[发明专利]一种基于多窗口的室内行人自适应UFIR数据融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及复杂环境下组合定位技术领域，尤其涉及一种基于多窗口的室内行人自适应UFIR数据融合方法。

背景技术

近年来，行人导航(Pedestrian Navigation,PN)作为导航技术应用的新兴领域，正越来越受到各国学者的重视，并逐渐成为该领域的研究热点。然而在隧道、大型仓库、地下停车场等室内环境下，外界无线电信号微弱、电磁干扰强烈等因素都会对目标行人导航信息获取的准确性、实时性及鲁棒性有很大影响。如何将室内环境下获取的有限信息进行有效的融合以消除室内复杂环境影响，保证行人导航精度的持续稳定，具有重要的科学理论意义和实际应用价值。

在现有的定位方式中，全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是最为常用的一种方式。虽然GNSS能够通过精度持续稳定的位置信息，但是其易受电磁干扰、遮挡等外界环境影响的缺点限制了其应用范围，特别是在室内、地下巷道等一些密闭的、环境复杂的场景，GNSS信号被严重遮挡，无法进行有效的工作。近年来，UWB(Ultra Wideband)以其在复杂环境下定位精度高的特点在短距离局部定位领域表现出很大的潜力。学者们提出将基于UWB的目标跟踪应用于GNSS失效环境下的行人导航。这种方式虽然能够实现室内定位，但是由于室内环境复杂多变，UWB信号十分容易受到干扰而导致定位精度下降甚至失锁；与此同时，由于UWB采用的通信技术通常为短距离无线通信技术，因此若想完成大范围的室内目标跟踪定位，需要大量的网络节点共同完成，这必将引入网络组织结构优化设计、多节点多簇网络协同通信等一系列问题。因此现阶段基于UWB的目标跟踪在室内导航领域仍旧面临很多挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了解决由于在实时系统中很难获取对扩展有限状态响应(Unbiased finite impulse response，UFIR)滤波器的滤波性能有较大影响的最优滤波窗口N的问题，提出了一种采用IMM(交互多模型)窗口的室内行人自适应UFIR数据融合方法，该方法对传统的有限脉冲响应(UFIR)滤波器进行改进，以在离线阶段选择的不同局部滤波窗口构建不同的子UFIR滤波器，并通过IMM方式对构建的UFIR滤波器的输出进行融合，最终得到当前时刻最优的行人位置预估。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

本发明公开了一种基于多窗口的室内行人自适应UFIR数据融合方法，包括：

(1)以惯性导航器件INS在k时刻在东向和北向的位置误差和速度误差作为状态量，将惯性导航器件INS与UWB分别测量得到的目标行人的位置作差，差值作为系统观测量，构建滤波模型；

(2)在扩展有限脉冲响应滤波器的基础上，根据在离线阶段选择的不同局部滤波窗口，构建P个不同的子UFIR滤波器，P为设定值；

(3)通过IMM方式对构建的子UFIR滤波器的输出进行融合，得到当前时刻的惯性导航器件INS测量系统测量的行人最优的位置误差预估；

(4)将惯性导航器件INS测量得到的行人位置与UFIR滤波器得到的位置误差预估作差，最终得到当前时刻最优的行人位置预估。

进一步地，所述步骤(2)中，子UFIR滤波器的状态方程为：

其中，(δP_East,k+1,δP_North,k+1)、(δP_East,k,δP_North,k)分别为k+1和k时刻惯性导航器件INS解算的东向和北向的位置误差；(δV_East,k+1,δV_North,k+1)、(δV_East,k,δV_North,k)为k+1和k时刻惯性导航器件INS解算的东向和北向的速度误差；T为采样周期；w_k为k时刻的系统噪声。

进一步地，所述步骤(2)中，子UFIR滤波器的观测方程为：