[發明專利]一種基于高斯分布檢測UWB質量的雙模型定位方法及系統

有效

• 申請號: 202011299400.9
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112540345B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 肖云浩;鄭文輝;蔡國發;宋燁興;蘇國森;竇琴健;張斌;陳瑾
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01S5/10
• 分類號: G01S5/10;G01S5/02;G01S17/86;H04W4/021;H04W4/33
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發明提供的一種基于高斯分布檢測UWB質量的雙模型定位方法，包括：計算UWB系統預測模型的估計距離，構建UWB系統的量測方程；根據估計距離及UWB系統的量測方程判斷UWB質量；構造激光雷達SLAM的量測方程；根據估計距離、UWB系統的量測方程及激光雷達SLAM的量測方程，構建雙模型定位模型；采用EKF算法對雙模型定位模型進行融合測距，對雙模型定位模型進行狀態更新。本發明提供的雙模型定位方法及系統，通過檢測UWB系統測距質量，有效提升了測距的可靠性；通過引入雙模型定位模型，通過判斷UWB系統質量，當UWB系統質量優良時采用雙模型定位，當質量較差時，則舍棄UWB系統數據，直接使用激光雷達SLAM預測方程定位，大大提高了室內定位的精準度。

技術領域

本發明涉及室內高精度定位技術領域，更具體的，涉及一種基于高斯分布檢測UWB質量的雙模型定位方法及系統。

背景技術

隨著定位技術的不斷發展，定位信息變得越來越重要，因為基于位置的服務例如導航、導游、導購、救援等，這些服務都使得定位信息變得重要。室外環境下全球衛星導航系統(GNSS)發展成熟，然而在室內，由于建筑物遮擋加上室內封閉的空間和性能顯著下降，GNSS無法在室內發揮出精準的定位效果。GNSS的盲區定位已成為亟待解決的科學問題。利用室內定位技術可以解決盲區定位問題，主流的定位技術有超寬帶(UWB)技術和激光雷達定位(SLAM)技術。然而UWB受非視距(NLOS)和多路徑效應等影響明顯，而現有的激光雷達SLAM在定位時存在累積誤差漂移，使得激光雷達定位存在誤差。

針對以上問題，陳志鍵、徐愛功等人提出了一種室內UWB/LiDAR組合定位算法[1]陳志鍵,徐愛功,隋心,郝雨時,郭哲.室內UWB/LiDAR組合定位算法[J].導航定位學報,2019,7(01):38-42+111，來進行定位。將定位分為UWB測距信息、LiDAR(激光雷達)SLAM的位移增量和角度觀測值作為量測值，計算步驟如下：

利用UWB測距模型，計算UWB測距信息。基于往返時間(roundtriptime，RTT)測距，通過測量UWB脈沖信號從流動站發出后到達基準站之后返回流動站的總時間，間接確定二者之間的距離。傳輸過程由輸入信號觸發，RTT測距不需要基站之間以及基站流動站保持時間同步。

計算LiDAR?SLAM的位移增量和角度觀測值。通過k時刻LiDAR獲得的數據，解算得到k時刻相對于k-1時刻LiDAR的位移增量與角度觀測值，同時采用非線性運動模型推算k+1時刻位姿信息，進而實現LiDAR的狀態預估。

利用計算機對UWB和LiDAR添加時間標簽并進行時間同步；將LiDAR和UWB2類傳感器中心固定在同一鉛垂線，達到空間同步。將UWB測距觀測值、LiDAR?SLAM的位移增量和角度觀測值作為量測值，建立了UWB/LiDAR組合定位模型。利用卡爾曼濾波算法進行參數解算。

但該技術的實現過程中，UWB受到非視距與多路徑效應等因素的影響，容易造成較大的定位誤差，現有技術在融合前未對UWB測距值進行檢測，當UWB測距質量較差時，大大降低了其定位精準度。

發明內容

本發明為克服現有的融合定位技術在融合前未對UWB測距值進行檢測，當UWB測距質量較差時，存在定位精準度低的技術缺陷，提供一種基于高斯分布檢測UWB質量的雙模型定位方法及系統。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于高斯分布檢測UWB質量的雙模型定位方法，包括以下步驟：

S1：構建UWB系統預測模型，計算估計距離；

S2：建立量測模型，計算實際觀測距離，構建UWB系統的量測方程；

S3：根據估計距離及UWB系統的量測方程判斷UWB質量；

S4：構造激光雷達SLAM的量測方程；