一种基于多源融合的室内外无缝定位方法技术

本发明专利技术涉及室内外定位技术领域，公开了一种基于多源融合的室内外无缝定位方法，包括以下步骤：S1、室外定位：采用GNSS和INS分别进行室外定位；S2、室内定位：采用UWB和PDR分别进行室内定位；S3、多源数据融合：将室外定位坐标和室内定位坐标进行数据融合。本发明专利技术通过全球导航卫星系统和惯性导航系统分别对室外进行定位，再将两组数据进行多源融合处理，得到组合室外坐标位置；通过UWB和PDR分别进行室，再将两组数据进行多源融合处理，得到组合室外坐标位置，得到组合室外坐标位置；再将组合室外坐标位置和组合室外坐标位置进行多源融合处理，得到最终的数据，其具有定位精度高，可以再信号差、不稳定的环境下，实现连续准确定位。实现连续准确定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多源融合的室内外无缝定位方法


[0001]本专利技术涉及室内外定位
，具体是一种基于多源融合的室内外无缝定位方法。

技术介绍

[0002]随着信息时代的来临，基于位置信息的服务在各种应用场景中扮演的角色愈加重要；室外开阔场景下，GNSS可以提供实时、可靠稳定的导航定位服务；但在城市环境，由于场景比较复杂，存在城市峡谷可见卫星数少、多路径效应、隧道等场景信号失锁等问题，导致定位精度较差，可靠性较低，难以满足全场景、实时、高精度、高可靠的定位需求。此外，在占人类日常生活时间80％的室内环境中，受到建筑物的遮挡和多径效应的影响，GNSS定位精度急剧降低，无法满足室内位置服务的需要；因此如何借助现有的定位技术进行准确的定位愈加关键，多源融合定位技术也相应被提出；其采用信息融合的方法，将卫星导航定位、无线传感器定位以及其它辅助定位技术进行处理，最终获得可靠准确且稳定的定位服务。
[0003]中国专利公开了一种基于多源融合的室内外无缝定位方法(授权公告号CN114993317A)，该专利技术可以有效减少多源异构数据的无缝定位误差；并且提出一种固定率因子图方法中的变量节点以固定速率生成，不受测量值的影响；异步测量可以与图中相应的变量节点相关联，以进行优化；该方法避免了传统因子图的时间跨度减小和频繁优化，提高了估计精度，减少了计算量，但是其在信号差、不稳定的环境下难以实现精确定位。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于多源融合的室内外无缝定位方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于多源融合的室内外无缝定位方法，包括以下步骤：
[0007]S1、室外定位：在室外情况下，采用全球导航卫星系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)分别进行室外定位，获得RTK定位坐标和INS定位坐标，再将RTK定位坐标和INS定位坐标中的数据进行数据融合处理，得到组合室外坐标位置，并采用当前时刻数据对上一时刻不断进行修正，得到室外定位坐标，实现室外的多源融合定位；其中，GNSS定位方法采用实时动态差分法(RTK)进行定位；
[0008]S2、室内定位：在室内情况下，采用超宽带(UWB)和行人航位推算(PDR)分别进行室内定位，获得UWB定位坐标和PDR定位坐标，再将UWB定位坐标和PDR定位坐标中的的数据进行数据融合处理，得到组合室外坐标位置，并采用当前时刻数据对上一时刻不断进行修正，得到室内定位坐标，实现室内的多源融合定位；
[0009]S3、多源数据融合：将融合后室外定位坐标和室内定位坐标数据，再次进行数据融合，并采用当前时刻数据对上一时刻不断进行修正，实现多源融合的室内外无缝定位。
[0010]作为本专利技术再进一步的方案：所述S1步骤中数据融合的具体方法如下：
[0011]S11、定义系统状态向量X
n
＝[a
n
，Δa
n
]T
，建立线性系统状态方程模型：
[0012]X
n
＝AX
n
‑1+W
n
ꢀꢀ
(1)
[0013]即
[0014][0015]上式(1)和(2)中，a
n
为n时刻的RTK定位的估计航向角，Δa为从n
‑
1到n时刻INS定位的估计航向角差值，X
n
和X
n
‑1分别表示在n和n
‑
1时刻的估计状态向量，A
n
为系统从n
‑
1到n时刻的估计状态转移矩阵，W
n
为的估计状态噪声向量；从而计算出当前时刻的估计坐标；
[0016]S12、取观测向量Y
n
＝[a
′
n
，Δa
′
n
]T
，建立观测方程模型：
[0017]Y
n
＝H
n
Y
n
‑1+V
n
(3)
[0018]上式(3)中，a
′
n
为n时刻的观测航向角，Δa
′
n
为从n
‑
1到n时刻的观测差值，Y
n
和Y
n
‑1分别为n和n
‑
1时刻的观测向量，H
n
为n时刻的观测矩阵，V
n
为观测噪声向量，从而计算出当前时刻的观测坐标；
[0019]S13、将估计坐标与观测坐标相结合，得到最优估值，从而获得融合后的坐标。
[0020]作为本专利技术再进一步的方案：所述S1步骤中INS定位方法如下：
[0021]设置目标的初始速度v0，初始位置s0，初始角度θ0，根据n时刻距离s
