[发明专利]基于蓝牙AOA和IMU融合的载体姿态零速校正系统

说明书

本发明涉及室内导航定位领域，特别公开了一种基于蓝牙AOA和IMU融合的载体姿态零速校正系统。基于蓝牙AOA和IMU融合的载体姿态零速校正系统包括IMU模块、IMU位置计算模块、蓝牙AOA定位模块、Kalman融合定位输出模块、载体静态检测模块以及载体姿态校正模块。该系统采用基于卡尔曼滤波的融合算法，将IMU模块与蓝牙AOA定位系统相互结合，利用各自优点有效提高融合定位系统的导航定位精度。同时利用载体静态检测模块对接收数据进行处理，准确判断载体目标的运动状态，并结合载体姿态校正模块，在零速状态下完成载体目标的姿态解算与校正，有效解决了融合定位系统中载体的姿态累积误差问题，提高了室内融合定位系统的精度与稳定性。

技术领域

本发明涉及室内导航定位领域，尤其涉及一种基于蓝牙AOA和IMU融合的载体姿态零速校正系统。

背景技术

传统室内导航定位方法包括红外定位、WIFI定位、蓝牙定位以及UWB(UltraWideBand)定位等。其中蓝牙定位又包括传统蓝牙RSSI(Received Signal StrengthIndication)定位和新增的蓝牙AOA(Angle Of Arrival)定位，蓝牙AOA定位通过检测蓝牙信号到达接收基站各天线的相位数据，各基站可以解算出信号传输方向与基站自身法线的夹角，在不少于两个基站的情况下，可通过三角定位算法得出信号发射目标所在位置。

然而蓝牙AOA定位技术面临着外界环境的干扰，如多径干扰、杂波信号、噪声及其他干扰等。惯性测量单元IMU(Inertial MeasurementUnit)由于依靠自身传感器进行自主导航，无需接收外来信号数据，有着自主性强、不受外界干扰的优点，因此在室内场景下常作为定位辅助设备。因此将蓝牙AOA定位系统与IMU相融合，运行于同一载体目标下，可以提高室内场景下目标定位的精确性与稳定性。

然而，IMU的定位精度与自身器件紧密相关，由于IMU传感器本身存在测量误差，且利用积分运算得出载体相对位置和姿态。因此在长时间运行下，其加速度与角速度积分运算会存在累积误差，造成载体位置与姿态解算的大幅度偏移。

对于载体目标的位置偏移，通常可利用卡尔曼滤波等算法，将蓝牙AOA定位系统与IMU相融合，有效解决其位置误差累积的问题。而对于载体目标的姿态误差累积问题，则需要利用IMU与蓝牙AOA定位的特点，提出一种有效方法加以解决，提高蓝牙AOA与IMU融合定位系统下对载体目标的定位精度。

发明内容

本发明针对蓝牙AOA和IMU融合定位系统中载体姿态误差累积的问题，提供一种基于蓝牙AOA和IMU融合的载体姿态零速校正系统。

本发明提供了以下方案：

一种基于蓝牙AOA和IMU融合的载体姿态零速校正系统，包括：IMU模块、IMU位置计算模块、蓝牙AOA定位模块、Kalman融合定位输出模块、载体静态检测模块、载体姿态校正模块。

所述的IMU模块安装于载体目标上，用于采集载体运动过程中的三轴加速度数据与三轴角速度数据。

所述的IMU位置计算模块与IMU模块连接，用于接收三轴加速度数据与三轴角速度数据，并进行积分运算，得到载体目标的姿态数据与定位估计值。

所述的蓝牙AOA定位模块包括固定在载体目标上的发射节点和固定在空间已知位置上的两个基站接收节点，以及蓝牙AOA位置计算模块。所述发射节点用于向空间中发射蓝牙信号数据，所述基站接收节点用于采样所述发射节点发射出的蓝牙信号数据获得蓝牙信号采样数据，并将蓝牙信号采样数据发送到所述蓝牙AOA位置计算模块。所述蓝牙AOA位置计算模块对蓝牙信号采样数据进行运算处理，得到载体目标的定位测量值。

所述的Kalman融合定位输出模块用于接收IMU位置计算模块输出的定位估计值和蓝牙AOA位置计算模块输出的定位测量值，通过卡尔曼滤波算法进行数据融合，得到载体目标的融合定位估计值，并将融合结果传递给IMU位置计算模块。