一种高精度室内外定位系统及室内外定位与过渡方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高精度室内外定位系统及室内外定位与过渡方法，定位系统包含UWB模块，用于室内高精度定位；RTK模块，用于室外GNSS高精度定位；十轴模块，具有三轴的加速度、陀螺仪、磁力计和一个气压计，用步行者航位推算(PDR)算法能计算出运动轨迹、用磁力计估测运动方向、用气压计估测水平高度，再与UWB室内定位、RTK室外定位结合，能较好地解决室内外定位与过渡问题；4G数据传输模块，用来传输RTK差分信息、GNSS室外定位信息和UWB室内定位信息；STM32微处理器模块，用来连接各个功能模块，发送、接收和处理信息。本发明专利技术解决了传统室内外精度不高和室内外过渡区域信号不好造成定位效果差的问题。效果差的问题。效果差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度室内外定位系统及室内外定位与过渡方法


[0001]本专利技术涉及定位
，尤其涉及一种高精度室内外定位系统及室内外定位与过渡方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信网络、移动互联网及智能终端的飞速发展，基于位置服务的需求也不断增加。在不同复杂的环境，可靠连续地提供位置信息服务，已经触及到人们生活的方方面面，因此作为提供位置服务保障的室内定位技术也引起了人们越来越多的关注。
[0003]尽管室外可以使用GPS进行定位，但在室内、地下、建筑物密集等场景中，由于信号的遮挡、衰减、多径效应等一系列问题，GPS基本不能提供定位服务，只能采用其他方法来进行室内定位。目前，比较主流的室内定位技术主要使用蓝牙，WiFi，Zigbee等无线技术，可以达到米级的定位精度，无法满足高精度定位的需求。并且普通GPS定位因为各种误差原因，精度也通常是米级，也难以满足高精度室外定位的需求。最后无论是多高精度的定位，当定位信号被遮挡时，定位精度都会受到很大的影响，这时候单一的定位方式难以满足平时复杂的定位环境，可以通过融合多种传感器定位的方案来解决这类问题，比如惯性导航技术。惯性导航技术不依赖与信号的强弱，自身就可以产生定位所需的导航参数，但是这类技术由于硬件条件的限制，长时间的导航容易累积误差，不适用与长时间的定位，所以合理的融合定位方法可以有效的对各种传感器优势互补，提高系统的稳定性和准确性。