n
和角度θ
n
计算公式：
[0022][0023]上式(4)中，s0为移动目标的初始位置，θ0为移动目标的初始角度，a
n
为移动目标在n时刻的加速度，w
n
为移动目标在n时刻的角速度；
[0024]再将上一时刻(i
‑
1)得到的数据带入到当前时刻(i)的计算公式中，并不断进行积分，并获得目标的当前坐标位置。
[0025]作为本专利技术再进一步的方案：所述S2步骤中定位坐标位置的计算公式如下：
[0026][0027]上式(5)中，x
i
，y
j
表示移动目标在i时刻坐标位置，x0，y0表示移动目标初始坐标位置，l
i
表示移动目在i与i
‑
1时刻之间的移动距离，θ
i
为i时刻航向角；其中，初始位置(x0，y0)由UWB定位获取，初始航向角θ0由PDR定位获取。
[0028]作为本专利技术再进一步的方案：所述S2步骤中数据融合的具体方法如下：
[0029]S21、定义系统状态向量Y＝[x
hi
，y
hi
，θ
hi
]T
，建立非线性系统状态方程模型：
[0030][0031][0032]上式(6)和(7)中，x
hi
和y
hi
表示PDR定位得到的移动目标在i时刻的位置，l
hi
表示PDR定位得到的移动目标在i与i
‑
1时刻之间的移动距离，θ
hi
表示PDR定位得到的移动目标在i时刻航向角，Wi
‑1表示系统状态噪声，Δθ表示PDR定位得到的移动目标在i与i
‑
1时刻之间航向角变化量；从而计算出当前时刻的估计坐标；
[0033]S22、取系统状态向量Y＝[x
ci，
y
ci
，l
ci，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多源融合的室内外无缝定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、室外定位：在室外情况下，采用全球导航卫星系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)分别进行室外定位，获得RTK定位坐标和INS定位坐标，再将RTK定位坐标和INS定位坐标中的数据进行数据融合处理，得到组合室外坐标位置，并采用当前时刻数据对上一时刻不断进行修正，得到室外定位坐标，实现室外的多源融合定位；其中，GNSS定位方法采用实时动态差分法(RTK)进行定位；S2、室内定位：在室内情况下，采用超宽带(UWB)和行人航位推算(PDR)分别进行室内定位，获得UWB定位坐标和PDR定位坐标，再将UWB定位坐标和PDR定位坐标中的数据进行数据融合处理，得到组合室外坐标位置，并采用当前时刻数据对上一时刻不断进行修正，得到室内定位坐标，实现室内的多源融合定位；S3、多源数据融合：将融合后室外定位坐标和室内定位坐标数据，再次进行数据融合，并采用当前时刻数据对上一时刻不断进行修正，实现多源融合的室内外无缝定位。2.根据权利要求1所述的一种基于多源融合的室内外无缝定位方法，其特征在于，所述S1步骤中数据融合的具体方法如下：S11、定义系统状态向量X
n
＝[a
n
,Δa
n
]
T
，建立线性系统状态方程模型：X
n
＝AX
n
‑1+W
n
(1)即上式(1)和(2)中，a
n
为n时刻的RTK定位的估计航向角，Δa为从n
‑
1到n时刻INS定位的估计航向角差值，X
n
和X
n
‑1分别表示在n和n
‑
1时刻的估计状态向量，A
n
为系统从n
‑
1到n时刻的估计状态转移矩阵，W
n
为的估计状态噪声向量；从而计算出当前时刻的估计坐标；S12、取观测向量Y
n
＝[a
′
n
,Δa
′
n
]
T
,建立观测方程模型：Y
n
＝H
n
Y
n
‑1+V
n
(3)上式(3)中，a
′
n
为n时刻的观测航向角，Δa
′
n
为从n
‑
1到n时刻的观测差值，Y
n
和Y
n
‑1分别为n和n
‑
1时刻的观测向量，H
n
为n时刻的观测矩阵，V
n
为观测噪声向量，从而计算出当前时刻的观测坐标；S13、将估计坐标与观测坐标相结合，得到最优估值，从而获得融合后的坐标。3.根据权利要求1所述的一种基于多源融合的室内外无缝定位方法，其特征在于，所述S1步骤中INS定位方法如下：设置目标的初始速度v0，初始位置s0，初始角度θ0，根据n时刻距离s
n
和角度θ
n
计算公式：上式(4)中，s0为移动目标的初始位置，θ0为移动目标的初始角度，a
n
为移动目标在n时刻的加速度，w
n
为移动目标在n时刻的角速度；
再将上一时刻(i
‑
1)得到的数据带入到当前时刻(i)的计算公式中，并不断进行积分，并获得目标的当前坐标位置。4.根据权利要求1所述的一种基于多源融合的室内外无缝定位方法，其特征在于，所述S2步骤中定位坐标位置的计算公式如下：上式(5)中，x
i
,y
j
表示移动目标在i时刻坐标位置，x0,y0表示移动目标初始坐标位置，l
i
表示移动目在i与i
‑
1时刻之间的移动距...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晗，
申请(专利权)人：浙江光遇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：