[發明專利]一種移動目標協同定位系統及定位方法

有效

• 申請號: 201310078769.0
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103197279A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 李威;羅成名;樊啟高;王禹橋;楊海
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明專利涉及一種目標定位系統及方法，特別是一種移動目標協同定位系統及定位方法。

背景技術

目前，移動目標的定位得到了越來越多的關注，其精確定位能夠詳細說明“在什么時間或什么位置區域，移動目標位置和姿態處于什么狀態”，而且隨著其定位精度的不斷提高，其應用的領域和范圍在不斷擴展。在面對一些復雜的任務時，如多機作業、工廠物流、智能調度等，移動目標甚至能夠按照功能需求移動到預定目的地，因此定位技術為其提供了重要的支持。目前，移動目標定位常用的方法有GPS衛星定位、捷聯慣導定位、視覺定位、無線傳感器網絡定位等方法。

在地面或空中等室外開闊環境下，為移動目標安裝GPS接收器，能夠實時獲得移動目標的動態位置，盡管其定位精度比較低，仍然已經成為一種成熟的方案而受到廣泛的應用。但是對于室內、礦井等封閉環境下移動目標定位，受到復雜環境對GPS信號傳播的遮擋，從而在封閉環境下無法利用GPS獲得移動目標的位置。

捷聯慣導定位是利用移動目標在行進過程中自身存在的慣性，選用慣性敏感元件，能夠準確輸出移動目標的位置和姿態信息，但是存在傳感器漂移和累計誤差等不足，造成長時間后位置信息嚴重失信，而且沒有地面或空中常用的GPS校準，從而造成無法單獨使用捷聯慣導進行定位。

視覺定位是利用視覺傳感器技術來對目標進行攝像，通過物像特征點匹配、目標識別等方法來實現目標的位置和姿態輸出，但是封閉環境下光照不均、圖像變形、遮擋干擾等會給位姿解算帶來誤差，而且對移動目標缺乏快速高效的位姿解算方法，不適合用于移動目標的高精度定位。

無線傳感器網絡通過信號強度指示、信號到達時間差、到達時間以及到達角度等測距方法解算獲得移動目標的位置，由于移動目標為一個空間三維物體，但是常常將其簡化為一個質心體從而給定位解算帶來較大誤差，對于移動目標的實時姿態更是無法輸出。

封閉環境下移動目標單獨采用以上的定位方法，都無法準確的輸出位置和姿態信息。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提出移動目標協同定位系統及定位方法，解決封閉環境下移動目標單獨采用以上的定位方法，都無法準確的輸出位置和姿態信息的問題。

針對上述問題，本發明提出一種移動目標協同定位系統，在移動目標上安裝捷聯慣導模塊、超寬帶無線接收器和協同定位模塊，在定位區域內布置超寬帶無線發射器；所述的協同定位模塊中有捷聯慣導參數通訊模塊、無線參數通訊模塊和協同運算處理單元；捷聯慣導參數通訊模塊與捷聯慣導模塊進行通訊，無線參數通訊模塊與超寬帶無線接收器進行通訊，協同運算處理單元對接收到的信息進行解算；捷聯慣導模塊測量得到的移動目標的姿態角、加速度、速度和位置運動參數，通過協同定位模塊上的慣導參數通訊模塊傳輸給協同運算處理單元；超寬帶無線傳感器測量得到的無線測距參數，通過協同定位模塊上的無線參數通訊模塊傳輸給協同運算處理單元，運動參數與測距參數在協同運算處理單元經數值解算，獲得移動目標精確的位置和姿態信息。

一種移動目標協同定位方法，其特征是利用捷聯慣導模塊和超寬帶無線傳感器對移動目標的參數進行感知，建立捷聯慣導和超寬帶無線耦合模型，由捷聯慣導模塊輸出移動目標高精度姿態信息，在捷聯慣導模塊輸出的運動參數補償下，超寬帶無線傳感器輸出移動目標高精度的位置信息，并對捷聯慣導模塊輸出的位置信息進行校正，從而實現封閉環境下定位區域內移動目標輸出位置和姿態信息，包括以下步驟：

步驟1）捷聯慣導模塊與超寬帶無線傳感器協同下多源參量的實時感知與測距運算；

步驟2）移動目標的捷聯慣導模塊下運動參量與超寬帶無線傳感器無線信號間的誤差傳遞分析與補償；

步驟3）捷聯慣導模塊下高頻位置信息與超寬帶無線傳感器下低頻位置信息在不同坐標系下的統一變換；

步驟4）捷聯慣導模塊下姿態、加速度、速度與位置參量與超寬帶無線傳感器下信號到達時間差、到達角度間的交互耦合；

步驟5）捷聯慣導模塊與超寬帶無線傳感器協同下移動目標位置和姿態的解算與校正；

在步驟1）中，所述的捷聯慣導模塊與超寬帶無線傳感器協同下多源參量的實時感知與測距運算，具體為：將捷聯慣導模塊測量的數據通過積分運算得到移動目標粗略的位置和姿態，而將超寬帶無線傳感器測量的數據經過計算得到移動目標與超寬帶無線發射器間的測距信息；