技术实现思路

[0004]针对上述传统定位方案精度不高和信号遮挡的问题，本专利技术提供一种高精度室内外定位系统及室内外定位与过渡方法。
[0005]为实现以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案；
[0006]一种高精度室内外定位系统，其特征在于，包括：
[0007]UWB模块，UWB模块包括UWB基站模块和UWB移动站模块；UWB基站模块用于发送UWB信号；UWB移动站模块用于接收和处理UWB基站模块发送的UWB信号，获得UWB移动站模块到UWB基站模块的距离；UWB移动站模块到UWB基站模块的距离，结合UWB基站模块坐标、UWB定位算法，获得UWB移动站模块的坐标，输出UWB室内定位信息；
[0008]RTK模块，RTK模块包括RTK基站模块和RTK移动站模块；RTK基站模块用于接收GNSS信号并进行差分处理，生成差分信息，再发送到RTK移动站模块；RTK移动站模块用于对接收到的差分信息进行解算，输出GNSS室外定位信息；
[0009]十轴模块，用于采集三轴加速度、三轴角速度、三个磁场方向和一个气压值的信息，并对加速度和角速度进行步行者航位推算(PDR)算法处理，获得行走轨迹和相对位置信息；利用磁场方向估测运动方向；利用气压计数值获得高度信息，以判断所在的楼层，实现不同楼层之间的自动切换；
[0010]4G数据传输模块，用于传输系统的定位信息，并传输定位信息到云端储存；
[0011]电源模块，用于对系统进行供电；
[0012]STM32微处理器模块，用于分别与UWB模块、RTK模块，十轴模块，4G数据传输模块，电源模块连接，并发送、接收和处理接收到的数据信息。
[0013]进一步地，UWB基站模块数量不少于三个。
[0014]进一步地，还包括与STM32微处理器模块连接的串口模块，串口模块用于调试和展示系统的定位信息。
[0015]进一步地，UWB基站模块、UWB移动站模块、RTK基站模块、RTK移动站模块、十轴模块、4G数据传输模块，STM32微处理器模块、串口模块、电源模块均集成在一个电路板。
[0016]相应地，本专利技术还提供了一种高精度室内外定位与过渡方法，包括以下步骤：
[0017]S1、在室内场景中，部署一定数量的UWB基站模块，并确定和设置好UWB基站模块坐标和ID；在室外场景中，部署RTK基站模块，通过4G数据传输模块将RTK差分信息传输到云端储存；将室内外过渡区域分为两个区域，分别为室内过渡区域和室外过渡区域；若在室内，且UWB室内定位精度高，则执行步骤S2；若在室外且RTK室外定位精度高，则执行步骤S3；若UWB室内定位精度不高或RTK室外定位精度不高，则执行步骤S4；若在室内过渡区域或室外过渡区域，则执行步骤S5；
[0018]S2、利用十轴模块的气压计信息判断所在楼层；在进入UWB定位区域时，UWB移动站模块接收到四周UWB基站模块的信号，通过计算可以获得UWB移动站模块到各个UWB基站模块的距离，再结合定位算法和各个UWB基站模块的设定坐标，获得UWB移动站模块在室内的位置，最后通过4G数据传输模块将室内定位坐标传输到云端储存；
[0019]S3、STM32微处理器模块先通过4G数据传输模块获取到RTK基站模块的RTK差分信息，再把差分信息传输给RTK移动站模块；RTK移动站模块将对输入的差分信息自动进行解算，输出室外定位坐标，再通过4G数据传输模块把室外定位坐标传输到云端储存；
[0020]S4、当人走动时，十轴模块的加速度计和陀螺仪能分别输出三轴加速度和角速度，对这些数据进行滤波处理，再用PDR算法，获得人的行走轨迹和当前的相对位置信息，在信号差的地方进行无缝切换定位；
[0021]S5、若室内过渡区域信号好，采用UWB指纹定位；若室内过渡区域信号差，短时间采用PDR定位，长时间采用UWB指纹定位修正PDR定位；若室外过渡区域信号好，采用RTK定位；若室外过渡区域信号差，短时间采用PDR定位，长时间采用RTK定位修正PDR定位。
[0022]进一步地，步骤S1中，先选定一个适中的时间来测量十轴模块的PDR定位算法在该时间内的平均误差，再以该平均误差来划分室内外过渡区域的大小。
[0023]进一步地，步骤S5中，室内过渡区域对应的UWB指纹定位分为离线阶段和在线阶段；在离线阶段，在室内过渡区域选取若干个指纹点，测定每个指纹点的真实坐标与各个基站的距离，并对距离进行过滤平均，这些坐标和距离信息组成指纹库；在线阶段测得移动站与各个基站的距离，并与指纹库的指纹点进行匹配获得最相近的几个点，并对这几个点进行加权KNN处理，获得最后的定位坐标。
[0024]进一步地，步骤S5中，室内过渡区域内，给定一个匹配阈值，若定位点与所有指纹点的欧氏距离都超过该匹配阈值，则判定离开室内过渡区域，反之则是进入该区域。
[0025]进一步地，步骤S5中，室外过渡区域内，给定一个定位误差阈值，若RTK移动站模块给出的实时定位误差大于该误差阈值则判定进入室外过渡区域，反之则是离开室外过渡区
域。
[0026]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：
[0027]1、相比于其他独立式室内外定位方案，本专利技术所有模块都集成在一个电路板上，节约了成本，用起来也更加方便；
[0028]2、相比于传统的室内外定位，本专利技术定位精度更高，适用场景更加广泛；
[0029]3、相比于传统定位由于信号缺失导致的定位不连续，本专利技术引入了十轴模块来解决信号缺失问题，并提出了一种过渡方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度室内外定位系统，其特征在于，包括：UWB模块，UWB模块包括UWB基站模块和UWB移动站模块；UWB基站模块用于发送UWB信号；UWB移动站模块用于接收和处理UWB基站模块发送的UWB信号，获得UWB移动站模块到UWB基站模块的距离；UWB移动站模块到UWB基站模块的距离，结合UWB基站模块坐标、UWB定位算法，获得UWB移动站模块的坐标，输出UWB室内定位信息；RTK模块，RTK模块包括RTK基站模块和RTK移动站模块；RTK基站模块用于接收GNSS信号并进行差分处理，生成差分信息，再发送到RTK移动站模块；RTK移动站模块用于对接收到的差分信息进行解算，输出GNSS室外定位信息；十轴模块，用于采集三轴加速度、三轴角速度、三个磁场方向和一个气压值的信息，并对加速度和角速度进行步行者航位推算(PDR)算法处理，获得行走轨迹和相对位置信息；利用磁场方向估测运动方向；利用气压计数值获得高度信息，以判断所在的楼层，实现不同楼层之间的自动切换；4G数据传输模块，用于传输系统的定位信息，并传输定位信息到云端储存；电源模块，用于对系统进行供电；STM32微处理器模块，用于分别与UWB模块、RTK模块，十轴模块，4G数据传输模块，电源模块连接，并发送、接收和处理接收到的数据信息。2.根据权利1所述的一种高精度室内外定位系统，其特征在于，UWB基站模块数量不少于三个。3.根据权利1所述的一种高精度室内外定位系统，其特征在于，还包括与STM32微处理器模块连接的串口模块，串口模块用于调试和展示系统的定位信息。4.根据权利3所述的一种高精度室内外定位系统，其特征在于，UWB基站模块、UWB移动站模块、RTK基站模块、RTK移动站模块、十轴模块、4G数据传输模块，STM32微处理器模块、串口模块、电源模块均集成在一个电路板。5.一种高精度室内外定位与过渡方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在室内场景中，部署UWB基站模块，并确定和设置好UWB基站模块坐标和ID；在室外场景中，部署RTK基站模块，通过4G数据传输模块将RTK差分信息传输到云端储存；将室内外过渡区域分为两个区域，分别为室内过渡区域和室外过渡区域；若在室内，且UWB室内定位精度高，则执行步骤S2；若在室外且RTK室外定位精度高，则执行步骤S3；若UWB室内定位精度不高或RTK室外定位精度不高，则执行步骤S4；若在室内过渡区域或室外过渡区域，则执行步骤S5；S2、利用十轴模块的气压计信息判断所在楼层...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，杨国伟，毕美华，周雪芳，钱正丰，胡淼，李齐良，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：