[发明专利]一种面向陌生场景的室内定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种面向陌生场景的室内定位系统及方法。本系统包括：具有惯导定位功能和UWB定位标签功能的个人定位设备，具备UWB定位基站模块和无线自主通信功能的通信定位中继，接收惯导定位数据和UWB定位数据进行联合定位处理的后场主控设备。本系统通过利用惯导定位技术与UWB定位技术的互补优势，并结合无线自组网通信技术，其优势在于：（1）利用惯导定位坐标作为通信定位中继的安装坐标，实现了UWB定位所需基站坐标的快速量测，具有操作简单、即开即用的优点；（2）在UWB定位精度较好的区域，利用UWB坐标对惯导定位进行位置和方向的校准，有效消除了惯导定位的累积误差问题，可保证长时间的定位准确性。本系统适用于面向消防或应急领域等陌生场景下的即时定位应用。

技术领域

本发明涉及室内定位领域，特别是一种UWB和惯导联合定位的系统和方法。

背景技术

在消防救援、反恐处突、抢险救灾等应急任务中，精确的定位技术具有重大意义。后方指挥人员通过实时掌握前方作战人员的精确位置和即时动向，可以向现场人员提供准确的指挥和调度，最大程度的避免消防员在火场中迷路和人员伤亡。

面向这类特殊应用场景，室外可以采用GNSS定位技术，但室内往往来不及提前布置定位辅助设备和获取先验数据库，因此现有产品主要采用基于足部运动模型的惯导定位技术。惯导定位技术是一种以加速度计和陀螺仪为核心测量单元的航迹推算（相对定位）方法，即给定一个初始的位置和方向，待测目标根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置。但这种技术最大的问题是定位误差随时间有累积效应。相比而言，以WiFi、蓝牙、UWB等无线信号的定位系统给出的是绝对坐标，因此不存在累积误差效应，其中特别是UWB的定位精度可以达到厘米级。但这种定位系统由于需要提前部署需要的基站设备，所以通常应用在地点相对固定的场景。

发明内容

本发明公开了一种面向陌生场景的室内定位系统及方法。本系统通过利用惯导定位技术与UWB定位技术的互补优势，并结合无线自组网通信技术，其优势在于：（1）利用惯导定位坐标作为通信定位中继的安装坐标，实现了UWB定位所需基站坐标的快速量测，具有操作简单、即开即用的优点；（2）在UWB定位精度较好的区域，利用UWB坐标对惯导定位进行位置和方向的校准，有效消除了惯导定位的累积误差问题，可保证长时间的定位准确性。本系统适用于面向消防或应急领域等陌生场景下的即时定位应用。

所述的一种室内定位系统至少包括：

个人定位设备，至少具有惯导定位功能和UWB定位标签功能；

通信定位中继，至少具备UWB定位基站模块和无线自主通信功能；

后场主控设备，接收定位人员的惯导定位数据和UWB定位数据，进行联合处理后给出定位结果。

根据所述的室内定位系统，本发明还包括一种联合UWB和惯导的室内定位方法。如图1所示，工作流程包括以下步骤：

步骤101：确认好本次定位的起点位置后，定位人员佩带个人定位设备，开启完成惯导初始化；

步骤102：定位人员携带数个通信定位中继进入建筑物内，开始惯导定位；

步骤103：在行进路线选择适当位置处布置通信定位中继，开启设备会自动进行Mesh组网。同时，后场主控设备会将该定位人员当前的惯导定位坐标作为该通信定位中继的位置坐标；

步骤104：定位人员完成本建筑物内的自组网部署，保证个人定位设备全程至少与1个通信定位中继保持有效通信，部分区域至少与2个通信定位中继保持有效通信；

步骤105：进入建筑物的所有定位人员即开始进行惯导和UWB的联合定位。

对于步骤105所述的惯导和UWB的联合定位，其选择策略如图2所示，具体包括以下步骤：