[发明专利]基于UWB融合GPS与惯性导航的室内外定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于UWB融合GPS与惯性导航的室内外定位系统，其特征在于，包括基站分系统、标签分系统、数据处理分系统；

所述基站分系统由若干基站组成，基站固定在室内不同位置，每个独立室内目标区域至少需要固定四个基站；

所述标签分系统由若干可移动的标签组成，标签设置于每个目标用户上；

所述基站包括Cortex-M4芯片、基站DWM1000模块、基站串口模块、LED指示灯、以太网模块；基站DWM1000模块、以太网模块、基站串口模块、LED指示灯均与Cortex-M4芯片相连；

所述标签包括Cortex-M3芯片、标签DWM1000模块、标签串口模块、GPS模块、GPRS模块、惯性导航模块、电源模块、LED指示灯；标签DWM1000模块、标签串口模块、GPS模块、GPRS模块、惯性导航模块、电源模块、LED指示灯均与Cortex-M3芯片相连；

所述Cortex-M4芯片为STM32F4系列，用于执行基站DWM1000模块定位的相关代码及数据的储存收发；

所述Cortex-M3芯片为STM32F10x系列，用于执行标签DWM1000模块定位的相关代码及数据的储存收发；

所述DWM1000模块用于对室内目标距离数据的测量收发，并通过多基站对标签不同距离数据解算出目标精确位置信息；

所述GPS模块对室外目标位置进行定位，所述GPRS模块将定位信息发送至解算服务器；

所述基站串口模块采用USB虚拟串口输出与UART4输出，用于外接电源、数据传输和调试；

所述标签串口模块采用UART4输出，用于调试；

惯性导航模块获取标签DWM1000模块空间姿态数据以调整角度误差，同时在GPS信号与UWB信号进行切换产生盲区时，依据上一位置数据提供目标的可靠位置信息；进一步的，当室内UWB信号产生遮蔽或无法接收时，启动惯导继续定位并产生位置信息；

所述以太网模块用于基站和数据处理分系统之间的位置数据传输；

所述数据处理分系统由解算服务器和上位机软件组成，用于对接收的位置数据进行结算存储；所述上位机软件可适用于PC端和移动端，采用BS模式或CS模式。

2.如权利要求1所述的基于UWB融合GPS与惯性导航的室内外定位系统的基站控制方法，其特征在于，

当基站上电后，程序开启定时器，若定时器走完没有被中断，则代表基站注册表为空，基站进入BLK_WAIT状态，等待接收标签广播的blk消息，若收到blk消息，则构造标签的结构体将其依次放入基站注册表中并中断定时器，开启定时器进入RNG_SEND状态，若基站没有收到blk消息，则程序回到等待接收blk信息状态；

若定时器被打断，则基站进入RNG_SEND状态，按照注册表中标签顺序对该顺序标签发送range_init消息，之后进入FINAL_WAIT状态，基站打开接收程序，若收到标签发来的final消息，则解析final消息包，获取标签的range_init接收时戳和final发送时戳，根据range_init接收时戳和final发送时戳的时间差乘以光速计算基站和标签的距离，并将距离上报服务器，之后清空该标签在注册表位置，待定时器中断跳出循环回到RNG_SEND状态，若基站没有接收到final消息，则程序将该标签随机插到注册表其他位置，对注册表下一个标签发送range_init消息。

3.如权利要求1所述的基于UWB融合GPS与惯性导航的室内外定位系统的标签控制方法，其特征在于，

当标签上电之后，首先进入BLK-SEND状态，以广播的方式向周围基站发送bLk消息，发送后进入接收RNG_WAIT状态；当标签收到基站发送的range_init消息后，进入FINAL_SEND状态，向基站点对点发送final消息；若标签未收到range_init消息，则进入休眠状态。