[實用新型]采用固定區間CRTS平滑的INS/UWB緊組合導航系統

有效

• 申請號: 201620112004.3
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN205384029U
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 徐元;馬思源;王宜敏
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本實用新型涉及復雜環境下組合定位技術領域，尤其涉及一種采用固定區間CRTS平滑的INS/UWB緊組合導航系統。

背景技術

近年來，行人導航(PedestrianNavigation,PN)作為導航技術應用的新興領域，正越來越受到各國學者的重視，并逐漸成為該領域的研究熱點。然而在隧道、大型倉庫、地下停車場等室內環境下，外界無線電信號微弱、電磁干擾強烈等因素都會對目標行人導航信息獲取的準確性、實時性及魯棒性有很大影響。如何將室內環境下獲取的有限信息進行有效的融合以消除室內復雜環境影響，保證行人導航精度的持續穩定，具有重要的科學理論意義和實際應用價值。

在現有的定位方式中，全球衛星導航系統(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)是最為常用的一種方式。雖然GNSS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，GNSS信號被嚴重遮擋，無法進行有效的工作。近年來，UWB以其在復雜環境下定位精度高的特點在短距離局部定位領域表現出很大的潛力。學者們提出將基于UWB的目標跟蹤應用于GNSS失效環境下的行人導航。這種方式雖然能夠實現室內定位，但是由于室內環境復雜多變，UWB信號十分容易受到干擾而導致定位精度下降甚至失鎖；與此同時，由于UWB采用的通信技術通常為短距離無線通信技術，因此若想完成大范圍的室內目標跟蹤定位，需要大量的網絡節點共同完成，這必將引入網絡組織結構優化設計、多節點多簇網絡協同通信等一系列問題。因此現階段基于UWB的目標跟蹤在室內導航領域仍舊面臨很多挑戰。

在導航模型方面，目前在室內行人組合導航領域應用較多的為松組合導航模型。該模型具有容易實現的優點，但是需要指出的是，該模型的實現需要參與組合導航的多種技術能夠獨立的完成導航定位。例如，需要UWB設備能夠提供行人的導航信息，這就要求目標行人所處的環境必須能夠獲取至少3個參考節點信息，這大大的降低的組合導航模型的應用范圍，與此同時，參與導航的子技術獨立完成定位，也引入了新的誤差，不利于組合導航技術精度的提高。為了克服這一問題，學者們提出將緊組合模型應用于室內行人導航領域，緊組合模型直接將參與組合導航的子技術的原始傳感器數據應用于最后的導航信息的解算，減少了子技術自行解算引入新誤差的風險，提高了組合導航的精度，但是需要指出的是，傳統的緊組合導航模型都是建立在一階泰勒展開的基礎上的，這不可避免的引入了系統的截斷誤差，這在普遍采用低成本傳感器的行人導航領域，嚴重影響了組合導航系統的精度。

實用新型內容

本實用新型的目的就是為了解決上述難題，提供了一種采用固定區間CRTS平滑的INS/UWB緊組合導航系統，該系統能滿足室內行人導航的中高精度定位和定向的要求。

為實現上述目的，本實用新型的具體方案如下：

一種采用固定區間CRTS平滑的INS/UWB緊組合導航系統，包括：

慣性導航器件INS、UWB無線標簽、UWB無線參考節點、參考系統和數據處理系統；

所述慣性導航器件INS和UWB無線標簽分別設置在行人的鞋子上，所述UWB無線參考節點和參考系統分別設置在設定位置，所述慣性導航器件INS、UWB無線標簽和參考系統分別與數據處理系統連接。

進一步地，所述數據處理系統包括：局部數據融合濾波器、容積卡爾曼濾波器、偽距數據處理模塊、RTS平滑模塊和均值濾波模塊；

所述慣性導航器件INS與局部數據融合濾波器連接，所述慣性導航器件INS和UWB無線標簽分別與偽距數據處理模塊連接，偽距數據處理模塊的輸出連接所述容積卡爾曼濾波器；所述容積卡爾曼濾波器的輸出依次連接RTS平滑模塊和均值濾波模塊后與減法器的一個輸入端連接；所述局部數據融合濾波器的輸出與減法器的另一個輸入端連接。

進一步地，所述偽距數據處理模塊內置第一偽距平方和求取單元、第二偽距平方和求取單元和減法器單元；所述第一偽距平方和求取單元和第二偽距平方和求取單元分別與減法器單元連接。

進一步地，所述參考系統包括碼盤和電子羅盤。

本實用新型的有益效果：

1、本實用新型系統以INS和UWB分別測量得到的偽距的平方之差作為系統觀測量；有效的降低的傳統緊組合導航模型中忽略泰勒展開式的高次項可能引入截斷誤差的可能性。