一种融合北斗与足部惯性的人员自主定位方法及系统技术方案

本发明专利技术属于自主导航定位领域，公开了一种融合北斗与足部惯性的人员自主定位方法及系统，该方法包括北斗定位坐标获取

【技术实现步骤摘要】
一种融合北斗与足部惯性的人员自主定位方法及系统


[0001]本专利技术属于自主定位领域，具体涉及一种融合北斗与足部惯性的人员自主定位方法及系统
。

技术介绍

[0002]内置消费级智能传感器的便携式设备的快速发展刺激了各种无处不在的行人自主导航应用，如行人追踪
、
消防急救
、。
然而，消费者应用中的无缝室内外定位仍然是一个难题，特别是在北斗
/GNSS
信号拒绝的环境和复杂的行人动态中，达到所需的精确性和可用性面临着巨大挑战
。
北斗
/GNSS
卫星导航系统可以提供全球范围内的基于位置的服务
(LBS)
，但北斗
/GNSS
在室内定位中面临一些挑战，包括遮挡
、
多径和信号衰减的影响，这些有害影响会降低室内定位的精度甚至无法有效定位
。
[0003]惯性导航系统
(INS)
广泛应用于室内外定位系统，它可以提供连续的位置
、
速度和姿态信息，而不受自然环境限制
。
然而，
INS
无法在长期的个体自主定位系统中导航定位，因为惯性传感器会随着时间产生累积误差
。
如果不采用额外的传感器或方法加以约束，惯性导航系统的定位结果将无限漂移
。
因此，如何有效结合北斗定位系统与惯性定位系统，并搭建低功耗
、
小型化和智能化的行人自主定位系统成为亟待解决的问题r/>。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种融合北斗与足部惯性的人员自主定位方法及系统，以解决现有技术中的问题，为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种融合北斗与足部惯性的人员自主定位方法，包括：
[0006]北斗定位坐标获取：天线接收单元跟踪北斗卫星信号并经过信号处理单元解码得到原始观测数据，并通过定位解算单元获得北斗定位坐标；
[0007]惯性定位坐标获取：足部惯性单元提取惯性测量值，通过零速更新单元和机械编排单元依次解算得到惯性定位坐标；
[0008]耦合解算以输出位置：北斗定位坐标与惯性定位坐标通过滤波融合单元进行耦合解算，最后通过输出单元提供行人的位置
。
[0009]其中，所述惯性测量值包括三轴加速度计
、
三轴陀螺仪和三轴磁力计数据的测量数据
。
[0010]进一步的，北斗定位坐标获取中，信号处理单元用于解码北斗双频信号，其观测方程表示为：
[0011][0012]其中，下标
r、f
和
a
分别代表接收机
、
信号频率与天顶方向；
c
为真空中的光速，和分别为伪距观测值和载波相位观测值
。
为接收机到卫星的卫地距，
t
r
和
t
s
分别是
接收机钟差和北斗系统的卫星钟差，
b
r,f
和分别表示接收机信号通道与卫星信号通道的伪距硬件时延，
B
r,f
和分别表示接收机信号通道与卫星信号通道的相位硬件时延，
T
r,z
和分别表示天顶对流层延迟和投影函数，和分别代表天顶电离层延迟和投影函数，和
λ
f
分别为整数模糊度和信号频率
f
对应的波长，
σ
P
和
σ
Φ
分别代表伪距和载波的观测噪声
。
[0013]进一步的，可观测北斗卫星数量超过4颗时，基于最小二乘或滤波法求解观测方程得到北斗定位坐标
。
[0014]进一步的，惯性定位坐标获取中零速探测方程为：
[0015][0016]其中，
α
i
、
ω
i
和
m
i
分别表示在第
i
历元的加速度计
、
陀螺仪与磁力计的测量值，
T
k
表示探测器，
k
为惯性传感器的采样时刻，
W
表示探测器的窗口大小，
σ
a
、
σ
ω
和
θ
m
分别是三轴加速度计
、
三轴陀螺仪和三轴磁力计的白噪声，表示三轴加速度计的均值，
‖
μ
a
‖
表示三轴加速度计的2‑
范数；
[0017]当
T
k
<
阈值
λ
时，识别出行人的站立期间，并通过卡尔曼纳滤波补偿当前惯性误差
。
