[发明专利]区域无线定位及微捷联惯导组合系统及其定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及定位导航方法技术领域，具体地指一种区域无线定位及微捷联惯导组合系统及其定位方法。

技术背景

近年来，人们对室内定位的需求日益增加。室内定位对于公共生活显得越来越重要，例如在超级商场，通过获得消费者个人位置信息和目标商品位置信息，进行路线指引，实现智能导购；在突发灾难中，通过室内定位，引导救援人员以最快速度解救大楼内被困人员；在医院里，病人的监护以及医疗设备的管理等。实现低成本、高精度的室内定位，具有非常重要的现实意义。

GPS（Global Positioning System，全球定位系统）系统具有较好的实时性，但10米的定位精度对于室内较狭小的空间来讲，无法将不同目标物区分开来，失去了定位的意义；此外，GPS信号无法穿越建筑体到达室内或者到达室内的信号已经很弱。因此GPS无法用于室内定位的研究，北斗及GLONASS等卫星定位系统同样存在以上问题。采用载波相位差分技术，精度可以到达厘米级，但实现载波相位差分需要在各移动物体和基站之间建立复杂数据链，整个系统的复杂程度和功耗大小都不利于定位跟踪。

惯性导航系统是二十世纪初才发展起来的一种导航方式。惯性导航系统不依赖于外部信息，也不向外辐射能量，定位结果较平滑，很少存在信号突变，是一种自主式导航系统。但惯性导航系统误差随时间积累，无法长时间单独工作。为了减弱误差积累的速度，需要选用高精度的惯性测量单元。高精度的IMU（Inertial measurement unit，惯性测量单元）体积和功耗都较大，且成本较高，无法在室内定位中进行推广。

无线定位技术用于室内定位的主要有红外线技术、超声波定位技术、蓝牙技术、射频识别技术和Wi-Fi技术等。（1）红外线具有相对较高的室内定位精度，但是要求定位物体之间无遮挡，此外，红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性；（2）超声波定位的整体定位精度较高，结构简单，但是也要求被测物体之间无遮挡，超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本太高；（3）蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小，但蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统单个单元作用距离短，稳定性差，受噪声信号干扰大。（4）射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的，可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，成本也较低，但是作用距离近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系统之中；（5）Wi-Fi技术广泛应用于小范围的室内定位，成本较低，但无论是用于室内还是室外定位，Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。

达时间差算法参考文献：周文婷、朱岩，基于TDOA的无线定位系统的应用与分析[J].计算机与现代化，2012(3):54-57。

四元数法参考文献：秦永元.惯性导航[M].北京：科学出版社,2003:47-52。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种区域无线定位及微捷联惯导组合系统及其定位方法，它将微捷联惯导系统（MINS）和无线定位系统（WPS）构成组合定位系统，通过微捷联惯导系统抑制无线定位系统信号的跳变，使定位结果平滑、准确；同时，无线定位系统可以抑制微捷联惯导系统的误差积累。

为实现此目的，本发明所设计的区域无线定位及微捷联惯导组合系统，其特征在于：它包括组合导航计算机、微捷联惯导系统、无线定位系统和轨迹发生器，其中，微捷联惯导系统、无线定位系统和轨迹发生器的通信端分别与组合导航计算机的通信端连接。

上述技术方案中，所述微捷联惯导系统、无线定位系统和轨迹发生器分别通过I/O（input/output，输入输出端口）通信模块与组合导航计算机连接。

一种利用上述区域无线定位及微捷联惯导组合系统的定位方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在组合导航计算机内设定运动载体的初始位置信息和初始速度信息；

步骤2：通过轨迹发生器设定运动载体的标称轨迹数据，并在组合导航计算机中根据上述设定的运动载体的标称轨迹数据获得运动载体在各个时刻的标称加速度信息；然后在组合导航计算机根据上述运动载体的初始位置信息和初始速度信息以及运动载体在各个时刻的标称加速度信息，通过积分计算得到运动载体各个时刻的标称速度信息和标称位置信息；