一种室内外一体化的组合定位装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种室内外一体化的组合定位装置，属于定位技术领域，解决为人员提供全空域覆盖的位置信息服务问题，装置包括数据采集模块、组合定位模块；数据采集模块用于采集磁场数据、角速度数据、加速度数据、无线信号数据、气压高度数据磁场和卫星导航数据；组合定位模块与所述数据采集模块连接，接收所述数据采集模块采集的数据，判断当前定位条件是否处于室内，是，则基于粒子滤波框架融合惯导定位、磁场匹配定位、无线定位、气压测高和地图约束，进行人员的定位解算；否，则采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行人员的定位解算。本发明专利技术可为人员提供全空域覆盖的位置信息服务，用于紧急救援、安全管理、定位导航等场景。

A Combined Positioning Device for Indoor and Outdoor Integration

【技术实现步骤摘要】
一种室内外一体化的组合定位装置
本专利技术涉及定位
，尤其是一种室内外一体化的组合定位装置。
技术介绍
定位技术是指通过无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套位置定位体系，从而为军事指挥、航空航天、交通运输、气象、出行、应急救援、安全监控等行业的应用提供位置服务。随着移动通信、无线传感网络的发展，定位技术已逐渐步入了全新的阶段。以GPS、北斗为主的卫星定位导航技术已经在室外得到了广泛和成熟的应用，但在室内、地下、洞穴、城市街巷、山地丛林等卫星信号无法覆盖或者遮挡严重的应用场合，应用受限。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种室内外一体化的组合定位装置，为人员提供全空域覆盖的位置信息服务。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术公开了一种室内外一体化的组合定位装置，包括，数据采集模块、组合定位模块；所述数据采集模块用于采集磁场数据、角速度数据、加速度数据、无线信号数据、气压高度数据和卫星导航数据；所述组合定位模块与所述数据采集模块连接，接收所述数据采集模块采集的数据，判断当前定位条件是否处于室内，是，则基于粒子滤波框架融合惯导定位、磁场匹配定位、无线定位、气压测高和地图约束，进行人员的定位解算；否，则采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行人员的定位解算。进一步地，所述数据采集模块包括磁传感器模块、IMU模块、无线信号采集模块、气压传感器模块和卫星定位模块；所述磁传感器模块包括三轴数字磁传感器，用于测量并输出定位装置所处位置的磁场三轴分量数据；所述IMU模块集成三轴加速度计和三轴陀螺仪的MINS传感器，用于测量并输出包括三轴加速度和三轴角速度的惯导数据；无线信号采集模块，用于采集无线基站发射的无线信号数据；所述气压传感器模块，用于测量定位装置所处位置的大气压强，输出气压高度数据；所述卫星定位模块，用于接收导航卫星数据进行卫星定位，输出卫星定位数据。进一步地，所述组合定位模块包括定位滤波模块，所述定位滤波模块包括室内外判别模块、室内定位滤波模块和室外定位滤波模块；所述室内外判别模块，根据设定的条件判断所述组合定位装置位于室内或室外；所述室内定位滤波模块，根据所述数据采集模块输出的惯导数据、磁场数据、无线信号数据和气压高度数据，采用基于粒子滤波框架的融合定位方法，进行定位解算；所述室外定位滤波模块，采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行定位解算。进一步地，所述室内外判别模块与卫星定位模块和无线信号采集模块连接；根据卫星定位模块采集的导航卫星信号强度或通过无线信号采集模块采集无线基站的MAC地址数据判断室内或室外。