一种多传感器融合定位系统及定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多传感器融合定位系统及定位方法。该定位系统包括惯性定位子系统、电磁定位子系统和超声波定位子系统；其中，根据超声波定位与电磁定位的定位结果，进行距离数据的融合；根据惯性导航定位与电磁定位的定位结果，进行姿态数据的融合；根据融合的距离数据和融合的姿态数据，计算获得空间位置数据。与现有技术相比较，本发明专利技术中的融合修正过程是实时进行的，不需要采集离线数据。另一方面，本发明专利技术由于实时进行融合修正，对于静态及动态磁场畸变都有明显的改善效果。动态磁场畸变都有明显的改善效果。动态磁场畸变都有明显的改善效果。

【技术实现步骤摘要】
一种多传感器融合定位系统及定位方法


[0001]本专利技术涉及一种多传感器融合定位系统，同时也涉及相应的多传感器融合定位方法，属于无线定位


技术介绍

[0002]目前，获得精准的位置服务在人们生活中变得越来越重要。现有的室外定位技术主要通过GPS、北斗等卫星定位系统实现，已经能够很好地满足室外定位的需求。但是，室内环境下的定位一直是一个很多问题未被解决的领域。由于信号的严重衰减和多径效应，通用的室外定位技术并不能在建筑物内有效地工作，难以充分满足用户的需求。
[0003]现有的室内定位技术包括电磁定位、WiFi定位、超声定位和惯性导航定位等。这些定位技术都具有各自的优缺点，例如电磁定位技术的优点在于不受视线遮挡影响，但是它的缺点是容易受金属干扰影响，金属会使电磁场分布发生形变，影响定位精度；超声定位技术不受金属干扰影响，但是容易受环境多径反射及视线遮挡影响；惯性导航定位技术不受外界的视线遮挡/金属干扰等环境影响，但是自身存在零点偏移，而且不能进行绝对的定位。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种多传感器融合定位系统。
[0005]本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种多传感器融合定位方法。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案：
[0007]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种多传感器融合定位系统，包括惯性定位子系统、电磁定位子系统和超声波定位子系统；
[0008]根据所述电磁定位子系统和所述超声波定位子系统的定位结果，进行距离数据的融合；
[0009]根据所述惯性定位子系统和所述电磁定位子系统的定位结果，进行姿态数据的融合；
[0010]根据所述融合的距离数据和所述融合的姿态数据，得到空间位置数据。
[0011]其中较优地，所述电磁定位子系统，包括电磁发射单元和电磁接收单元，以电磁发射单元为坐标原点，由电磁接收单元检测磁感应强度信号，得到目标的电磁定位结果，所述电磁定位结果包括三维空间坐标和姿态数据。
[0012]根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种多传感器融合定位方法，包括如下步骤：
[0013]根据超声波定位与电磁定位的定位结果，进行距离数据的融合；
[0014]根据惯性导航定位与电磁定位的定位结果，进行姿态数据的融合；
[0015]根据所述融合的距离数据和所述融合的姿态数据，计算获得空间位置数据。
[0016]其中较优地，进行所述距离数据的融合包括如下步骤：
[0017]第一步：接收端的超声波接收单元检测收端的超声波发射单元产生的超声波信号，计算出发射端和接收端之间的第一距离R
ultra
；
[0018]第二步：根据所述电磁定位的定位结果，得到所述发射端和所述接收端之间的第二距离R
em
；
[0019]第三步：对所述第一距离R
ultra
和所述第二距离R
em
做融合，得到融合后的距离数据；
[0020]第四步：根据所述融合后的距离数据，标定电磁定位的磁场总强度。
[0021]其中较优地，利用下述公式对进行距离数据的融合：
[0022]R＝α
1 R
ultra
+(1-α1)R
em
[0023]其中，α1是融合系数，取值范围在0～1之间，根据超声定位的置信度和电磁定位的置信度进行动态调整。
[0024]其中较优地，根据所述电磁定位的定位结果，获得接收端的三维空间坐标；
[0025]通过所述三维空间坐标判断接收端与发射端的超声发射单元的FOV的位置关系；
[0026]如果接收端位于发射端的超声发射单元的FOV的边缘区域，则调低超声定位的置信度，并调低α1。
[0027]其中较优地，根据所述电磁定位的定位结果，获得接收端的三维空间坐标；
[0028]通过所述三维空间坐标判断接收端与发射端的电磁发射单元的位置关系；
