[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

说明书

本发明公开了一种基于UWB融合GPS与惯性导航的室内外定位系统及方法，由标签分系统、基站分系统、数据处理分系统组成。是一种基于UWB融合GPS与惯性导航捷联的室内外定位系统和定位方法，利用UWB技术和惯性导航实现目标用户在室内室外不同环境中的动态精确定位及完整数据采集。主要应用于物联网行业、旅游行业、商业场所、机场、消防、公安、军事、停车场、医院、机器人、无人机、隧道矿井等。

技术领域

本发明涉及一种基于UWB融合GPS与惯性导航的室内外定位系统，属于电子信息技术领域。

背景技术

导航定位技术的应用已经渗透到国民经济和社会发展的各个领域。室外定位以全球导航卫星系统(GNSS)为代表，发展已经很成熟，具有无需布设传输线路且传输速度快，不受距离限制等优点，因此GNSS更适用于在相对空旷的地方进行定位。随着社会需要的发展，众多行业对室内定位技术也提出迫切的需求，例如物联网行业、旅游行业、商业场所、机场、消防、公安、军用、停车场、医院、机器人、无人机、隧道矿井等。而能同时在室内室外取得高精准度定位的产品寥寥无几，本发明就是要解决室内室外定位数据无缝衔接，精准无误的问题。

目前关于室内定位虽然有多种解决方案，例如WIFI定位、超声波定位、蓝牙定位、地磁定位、卫星定位、射频识别、红外线定位、Zigbee定位等，但是由于技术局限以及成本问题，尚未有像GNSS定位技术一样让不同用户满意的成熟产品，这些技术要么定位精度无法满足要求，要么成本太高难以推广，因此室内定位技术已成为在人员管理、资产管理、公共安全、突发事件处理等方面的研究热点。

UWB(Ultra Wideband)是一种无载通信技术，根据美国联邦通信委员会(FederalCommunications Commission of the United States)的标准，UWB的工作频段为3.1～10.6GHz，-10dB带宽与系统中心频率的比值大于20％，系统带宽至少为500MHz。利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，相较于传统的无线通讯方式，UWB有本质的区别。

UWB定位过程中，先确定一个参照标签的具体位置，然后通过四周安装好的基站得出目标携带的UWB标签相对于参照标签的位置信息，最终传给远程主机。UWB技术在挑战性的应用环境中依然具有较高的定位精度和很好的稳定性，并且具有以下优点：高抗干扰能力、厘米级的定位精度、低能耗、收发器体积小等，使其能够满足高精度室内定位要求。并且我们结合惯性导航模块，对人员姿态数据进行采集，对于即将发生的危险进行预警告知，对已经发生的情况及时定位报警。

当人员即将脱离UWB信号收发范围时，根据标签内部程序自动对UWB信号和GPS信号的定位方式进行切换，同时在切换过程中，通过惯导对切换期位置进行定位，达到位置信息不断线，行进数据不丢失。

由于室内环境复杂多变，且无法接收GPS信号，使得目前室内定位有一定的困难。虽然UWB可以满足室内高精度定位的要求，但是在多数条件下人员无可避免的会在室外活动，而此时则需要使用GPS定位，若使用两套信号接收设备势必会增加使用人员的负担，同时提高定位成本。将室内高精度定位与室外定位集成在同一系统是当前的攻关难点，同时也是一次技术的革新。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于UWB融合GPS与惯性导航的室内外定位系统及方法，克服现有技术不能同时满足室内室外使用同一系统进行高精度定位、UWB与GPS切换以及UWB与GPS信号不能无缝衔接、位置数据不连贯不完整的问题。提供一种基于UWB融合GPS与惯性导航捷联的室内外定位系统和定位方法，利用UWB技术和惯性导航实现目标用户在室内室外不同环境中的动态精确定位及完整数据采集。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于UWB融合GPS与惯性导航的室内外定位系统，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；