本發明專利技術提出了一種多傳感器組合的無縫定位方法，適合多種應用領域。利用全球衛星導航系統、慣性器件等多種傳感器，構建一種最佳的組合策略，通過在無GNSS信號環境合理使用慣性器件等無線傳感器及輔助傳感器，同時建立GNSS信號可用性及異常等綜合判別準則，進行無縫定位的可用性選擇；在此基礎上，采用擴展卡爾曼濾波器進行處理，實現無縫定位的最優估計輸出。
【技術實現步驟摘要】
“GNSS RTD/MEMS MU/ZIGBEE組合高精度無縫導航新方法”(簡稱AnyPos)，綜合利用GNSS衛星網絡RTD技術、無線電定位技術、基于MEMS的慣性導航組件進行有效組合；在室外充分利用GNSS地面增強設施獲取差分電文進行高精度實時定位解算，在室內外場合通過預先布設的ZIGBEE傳感器基站進行無導航衛星信號覆蓋場合的高精度實時定位解算，同時利用基于MEMS的慣性模塊，提供定位盲區下輔助的姿態、速度、加速度信息。本專利技術的主要創造點是提供一種高精度無縫定位方法，可以有效的將室內定位，室外定位，和定位盲區下輔助姿態信息結合在一起。組合的方式是兩兩綁定，即“RTD+MEMS”及“MEMS + ZIGBEE”，應用場景包括1)貴重物品或者設備如文物、珍藏藝術品等的實時監控、引導過程，當被監測對象從出發地前往某一展覽館博物館的時候，在現場GNSS信號往往無法接收，此時則需要使用到MU/ZIGBEE信號進行室內定位，并且被監測對象的位置往往需要精確已知，才能提高監測方的判斷決策的效率。2)老人、兒童、病人的監護，一旦發生迷路、走失等現象時可得到實時的救助。3)礦工井下安全監測，為礦山實時救護提供技術支持。根據這些需求，便提出此方法。對以上信息進行融合處理，從而在任何場合的應用情景下，實時地獲取用戶所關心的高精度位置、速度、姿態等參數，該種技術尤其適用于在室內外任何切換過渡的高精度實時定位場合，如精密設備移動的智能引導、貴重資產的移動管理等。
技術介紹
高精度無縫定位技術的實現前提是在有/無導航衛星信號的環境、場合下，充分利用廣泛存在的無線電信號如GNSS、W1-F1、ZIGBEE等，并以MEMS的慣性器件所提供的速度、加速度、姿態等信息為基礎，綜合進行融合處理，從而在任何場合的應用情景下，實時地獲取用戶所關心的高精度位置、速度、姿態等參數；其
技術介紹
主要分為以下幾類。I)室外定位(GNSS RTD)技術 在室外定位場合，通過已經固化的GNSS手持機模塊，充分依托全球覆蓋的導航衛星信號，聯合GNSS地面增強系統如連續運行參考站提供的高精度衛星差分改正信號，基于精密測量的載波相位測量值，利用差分技術，實現高達厘米量級的定位結果的輸出。2)室內定位(ZIGBEE RSSI)技術 在室內定位場合，通過廣泛布設的ZigBee基站，在設備充分同步的基礎上，基于信號強度衰減觀測-距離關系模型，獲得的距離值，結合預先精確標定的傳感器基站坐標，通過距離交會的計算方法，實現米級的定位結果輸出。3)輔助定位(MEMS IMU)技術 在室內外無線電信號受限制的定位盲區，利用嵌入的MEMS器件加以輔助，一般利用IMU組件，通過慣性測量的原理，輸出短時高精度的三維位置、加速度/速度、姿態等參數。該種輔助定位技術，可在室內定位和/或室外定位處于盲區的情況下，幫助室內定位和室外定位執行定位操作。4)數據融合技術 利用計算機對按時序獲得的若干觀測信息如GNSS、IMU、ZIGBEE等，在一定準則下加以自動分析、綜合，以完成所需的決策和評估任務而進行的信息處理。包括對各種信息源給出的有用信息的采集、傳輸、綜合、過濾、相關及合成。
技術實現思路