进一步地，所述组合定位模块还包括传感器参数存储模块、数据校正模块、磁干扰数据识别及分离模块和行人航位推算模块；所述传感器参数存储模块，用于存储磁传感器模块和IMU模块的原始参数；所述数据校正模块，用于根据磁传感器模块的原始参数，对所述磁传感器模块输出的磁场数据进行校正；根据IMU模块的原始参数，对IMU模块输出的三轴加速度和三轴角速度数据进行校正；所述磁干扰数据识别及分离模块，用于对校正后的磁场数据进行干扰识别与分离，输出干扰分离后的磁场数据；并将干扰分离后的磁场数据输出到所述室内定位滤波模块；所述行人航位推算模块，用于根据校正后的三轴加速度和三轴角速度数据进行行人航位推算，输出人员的步长、航向以及位置信息；并检测零速，估计当前陀螺仪零偏，修正所述传感器参数存储模块存储的陀螺仪零偏。进一步地，所述室内定位滤波模块包括首匹配模块和定位跟踪模块；所述首匹配模块，用于通过无线定位和气压测高，生成以定位关键点位置为中心的首匹配粒子集；通过行人航位推算与磁场匹配的定位融合方法，更新粒子权重，直至得到符合收敛性条件的粒子，则判断首匹配成功，输出首匹配定位结果；所述定位跟踪模块，用于依据首匹配定位结果，生成第一次定位跟踪粒子集；通过行人航位推算与磁场匹配的定位融合方法，进行粒子权重更新，输出跟踪定位结果，当判断粒子符合收敛性条件，更新上一次的定位跟踪粒子集，重复上述定位跟踪过程，持续输出跟踪定位结果。进一步地，所述首匹配模块中的首匹配方法包括，1)生成以定位关键点位置为中心、覆盖第一设定范围的首匹配粒子集；所述定位关键点的平面位置数据为首匹配时接收无线信号数据的发射基站的平面位置数据；所述定位关键点的高度数据为测量的气压高度数据；所述首匹配粒子集中每个粒子的信息包括三维位置、航向和权重；2)进行磁场匹配得到每个粒子的相关值；依据行人航位推算结果，提取设定长度的磁场采集数据作为第一磁场数据，结合首匹配粒子集中的粒子信息，获取磁场采集数据对应的磁场图中的磁场数据作为第二磁场数据，通过磁场匹配算法计算第一、第二磁场数据的匹配相关值，作为每个粒子的相关值；3)粒子权重更新；将所述粒子的相关值与当前粒子的权重相乘，获得粒子的最新权重信息；4)粒子收敛性判别根据每个粒子的三维位置以及最新权重信息，计算当前粒子位置的聚集程度，若粒子聚集程度超过设定阈值，则判定收敛，输出首匹配定位结果；否则，返回2)重新提取磁场采集数据，计算粒子相关值。进一步地，所述粒子位置聚集程度：式中：N为粒子数目；Pxi，Pyi，Pzi为第i个粒子对应的三维位置；wi为第i个粒子对应的权重；当粒子收敛时，首匹配的定位结果为(Cx，Cy，Cz)。进一步地，所述定位跟踪模块中，第一次定位跟踪粒子集为以首匹配定位结果为中心，覆盖第二设定范围的粒子集；定位跟踪粒子权重的更新，首先采用与首匹配相同的更新方法得到相应的权重，再乘以每个粒子距离当前无线基站距离的倒数，获得当前粒子的最新权重；根据地图约束条件，如果判断当前粒子位置为行人无法到达位置，则将该粒子的权重设为0。进一步地，所述行人航位推算模块中，根据公式式中，Var为方差；Acc为合加速度，throld1_acc为合加速度阈值；Acc_max为设定周期内合加速度的最大值；Acc_min为设定周期内合加速度的最小值；throld2_acc：为设定周期内合加速度峰峰值阈值。根据式中fs为MEMS模块的采集频率；fs_step为当前一步持续的时长。本专利技术有益效果如下：本专利技术可为人员提供全空域覆盖的位置信息服务，用于紧急救援、安全管理、定位导航等场景。该方法最大优点是硬件部署少、维护简单、可以分辨楼层、不易受遮挡和干扰；同时通过对整体定位架构的改进，提高了磁场定位的稳定性，从而确保了该室内定位系统的鲁棒性和对绝大多数应用场景的适应性。并且本专利技术使用的三轴数字磁传感器，灵敏度高，噪声低，零点稳定速度快，电路简单、体积小，保证测量精度的同时有效降低了成本；使用无线定位，实现了定位装置对复杂场景下关键位置点的识别；用气压传感器，可有效分辨楼层；采用GPS/北斗双模卫星导航模块，实现了室内外一体化无缝导航；支持边缘侧实时解算，可有效降低带宽需求，提高实时性和用户体验。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例中的室内外一体化的组合定位装置原理示意图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。