一种室内外无缝弹性融合定位方法技术

本发明专利技术涉及定位技术领域，本发明专利技术公开了一种室内外无缝弹性融合定位方法

【技术实现步骤摘要】
一种室内外无缝弹性融合定位方法、系统、介质及设备


[0001]本专利技术属于定位
，尤其涉及一种室内外无缝弹性融合定位方法
、
系统
、
介质及设备
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]随着现代化社会智慧城市的建设和导航位置服务需求的不断提升，室内外无缝导航定位受到了人们极大的关注
。
[0004]陆地场景多源传感器融合导航中，包括北斗卫星导航系统（
BeiDou Navigation Satellite System
，
BDS
）在内的全球导航卫星系统（
Global Navigation Satellite System
，
GNSS
）对于室外开阔环境可以提供准确定位和最大范围覆盖
。
但对于城市环境，
GNSS
信号无法穿透建筑物且受室内环境影响很大，在许多室内环境中并不可行，高精度
、
低成本
、
易安装的室内定位系统仍然是室内外无缝导航定位的难题和挑战
。
惯性导航系统（
Inertial Navigation System
，
INS
）采用加速度计和陀螺仪等惯性器件获取的数据经过积分运算可以获得位置
、
姿态以及速度等信息，但是，受限于器件工艺及积分计算原理，
INS
定位精度随着时间推移会不断降低，因而独立的
INS
很难满足长时间高精度导航定位要求
。
超宽带（
Ultra Wide Band
，
UWB
）具有宽带宽
、
窄脉冲和高时间分辨率的优势，主要体现在基于时间到达的测量方式
。
因此，基于到达时间（
Time of Arrival
，
TOA
）技术的
UWB
定位模型凭借其测距精度和技术可行性高的优势得到了广泛的研究与应用，基本实现了分米级定位精度
。
然而，针对室内复杂环境仍然存在着诸多问题和不足，比如：因为信号传播路径上遮挡物的材质
、
数量
、
材质等环境因素，极有可能存在严重的多路径效应
、
非视距传播等影响定位精度的情况；另外定位精度和定位服务范围与
UWB
基站的数量和位置也有较大关联
。UWB
作为室内绝对定位传感器，相较于蓝牙
、Wi
‑
Fi
等具有高精度
、
穿透力强
、
传输效率高等优势，是城市复杂环境下提供位置服务的一种重要手段，解决非视距误差对定位精度的影响是亟需解决的问题之一
。
[0005]现有方法在面对室内外无缝环境时可以提供一定的导航定位能力，但还存在各种各样的问题
。
随着卫星精密轨道和精密钟差精度的显著提升，目前精密单点定位（
Precise Point Positioning
，
PPP
）技术已成为一种提供全天候
、
全天时位置服务的比较有效的方法，而且多系统
GNSS PPP
相比
GPS PPP
具有更快的收敛速度和更高的精度，然而在
GNSS
卫星可见数较少和星座几何构型较差的情况下，
PPP
技术难以提供高精度的位置服务
。INS
技术可以提供短时间高精度的位置推算，但由于其存在累计误差，定位精度随时间发散，一般不能单独提供位置服务
。
一些研究将
GNSS
和
INS
联合起来，以提高在城市复杂环境下定位的鲁棒性，
GNSS
接收机在
INS
协助下，可大大改善信号捕获
、
跟踪性能，
INS
在
GNSS
辅助下，可实现导航器件误差的定期校正，二者优势互补，实现了高于各自独立系统的定位性能
。GNSS/INS
松组合直接融合
GNSS
和
INS
的位置信息，因其结构简单而被广泛应用，但当子系统无法工作
时，提供的位置服务将是不连续的；
GNSS/INS
紧组合是观测信息层面上的融合，当
GNSS
可见卫星数少于4颗时，也能正常工作，但当
GNSS
卫星中断时间较长时，稀疏的
GNSS
观测也难以校正
INS
累计误差，特别是低精度的微机械惯性器件
。
[0006]基于联邦滤波的
GNSS RTK
（
Real
ꢀ‑ꢀ
time kinematic
，实时动态）
、UWB、INS
融合的室内外无缝定位技术，利用
GNSS
和
UWB
的观测信息对惯导误差状态向量进行量测更新，在子滤波器中实现观测值层面的紧组合，最后在主滤波器中将各子滤波器信息进行融合，并依据观测值质量进行动态信息分配，从而实现室内外连续无缝定位；基于
GNSS PPP
技术和
UWB
定位技术，联立
GNSS PPP
无电离层组合观测方程和
UWB TOA 观测方程，在
GNSS
可见卫星数较少和观测几何构型较差的情况下，
UWB 作为外部传感器可以很好的补充到观测方程中，实现了
GNSS
和
UWB
观测层面上的融合，在
GNSS
卫星数少于4颗时也能提供位置服务
。
[0007]虽然以上研究致力于多源融合室内外无缝定位方法的研究中，但，由于城市室内外复杂环境造成的非视距误差，位置信息估计性能较低，且时延偏差对定位精度的影响较大
。

技术实现思路

[0008]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种室内外无缝弹性融合定位方法
、
系统
、
介质及设备，将
GNSS、UWB、INS
三者在观测值层面进行融合且针对城市室内外复杂环境造成的非视距误差，通过多因子自适应调节量测噪声等价协方差矩阵，提高了位置信息估计性能
。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一个方面提供一种室内外无缝弹性融合定位方法，其包括：获取
GNSS
观测值，通过无电离层组合，得到无电离层观测值；获取
UWB
测距信息，进行时延补偿，得到时延补偿后的<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种室内外无缝弹性融合定位方法，其特征在于，包括：获取
GNSS
观测值，通过无电离层组合，得到无电离层观测值；获取
UWB
测距信息，进行时延补偿，得到时延补偿后的
UWB
测距信息，并计算标签等效时延偏差；获取
INS
测得的角速度和加速度，进行惯导机械编排，得到惯导机械编排结果；基于标签等效时延偏差，计算得到量测的当前时刻误差状态变量，结合惯导机械编排结果，通过状态传播模型，预测得到下一时刻误差状态变量；基于所述量测的当前时刻误差状态变量与预测得到的当前时刻误差状态变量的差值，计算视距环境下检验信息，并通过多因子自适应调节量测噪声等价协方差矩阵；基于量测噪声等价协方差矩阵，分别对无电离层观测值和时延补偿后的
UWB
测距信息进行更新，进而更新所述当前时刻误差状态变量，对惯导机械编排结果进行校正，得到定位结果
。2.
如权利要求1所述的一种室内外无缝弹性融合定位方法，其特征在于，所述标签等效时延偏差满足：式中：为标签等效时延偏差，；为
UWB
测距信息；为基站
i
相对于主基站的时延偏差；
r
i
为基站
i
与标签之间的几何距离；为噪声
。3.
如权利要求2所述的一种室内外无缝弹性融合定位方法，其特征在于，所述基站相对于主基站的时延偏差为，基站的时延偏差与主基站的时延偏差的差值
。4.
如权利要求1所述的一种室内外无缝弹性融合定位方法，其特征在于，所述时延补偿后的
UWB
测距信息为，
UWB
测距信息减去基站相对于主基站的时延偏差
。5.
如权利要求1所述的一种室内外无缝弹性融合定位方法，其特征在于，所述惯导机械编排结果包括惯导姿态
、
惯导速度和惯导位置
。6.
如权利要求1所述的一种室内外无缝弹性融合定位方法，其特征在于，所述状态传播模型为：式中：
k
表示第
k

【专利技术属性】
技术研发人员：徐天河，代晓霁，李敏，姚凌寒，江楠，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：