目前，室外定位的場合及應用越發普遍且手段不多，主要集中在衛星導航、慣性設備等，從簡單的個人/大眾電子消費品，如GNSS/DR/COMPASS組合的移動電話、PDA等手持終端，到復雜的專業定位設備，如RTD接收機終端、多功能專業GNSS手持機等。而在室內定位場景方面，主要是HS-GNSS、CDMA、W1-F1、RFID、ZigBee等無線電技術，在相關的基礎設施依托下，室內定位的設備尚未專門制定相應的標準及產品，常見的主要是WhereNet、Ekahau> Ubisense等公司根據單一無線電信號制定的產品，且定位精度不聞。該專利技術瞄準室內/室外任意切換、無縫過渡的高精度定位應用、生產服務場合。在上述場景中，如精密設備移動的智能引導、貴重資產的移動管理等，目標載體的位置信息尤為至關重要，因此對定位的精確度提出了很高的要求，一般均達到了分米量級；同時，定位的場景往往需要在室內/室外之間任意切換及無縫過渡。這里的過渡是指在無信號覆蓋的盲區里，利用輔助MEMS進行短暫過渡的過程。綜上，單一地依靠導航衛星信號或者某一種室內定位信號，難以滿足以上需求；并且，在某些短暫的定位盲區，任何無線電信號都無法發揮作用的時候，往往需要自主定位的手段來加以輔助，以實現定位過程的過渡，從而實現室內外的無縫定位。因此還需引入MEMS器件，如IMU等，提供必要的三維位置、加速度/速度、姿態等參數。為了克服上述不足之處，本專利技術的主要目的旨在通過RTD、MU、ZigBee各自實時采集的數據基礎上，提供一種多傳感器組合的融合算法，這種算法可以有效地將導航衛星定位中的實時偽距差分算法，和ZigBee定位中RSSI的算法以及輔助的慣性姿態方位測量結果緊密結合在一起，從而實現實時無縫高精度高可靠導航定位。本專利技術的另一目的旨在提供一種靈活的定位模式切換方法，通過可見衛星數閾值、強弱信號的跟蹤與否這兩種條件的判斷，來執行無縫定位的模式，該判斷方法簡單、可靠、有效。一般來說，進行GNSS定位的必要條件是衛星數目不少于4顆，以完成導航定位計算，當衛星數少于4顆時候，GNSS定位精度明顯下降；而另一種情況是即便衛星數大于4顆當由于受到遮擋屏蔽等環境影響使得衛星信噪比很弱，一般在20dB-Hz以下的時候，需采用MEMS輔助定位模式；而當衛星信號完全失去的時候，即進入室內定位場合，就需執行ZigBee/IMU定位模式。本專利技術還提出了一種針對不同傳感器種類的高精度時空基準統一方法，主要是在無縫定位基礎設施建設過程中實施的，在ZigBee基站布設的時候，需要對其坐標進行標定，作為先驗信息；另外在數據融合過程中，ZigBee & MEMS以及RTD & MEMS兩種模式下定位結果數據的坐標系也不一致，因此需要進行坐標轉換。由于全球導航衛星系統使用的是地心地固空間坐標系,而ZigBee系統使用的是自定義坐標系，同時IMU是慣性坐標系，因此將GNSS世界坐標系作為這些空間坐標系的唯一坐標系，即將其他坐標系統坐標轉換到WGS 84坐標系下面。這里通過精密測量儀器如全站儀的手段，將傳感器位置坐標推算轉換至全球導航衛星系統的坐標中，從而實現了兩種室內外定位信號源的空間基準一致，而慣性坐標系歸化至地心地固坐標系的方法，主要是基于姿態轉換的方法。對于時間基準，由于全球導航衛星信號是基于自定義的一套時間系統，主要參數為周數及周秒，而ZigBee系統使用的是不同的時間基準，因此兩種時間系統需要作一種互相歸化的推算方法，本專利技術使用的是先將GNSS信號的時間標記進行連續記錄，在對采樣平滑的基礎上，將平滑的時間結果歸化為UTC時間格式，同時與ZigBee上的時間進行互差判斷，在連續采樣100個時間標記的前提上，對其100個互差數值進行平均，最后結果納入到時間同步輸出上。時間同步在于從室外到室內的過渡場合中，以及輔助定位模式中的時間信息校準，當運動載體從室外進入室內的時候，此時需要使用之前的GNSS定位信息，定位信息往往是具有時間標記的，并且G本文檔來自技高網...
【技術保護點】
導航定位模式的判斷方法。
【技術特征摘要】
1.導航定位模式的判斷方法。2.導航系統定位計算中數據同步方法。3.ZigBee實時定位算法。4.不同傳感器的高精度時空基...
【專利技術屬性】
技術研發人員：不公告發明人，
申請(專利權)人：郭杭，
類型：發明
國別省市：
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