[發明專利]基于UWB無線定位與IMU融合的導航定位系統及方法

在審

• 申請號: 202110597733.8
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113900061A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 劉健;黃達健
• 申請（專利權）人: 深圳市易艾得爾智慧科技有限公司
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/06;G01C21/16;H04W4/024
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本發明涉及一種基于UWB無線定位與IMU融合的導航定位系統及方法,該系統包括：安裝于指定工作區域內的至少四個UWB基站；由兩個UWB定位標簽和兩個IMU組成的標簽裝置；其中一個UWB定位標簽與一個IMU以剛體連接方式安裝在一起組成第一復合標簽，另外一個UWB定位標簽和IMU以剛體連接安裝在一起組成第二復合標簽，第一復合標簽與第二復合標簽以設定距離間隔安裝在固定組件上組成所述標簽裝置；主控裝置，用于接收標簽裝置數據，采用卡爾曼濾波器緊耦合的方式對UWB標簽數據和IMU數據進行實時融合，得到當前位置數據和航向角數據；由標簽裝置及主控裝置組成定位裝置。本發明可以同時提供精確的位置信息和航向角信息，可廣泛應用移動機器人的室內外導航。

技術領域

本發明屬于導航定位技術領域，尤其涉及一種基于UWB無線定位與IMU融合的導航定位系統及方法。

背景技術

全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System,GNSS) 可以為用戶提供全球范圍內的自主定位導航服務，如今已廣泛的應用于各種領域。但由于受衛星時鐘誤差、星歷數據誤差、電離層影響、多徑影響等諸多干擾，傳統的衛星定位只能達到10m左右的定位精度，遠無法滿足一些對定位精度要求高的場合。載波相位差分技術即RTK(RealTime Kinematic)的出現，將衛星定位精度提高到厘米級，進一步拓寬了衛星定位技術的使用場景，但RTK成本較高，另外也無法在室內環境使用。隨著區域內定位服務需求的日益增加，局部定位服務( Location Position Server )成為了研究的熱點，常見的有WiFi指紋技術、UWB技術、藍牙技術等。其中UWB技術以其高傳輸率，高穿透力，及較高的定位精度等優勢已經在倉庫，隧道等地方的人員、物資定位取得廣泛的應用，但由于其定位效果在非視距環境下較差，極大的限制了其使用范圍如各種移動機器人的導航定位，存在遮擋、多徑干擾、信號不穩定導致定位誤差較大的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于UWB無線定位與IMU融合的導航定位系統及方法，采用拓展卡爾曼濾波器緊耦合的方式融合UWB標簽數據和IMU數據，有效減小UWB非視距誤差對定位精度產生的影響，，并且采用雙定位標簽融合陀螺儀得到全局可靠航向角數據，為各類室內外移動機器人導航定位提供可靠的位置和航向角數據支持，解決單一標簽沒有角度信息，無法為移動機器人提供航向角的問題。

本發明解決其技術問題是通過以下的技術方案實現的：

本發明提供了一種基于UWB無線定位與IMU融合的導航定位系統,包括：

安裝于指定工作區域內的至少四個UWB基站；

由兩個UWB定位標簽和兩個IMU組成的標簽裝置；其中一個所述UWB定位標簽與一個IMU以剛體連接方式安裝在一起組成第一復合標簽，另外一個所述UWB定位標簽和IMU以剛體連接安裝在一起組成第二復合標簽，所述第一復合標簽與第二復合標簽以設定距離間隔安裝在固定組件上組成所述標簽裝置；

主控裝置，用于接收所述標簽裝置數據，采用卡爾曼濾波器緊耦合的方式對UWB標簽數據和IMU數據進行實時融合，得到當前位置數據和航向角數據；

由所述標簽裝置及主控裝置組成的定位裝置。

進一步地，所述第一復合標簽與第二復合標簽之間的距離為0.5m~1.0m。

本發明還提供了一種應用上述導航定位系統進行導航定位的方法，包括如下步驟：

步驟1，在多個UWB基站中選取其中一個作為參考坐標原點，精確測量其他基站的相對位置坐標，從而建立參考坐標系；

步驟2，獲取UWB定位標簽到各基站的UWB測距信息；獲取IMU的加速度計和陀螺儀信息進行姿態解算，得到標簽裝置的IMU線性加速度信息；