[0018]进一步的，惯性定位坐标获取中，在采样点
k
时刻，机械编排单元的机械编排方程为：
[0019][0020]其中，下标
b
和上标
n
分别代表载体坐标和导航坐标，
V
n
|
k
和
P
n
|
k
分别表示旋转矩阵
、
速度矩阵与位置矩阵，
I
表示单位矩阵，
t
是采样时间，
a
n
|
k
和
ω
n
|
k
分是惯性传感器测量的比力和角速率，
[
·
]×
表示交错矩阵，通过求解上述机械编排方程即可以得到惯性定位的坐标
。
[0021]进一步的，耦合解算以输出位置时：
[0022]通过滤波融合单元将北斗定位坐标与惯性定位坐标进行融合得到定位误差状态方程
δ
x
：
[0023]δ
x
＝
[
δ
P
n δ
V
n δ
A
n δ
a
b δω
b
]#(4)
[0024]其中，
δ
P
n
、
δ
A
n
与
δ
A
n
分别是融合滤波后在导航坐标系下的位置
、
速度和姿态向量，
δω
b
和
δ
a
b
分别是在载体坐标系下的三轴陀螺仪和三轴加速度计的误差向量；
[0025]一种融合北斗与足部惯性的人员自主定位系统，包括北斗定位单元
、
足部惯性单元和滤波融合单元；
[0026]所述北斗定位单元包括天线接收单元
、
信号处理单元和定位解算单元，天线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种融合北斗与足部惯性的人员自主定位方法，其特征在于，包括：北斗定位坐标获取：天线接收单元跟踪北斗卫星信号并经过信号处理单元解码得到原始观测数据，并通过定位解算单元获得北斗定位坐标；惯性定位坐标获取：足部惯性单元提取惯性测量值，通过零速更新单元和机械编排单元依次解算得到惯性定位坐标；耦合解算以输出位置：北斗定位坐标与惯性定位坐标通过滤波融合单元进行耦合解算，最后通过输出单元提供行人的位置
。2.
根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述惯性测量值包括三轴加速度计
、
三轴陀螺仪和三轴磁力计数据的测量数据
。3.
根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，北斗定位坐标获取中，信号处理单元用于解码北斗双频信号，其观测方程表示为：其中，下标
r、f
和
z
分别代表接收机
、
信号频率与天顶方向；
c
为真空中的光速，和分别为伪距观测值和载波相位观测值，为接收机到卫星的卫地距，
t
r
和
t
s
分别是接收机钟差和北斗系统的卫星钟差，
b
r,f
和分别表示接收机信号通道与卫星信号通道的伪距硬件时延，
B
r,f
和分别表示接收机信号通道与卫星信号通道的相位硬件时延，
T
r,z
和分别表示天顶对流层延迟和投影函数，和分别代表天顶电离层延迟和投影函数，和
λ
f
分别为整数模糊度和信号频率
f
对应的波长，
σ
P
和
σ
Φ
分别代表伪距和载波的观测噪声
。4.
根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，可观测北斗卫星数量超过4颗时，基于最小二乘或滤波法求解观测方程得到北斗定位坐标
。5.
根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，惯性定位坐标获取中，在零速探测单元的零速探测方程为：其中，
α
i
、
ω
i
和
m
i
分别表示在第
i
历元的加速度计
、
陀螺仪与磁力计的测量值，
T
k
表示探测器，
k
为惯性传感器的采样时刻，
W
表示探测器的窗口大小，
σ
a
、
σ
ω
和
σ
m
分别是三轴加速度计
、
三轴陀螺仪和三轴磁力计的白噪声，表示三轴加速度计的均值，
‖
μ
a
‖
表示三轴加速度计的2‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：北京泛源时空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：