本实施例公开了一种室内外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内外一体化的组合定位装置，其特征在于，包括，数据采集模块、组合定位模块；所述数据采集模块用于采集磁场数据、角速度数据、加速度数据、无线信号数据、气压高度数据和卫星导航数据；所述组合定位模块与所述数据采集模块连接，接收所述数据采集模块采集的数据，判断当前定位条件是否处于室内，是，则基于粒子滤波框架融合惯导定位、磁场匹配定位、无线定位、气压测高和地图约束，进行人员的定位解算；否，则采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行人员的定位解算。

【技术特征摘要】
1.一种室内外一体化的组合定位装置，其特征在于，包括，数据采集模块、组合定位模块；所述数据采集模块用于采集磁场数据、角速度数据、加速度数据、无线信号数据、气压高度数据和卫星导航数据；所述组合定位模块与所述数据采集模块连接，接收所述数据采集模块采集的数据，判断当前定位条件是否处于室内，是，则基于粒子滤波框架融合惯导定位、磁场匹配定位、无线定位、气压测高和地图约束，进行人员的定位解算；否，则采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行人员的定位解算。2.根据权利要求1所述的组合定位装置，其特征在于，所述数据采集模块包括磁传感器模块、IMU模块、无线信号采集模块、气压传感器模块和卫星定位模块；所述磁传感器模块包括三轴数字磁传感器，用于测量并输出定位装置所处位置的磁场三轴分量数据；所述IMU模块集成三轴加速度计和三轴陀螺仪的MINS传感器，用于测量并输出包括三轴加速度和三轴角速度的惯导数据；无线信号采集模块，用于采集无线基站发射的无线信号数据；所述气压传感器模块，用于测量定位装置所处位置的大气压强，输出气压高度数据；所述卫星定位模块，用于接收导航卫星数据进行卫星定位，输出卫星定位数据。3.根据权利要求1所述的组合定位装置，其特征在于，所述组合定位模块包括定位滤波模块，所述定位滤波模块包括室内外判别模块、室内定位滤波模块和室外定位滤波模块；所述室内外判别模块，根据设定的条件判断所述组合定位装置位于室内或室外；所述室内定位滤波模块，根据所述数据采集模块输出的惯导数据、磁场数据、无线信号数据、气压高度数据和磁场图数据，采用基于粒子滤波框架的融合定位方法，进行定位解算；所述室外定位滤波模块，采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行定位解算。4.根据权利要求3所述的组合定位装置，其特征在于，所述室内外判别模块与卫星定位模块和无线信号采集模块连接；根据卫星定位模块采集的导航卫星信号强度或通过无线信号采集模块采集无线基站的MAC地址数据判断室内或室外。5.根据权利要求3所述的组合定位装置，其特征在于，所述组合定位模块还包括传感器参数存储模块、数据校正模块、磁干扰数据识别及分离模块和行人航位推算模块；所述传感器参数存储模块，用于存储磁传感器模块和IMU模块的原始参数；所述数据校正模块，用于根据磁传感器模块的原始参数，对所述磁传感器模块输出的磁场数据进行校正；根据IMU模块的原始参数，对IMU模块输出的三轴加速度和三轴角速度数据进行校正；所述磁干扰数据识别及分离模块，用于对校正后的磁场数据进行干扰识别与分离，输出干扰分离后的磁场数据；并将干扰分离后的磁场数据输出到所述室内定位滤波模块；所述行人航位推算模块，用于根据校正后的三轴加速度和三轴角速度数据进行行人航位推算，输出人员的步长、航向以及位置信息；并检测零速，估计当前陀螺仪零偏，修正所述传感器参数存储模块存储的陀螺仪零偏。6.根据权利要求5所述的组合定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：李素敏，王刚刚，申志飞，
申请(专利权)人：李素敏，王刚刚，申志飞，
类型：发明
国别省市：北京,11