[0029]如果接收端位于发射端的电磁发射单元的零平面时，则调低电磁定位的置信度，并调高α1。
[0030]其中较优地，所述姿态数据的融合包括如下步骤：
[0031]第一步：对所述惯性导航定位的定位结果进行解算，得出接收单元的第一姿态数据H
imu
；
[0032]第二步：对所述电磁定位的定位结果进行解算，得到接收单元的第二姿态数据H
em
；
[0033]第三步：将所述第一姿态数据和所述第二姿态数据进行融合，得到接收端的姿态数据。
[0034]其中较优地，将所述距离数据的融合结果作为第一约束条件，将所述姿态数据的融合结果作为第二约束条件，通过优化问题建模得到所述空间位置数据。
[0035]其中较优地，所述距离数据的融合以及所述姿态数据的融合在定位过程中实时进行。
[0036]与现有技术相比较，本专利技术中的融合修正过程是实时进行的，不需要采集离线数据。这一点显著不同于需要采集数据进行校准的现有大多数离线校准方法。另一方面，现有大多数校准方法只能滤除环境中固定的金属干扰，本专利技术由于实时进行融合修正，对于静态及动态磁场畸变都有明显的改善效果。
附图说明
[0037]图1为本专利技术所提供的多传感器融合定位系统中，发射端的结构示意图；
[0038]图2为本专利技术所提供的多传感器融合定位系统中，接收端的结构示意图；
[0039]图3为本专利技术所提供的多传感器融合定位方法的流程简图；
[0040]图4为本专利技术所提供的多传感器融合定位方法的流程详图。
具体实施方式
[0041]下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案展开详细具体的说明。
[0042]考虑到现有的室内定位技术，例如电磁定位、超声定位和惯性导航定位等都具有各自的优缺点，本专利技术实施例提供一种具有较强抗干扰能力的多传感器融合定位系统。下面对此展开具体说明。
[0043]本专利技术实施例所提供的多传感器融合定位系统包括惯性定位子系统、电磁定位子系统和超声波定位子系统。这些定位子系统分为发射端和接收端两部分，用于获得稳定的6自由度(简写为6dof)位姿数据。其中，图1所示的发射端部分包括惯性导航单元(IMU)、电磁发射单元和超声发射单元，图2所示的接收端部分包括相应的电磁接收单元、超声接收单元和惯性导航单元(IMU)。可以理解的，图1和图2只是一种实例，也可以这样来设置发射端和接收端，即发射端部分包括电磁发射单元和超声发射单元，接收端包括惯性导航单元(IMU)、电磁接收单元和超声接收单元；或者，发射端部分包括电磁发射单元和超声接收单元，接收端包括惯性导航单元(IMU)、电磁接收单元和超声发射单元。这些室内定位单元依据不同的工作原理分别独立开展室内定位工作，所获得的室内定位数据相互进行融合修正，以消除单一定位数据可能带来的误差和干扰。示例性地，图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多传感器融合定位系统，其特征在于包括惯性定位子系统、电磁定位子系统和超声波定位子系统；根据所述电磁定位子系统和所述超声波定位子系统的定位结果，进行距离数据的融合；根据所述惯性定位子系统和所述电磁定位子系统的定位结果，进行姿态数据的融合；根据所述融合的距离数据和所述融合的姿态数据，得到空间位置数据。2.如权利要求1所述的多传感器融合定位系统，其特征在于：所述电磁定位子系统包括电磁发射单元和电磁接收单元，以电磁发射单元为坐标原点，由电磁接收单元检测磁感应强度信号，得到目标的电磁定位结果，所述电磁定位结果包括三维空间坐标和姿态数据。3.一种多传感器融合定位方法，其特征在于包括如下步骤：根据超声波定位与电磁定位的定位结果，进行距离数据的融合；根据惯性导航定位与电磁定位的定位结果，进行姿态数据的融合；根据所述融合的距离数据和所述融合的姿态数据，获得空间位置数据。4.如权利要求3所述的多传感器融合定位方法，其特征在于进行所述距离数据的融合包括如下步骤：第一步：接收端的超声波接收单元检测发射端的超声波发射单元产生的超声波信号，计算出发射端和接收端之间的第一距离R
ultra
；第二步：根据所述电磁定位的定位结果，得到所述发射端和所述接收端之间的第二距离R
em
；第三步：对所述第一距离R
ultra
和所述第二距离R
em
做融合，得到融合后的距离数据；第四步：根据所述融合后的距离数据，标定电磁定位的磁场总强度。5.如权利要求4所述的多传感器融合定位方法，其特征在于利用下述公式对所述第一距离R
ultra
和所述第二距离R

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳宁，张道宁，
申请(专利权)人：北京凌宇智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：