[发明专利]基于UWB和激光测距的室内航位推算定位方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于UWB和激光测距的室内航位推算定位方法及系统，当UWB定位信息有效时，采用UWB定位信息与航位推算信息进行数据融合；当UWB定位信息无效时，采用激光测距信息与航位推算信息进行数据融合。本发明的室内航位推算定位方法及系统能够有效避免纯DR的定位信息随时间发散的问题，以及当UWB信号受到阻挡或定位载体超出UWB有效定位区域时，UWB定位误差急剧增大的负面影响，从而可以大幅提高室内导航定位的定位精度。

技术领域

本发明涉及室内导航定位技术领域，尤其涉及一种基于UWB和激光测距的室内航位推算定位方法及系统。

背景技术

随着信息化技术的进步，定位技术的发展极大地改变了现代社会的生活和工作方式，如出行或旅行中所普遍采用的电子导航，即是有赖于GPS定位技术的普及。从而在日常生活中对基于定位的需求不断增加，而如何准确地确定用户位置则是实现基于位置服务(LBS，Location based service)的基础和关键。虽然GPS定位技术的应用已较为普及，并且其定位准确性也较高，但是随着城市的发展与建设，人们的活动大多会集中于一些室内区域，比如地铁、商务楼、商场、餐厅等等，而这些场所或是规模巨大或是相对封闭，往往无法接收到GPS信号，仅依靠GPS无法完全实现针对室内定位的需求。

目前主要的室内定位技术包括：基于视觉传感器或雷达激光的SLAM技术，基于WiFi、蓝牙、ZigBee的定位技术，航位推算(Dead Reckoning，DR)定位技术，以及超宽带(Ultra Wide Band，UWB)定位技术等。

SLAM技术不依赖外部信息源，具有较强的自主性，对环境改动最小，但在人员密集的动态环境下SLAM技术难以奏效。

UWB定位是一种基于TOF(Time of Flight)原理的定位方式，它通过对急剧变化的冲击脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽，相比于WiFi、蓝牙、ZigBee等需要检测信号强度的方法，UWB定位更为可靠，其具有对信号衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、抗截获能力强等特点，能提供分米级定位精度。近年来在室内定位导航应用方面获得关注。但是，当UWB信号受到阻挡时，或定位载体超出UWB有效定位区域时，UWB定位误差会急剧增大。

DR系统无需在建筑物内预设信标节点，利用惯性传感器(如加速度计、陀螺仪等)和速度传感器计算定位载体的移动距离和方向，即可推测其运动轨迹。但是，DR的位置和航向信息会随着时间发散。

发明内容

目前的现有技术，针对于室内定位仅通过单一的导航系统很难连续准确地给出导航定位信息，有鉴于此，本发明提供了一种室内航位推算定位方法，其在航位推算的基础上附以UWB定位信息和激光测距信息；当UWB定位信息有效时，采用UWB定位信息与航位推算信息进行数据融合；当UWB定位信息无效时，采用激光测距信息与航位推算信息进行数据融合。

进一步地，当需要对航位推算信息进行初始化时，采用UWB定位信息对航位推算的位置信息和航向角进行初始化。

进一步地，航位推算的位置和航向初始化包括：

在航位推算的航向角未被初始化前，不进行推算更新，直接使用UWB的位置信息来赋值航位推算的位置信息；

当定位载体开始运动时，使用UWB定位信息来计算定位载体的速度，计算公式如下所示；

Vue(Ku+1)＝(Pue(Ku+1)-Pue(Ku))/Tku (1)

Vun(Ku+1)＝(Pun(Ku+1)-Pun(Ku))/Tku (2)