[發明專利]一種WSN/MINS高精度實時組合導航信息融合方法

有效

• 申請號: 201110197690.0
• 申請日: 2011-07-15
• 公開（公告）號: CN102359787A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 陳熙源;徐元
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;H04W84/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種WSN/MINS高精度實時組合導航信息融合方法，屬于復雜環境下組合定位技術領域。

背景技術

近年來，對未知節點精確位置信息的需求推動了精確定位技術的發展，這種趨勢在未來很長一段時間里仍將保持不變。在現有的定位方式中，衛星導航和慣性導航是最常用的兩種方式。其中全球衛星導航系統（Global?Positioning?System,?GPS）是最為常用的一種方式。雖然GPS能夠通過精度持續穩定的位置信息，但是其易受電磁干擾、遮擋等外界環境影響的缺點限制了其應用范圍，特別是在室內、地下巷道等一些密閉的、環境復雜的場景，GPS信號被嚴重遮擋，無法進行有效的工作。微慣性導航系統（MEMS?inertial?navigation?system,?MINS）具有全自主、運動信息全面、短時、高精度的優點，雖然可以實現自主導航，但誤差隨時間積累，長航時運行條件下將導致導航精度嚴重下降。為了克服單獨使用MINS或GPS導航設備所產生的缺點,綜合了二者的優點,?許多學者將上述兩種導航方式融合在一起，形成了GPS/MINS組合導航技術。組合導航系統雖然可以通過MINS對GPS失鎖情況進行補償，但是由于MINS的誤差隨時間積累，這種補償只能是短期補償，一旦系統長時間處于GPS失鎖的情況下，定位精度難以達到長時間穩定狀態。為了獲取相對穩定的定位精度，許多學者將一些智能算法應用到組合導航系統中，這種方法能夠使導航系統維持長時間得穩定，但是其定位精度對培訓區域的選擇有很大依賴。然而在室內、地下巷道等環境下，GPS信號十分微弱，很難搭建合適的培訓區域。

近年來，無線傳感器網絡（Wireless?Sensors?Network,?WSN）以其低成本、低功耗和低系統復雜度的特點在短距離定位領域表現出很大的潛力。采用WSN進行短距離定位逐漸成為一個研究熱點。WSN定位需要兩類節點共同完成定位：錨節點和盲節點。其中錨節點為位置已知的節點，而盲節點為位置未知的節點。目前的WSN中采用定位技術都是通過測量未知節點和已知節點之間的一個或幾個無線信道物理參數來完成。在定位過程中，當需要獲取盲節點的位置信息時，盲節點首先向錨節點發送定位請求以獲取其與錨節點之間相應的無線信道物理參數，并將這些參數信息轉化為相應的距離信息。獲取相應的距離信息之后，通過一些數據融合方法（如極大似然估計（Maximum?Likehood?Estimate，MLE）等）計算出盲節點與錨節點的相對位置信息，其具體步驟如圖1所示。與傳統的定位方式相比，除了具有低成本、低功耗和低系統復雜度的特點之外，WSN還能夠自主完成網絡的組建，使得在室內、地下巷道等一些密閉的、環境復雜的場景進行定位成為可能。

WSN為密閉環境下的未知節點定位提供了可能，但由于WSN采用的通信技術通常為短距離無線通信技術（如ZigBee、WIFI等），因此若想完成長距離的目標跟蹤定位，需要大量的網絡節點共同完成，這并不符合WSN低成本、低功耗的需求。MINS雖然能夠完成自主導航，但擺脫不了定位精度隨時間發生漂移的缺點。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種WSN/MINS高精度實時組合導航信息融合方法，通過在密閉復雜環境下自主搭建無線定位網絡，采用最小二乘支持向量積（LS-SVM方法）對MINS導航系統的導航誤差模型進行訓練，在MINS導航系統離開培訓區域時，依靠之前培訓的誤差模型對導航系統進行補償，克服傳統MINS導航系統定位精度隨時間發生漂移的缺點，以及在密閉環境下無法提供有效的訓練網絡的問題，提供持久的高精度實時導航。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種WSN/MINS高精度實時組合導航信息融合方法，包括下列步驟：

（1）組合導航系統分為培訓區域和自適應補償區域兩部分；所述的培訓區域為搭建有WSN的區域，所述的自適應補償區域為只有MINS信號的區域；

（2）在培訓區域，基于WSN的無線定位與MINS導航系統同時工作，首先利用基于WSN的無線定位技術測量未知節點的相對導航信息，將相對導航信息與微慣性導航系統上得到的絕對導航信息通過擴展卡爾曼濾波器進行數據融合；?