[發(fā)明專利]區(qū)域無(wú)線定位及微捷聯(lián)慣導(dǎo)組合系統(tǒng)及其定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410022394.0
• 申請(qǐng)日: 2014-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN103776442A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 傅軍;朱濤;張亞寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/00
• 分類號(hào): G01C21/00
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;李滿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定位導(dǎo)航方法技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種區(qū)域無(wú)線定位及微捷聯(lián)慣導(dǎo)組合系統(tǒng)及其定位方法。

技術(shù)背景

近年來(lái)，人們對(duì)室內(nèi)定位的需求日益增加。室內(nèi)定位對(duì)于公共生活顯得越來(lái)越重要，例如在超級(jí)商場(chǎng)，通過(guò)獲得消費(fèi)者個(gè)人位置信息和目標(biāo)商品位置信息，進(jìn)行路線指引，實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)購(gòu)；在突發(fā)災(zāi)難中，通過(guò)室內(nèi)定位，引導(dǎo)救援人員以最快速度解救大樓內(nèi)被困人員；在醫(yī)院里，病人的監(jiān)護(hù)以及醫(yī)療設(shè)備的管理等。實(shí)現(xiàn)低成本、高精度的室內(nèi)定位，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

GPS（Global?Positioning?System，全球定位系統(tǒng)）系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性，但10米的定位精度對(duì)于室內(nèi)較狹小的空間來(lái)講，無(wú)法將不同目標(biāo)物區(qū)分開來(lái)，失去了定位的意義；此外，GPS信號(hào)無(wú)法穿越建筑體到達(dá)室內(nèi)或者到達(dá)室內(nèi)的信號(hào)已經(jīng)很弱。因此GPS無(wú)法用于室內(nèi)定位的研究，北斗及GLONASS等衛(wèi)星定位系統(tǒng)同樣存在以上問題。采用載波相位差分技術(shù)，精度可以到達(dá)厘米級(jí)，但實(shí)現(xiàn)載波相位差分需要在各移動(dòng)物體和基站之間建立復(fù)雜數(shù)據(jù)鏈，整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和功耗大小都不利于定位跟蹤。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是二十世紀(jì)初才發(fā)展起來(lái)的一種導(dǎo)航方式。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不依賴于外部信息，也不向外輻射能量，定位結(jié)果較平滑，很少存在信號(hào)突變，是一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。但慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差隨時(shí)間積累，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間單獨(dú)工作。為了減弱誤差積累的速度，需要選用高精度的慣性測(cè)量單元。高精度的IMU（Inertial?measurement?unit，慣性測(cè)量單元）體積和功耗都較大，且成本較高，無(wú)法在室內(nèi)定位中進(jìn)行推廣。

無(wú)線定位技術(shù)用于室內(nèi)定位的主要有紅外線技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)和Wi-Fi技術(shù)等。（1）紅外線具有相對(duì)較高的室內(nèi)定位精度，但是要求定位物體之間無(wú)遮擋，此外，紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內(nèi)的燈光干擾，在精確定位上有局限性；（2）超聲波定位的整體定位精度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是也要求被測(cè)物體之間無(wú)遮擋，超聲波受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大，同時(shí)需要大量的底層硬件設(shè)施投資，成本太高；（3）藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小，但藍(lán)牙器件和設(shè)備的價(jià)格比較昂貴，而且對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)單個(gè)單元作用距離短，穩(wěn)定性差，受噪聲信號(hào)干擾大。（4）射頻識(shí)別技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和定位的目的，可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，成本也較低，但是作用距離近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系統(tǒng)之中；（5）Wi-Fi技術(shù)廣泛應(yīng)用于小范圍的室內(nèi)定位，成本較低，但無(wú)論是用于室內(nèi)還是室外定位，Wi-Fi收發(fā)器都只能覆蓋半徑90米以內(nèi)的區(qū)域，而且很容易受到其他信號(hào)的干擾，從而影響其精度，定位器的能耗也較高。

達(dá)時(shí)間差算法參考文獻(xiàn)：周文婷、朱巖，基于TDOA的無(wú)線定位系統(tǒng)的應(yīng)用與分析[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2012(3):54-57。

四元數(shù)法參考文獻(xiàn)：秦永元.慣性導(dǎo)航[M].北京：科學(xué)出版社,2003:47-52。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是要提供一種區(qū)域無(wú)線定位及微捷聯(lián)慣導(dǎo)組合系統(tǒng)及其定位方法，它將微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（MINS）和無(wú)線定位系統(tǒng)（WPS）構(gòu)成組合定位系統(tǒng)，通過(guò)微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)抑制無(wú)線定位系統(tǒng)信號(hào)的跳變，使定位結(jié)果平滑、準(zhǔn)確；同時(shí)，無(wú)線定位系統(tǒng)可以抑制微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差積累。

為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的區(qū)域無(wú)線定位及微捷聯(lián)慣導(dǎo)組合系統(tǒng)，其特征在于：它包括組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、無(wú)線定位系統(tǒng)和軌跡發(fā)生器，其中，微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、無(wú)線定位系統(tǒng)和軌跡發(fā)生器的通信端分別與組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的通信端連接。

上述技術(shù)方案中，所述微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、無(wú)線定位系統(tǒng)和軌跡發(fā)生器分別通過(guò)I/O（input/output，輸入輸出端口）通信模塊與組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)連接。

一種利用上述區(qū)域無(wú)線定位及微捷聯(lián)慣導(dǎo)組合系統(tǒng)的定位方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：在組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定運(yùn)動(dòng)載體的初始位置信息和初始速度信息；

步驟2：通過(guò)軌跡發(fā)生器設(shè)定運(yùn)動(dòng)載體的標(biāo)稱軌跡數(shù)據(jù)，并在組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中根據(jù)上述設(shè)定的運(yùn)動(dòng)載體的標(biāo)稱軌跡數(shù)據(jù)獲得運(yùn)動(dòng)載體在各個(gè)時(shí)刻的標(biāo)稱加速度信息；然后在組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)載體的初始位置信息和初始速度信息以及運(yùn)動(dòng)載體在各個(gè)時(shí)刻的標(biāo)稱加速度信息，通過(guò)積分計(jì)算得到運(yùn)動(dòng)載體各個(gè)時(shí)刻的標(biāo)稱速度信息和標(biāo)稱位置信息；