术的发展和应用，基于可见光通信的室内定位技术也在迅速兴起并得到广泛关注。在充足室内光源的环境下，通过光传感器等设备检测得到经过复用协议调制的光信号，通过信号解调技术可以将不同光源信号数据分离，从而结合环境参数可以计算出定位目标相对每个光源的距离或角度信息，最后通过定位算法如三边定位可以完成目标定位。然而，由于目标接收设备的姿态会随着目标移动产生抖动，将对VLC定位结果带来较大的影响。另一方面，实际场景中光信号容易被遮挡，将会导致定位不连续。针对前一个问题，目前的方案主要是通过多传感器组合共同定位。针对后一个问题，主流的解决方案是通过卡尔曼滤波或者粒子滤波来估计目标位置。但这些方案存在一些问题：1)相比于单传感器定位，多传感器组合定位算法复杂且成本较高；2)目前定位方案中提出的滤波器融合是以探测器姿态平稳为前提，在实际场景中稳定性较差。3)在信号被遮挡的情况频繁发生的场景中，仅通过VLC数据加滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于MEMS传感器和VLC定位融合的单粒子滤波导航装置，其特征在于：包括MEMS传感器、INS模块、VLC定位模块、PDR定位模块和测姿定位单粒子滤波器模块；所述MEMS传感器包括加速度计、陀螺仪以及磁力计；所述测姿定位单粒子滤波器模块的输入包括：加速度计测得的接收器在XYZ方向的加速度信息和陀螺仪测得的接收器在XYZ方向上的角速度信息传递给INS模块，由INS模块对其进行编排得到接收器的INS位置信息、速度信息和姿态信息；磁力计测得的接收器相对东、南、西、北方向的角度信息；加速度计测得的接收器在XYZ方向的加速度信息给PDR定位模块进行位置估计得到的PDR定位信息与VLC定位模块输出的VLC...

【技术特征摘要】
1.基于MEMS传感器和VLC定位融合的单粒子滤波导航装置，其特征在于：包括MEMS传感器、INS模块、VLC定位模块、PDR定位模块和测姿定位单粒子滤波器模块；所述MEMS传感器包括加速度计、陀螺仪以及磁力计；所述测姿定位单粒子滤波器模块的输入包括：加速度计测得的接收器在XYZ方向的加速度信息和陀螺仪测得的接收器在XYZ方向上的角速度信息传递给INS模块，由INS模块对其进行编排得到接收器的INS位置信息、速度信息和姿态信息；磁力计测得的接收器相对东、南、西、北方向的角度信息；加速度计测得的接收器在XYZ方向的加速度信息给PDR定位模块进行位置估计得到的PDR定位信息与VLC定位模块输出的VLC定位信息通过加权平均后的位置信息；所述测姿定位单粒子滤波器模块输出当前时刻接收器的位置信息、速度信息和姿态信息给INS机械编排模块，输出当前时刻接收器的姿态信息给PDR定位模块或VLC定位模块，输出噪声补偿信号反馈给加速度计和陀螺仪，同时输出当前时刻接收器的定位信息。2.根据权利要求1所述的导航装置，其特征在于：所述PDR定位信息和VLC定位信息的权重由VLC定位模块中光信号是否被遮挡来设定，若光信号被遮挡时系统将VLC位置信息的权重设为0，只采用PDR位置信息。3.一种基于权利要求1或2所述导航装置的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立S-PF的状态向量；(2)建立S-PF的系统模型；(3)建立S-PF的观测方程；(4)S-PF滤波输出定位信息。4.根据权利要求3所述的一种导航方法，其特征在于：所述步骤(1)中S-PF的状态向量为：x＝[δrnδvnψbgba]T其中，δrn、δvn、ψ、bg和ba分别是接收器的位置误差矢量、速度误差矢量、姿态误差矢量、陀螺仪偏差矢量和加速度计偏差矢量。5.根据权利要求4所述的一种导航方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：(21)将加速度计和陀螺仪采集到的接收器数据信息输入到INS模块进行机械编排算法处理得到接收器当前位置信息、速度信息和姿态信息并输入到S-PF中；对姿态矩阵进行坐标变换，其坐标转移方程为：其中，为rn的一阶导数，是导航坐标系中的位置向量，表示纬度，λ表示经度和h表示高度；是vn的一阶导数，vn是三维速度向量；gn是导航坐标系中的重力向量；表示位置增量；表示速度增量；fb是载体坐标系中的特定力矢量；D-1是一个关于和h的3×3矩阵；是的一阶导数，是由INS机械编排预测的从载体坐标系到导航坐标系的方向余弦矩阵；和分别为角速度矢量和的斜对称矩阵；而和表示地球自传的角速度和导航坐标系相对于地心地固坐标系的转动角速度；和表示载体坐标系相对于惯性坐标的转动角速度和导航坐标系相对于惯性坐标的转动角速度；(22)S-PF的系统模型为具体展开公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：庄园，华鲁驰，戚隆宁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32