[发明专利]一种基于UWB与惯导融合的车载导航定位方法

说明书

本发明提供了一种基于UWB（Ultra‑Wide‑Band）与惯导融合的车载导航定位方法，属于室内外定位技术领域。该方法针对当UWB信号遮挡严重、大量存在多径效应时，会出现粗大误差问题，及当接收信号的基站数目小于3个时，标签无法完成定位的问题。结合惯导不受外界环境影响，能实现自主连续定位特点。提出了当接收的基站个数大于1个时，使用扩展卡尔曼滤波实现车辆的最优估计，当接收基站个数为1个时，使用余弦定理的方法估算车辆位置。该方法能提供能够长时间连续可靠的定位，具有很强的工程应用价值。

技术领域

本发明属于室内外导航定位领域，特别涉及了一种基于UWB(Ultra-Wide-Band)与惯导融合的车载导航定位方法。

背景技术

UWB是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗干扰强等优点，同时UWB凭借着精度高，适用性广等特点，在工厂、仓储、机器人等定位领域得到广泛应用。

但当UWB信号遮挡严重、存在大量多径或该区域定位基站较少时，UWB将会出现粗大误差或不能定位的问题。

惯性导航系统具有不受外界影响，自主性、定位连续的特点。本发明针对UWB TDOA（Time Difference Of Arrival）技术中标签只发送信号不接收信号特点，将融合算法分为两部分：标签侧负责解算车辆的姿态、行驶状态等信息，平台侧负责根据接收到的UWB数据及车辆的姿态、行驶状态等信息对车辆的位置、速度、姿态进行估计。

发明内容

本发明提出一种基于UWB与惯导融合的车载导航定位方法。该方法可以使得在UWB信号遮挡严重、或存在大量多径、或接收UWB信号的基站个数较少如小于3个时仍能持续高精度的完成定位。在定位过程中，当接收UWB信号的基站个数大于1个时，使用扩展卡尔曼滤波实现车辆的最优估计，当接收基站个数为1个时，使用余弦定理方法估算车辆位置。

本发明提出的一种基于UWB与惯导融合的车载导航定位方法，包括以下步骤。

步骤01：将含有惯性传感器的UWB标签，安装在车辆上，要求惯性传感器的Y轴或X轴与车辆的行驶方向一致。读取惯性传感器中的加速度计计陀螺仪数据。

步骤02：根据读取的加速度数据，判断当前的车辆是否静止。若静止则执行步骤03，否则执行步骤05。

步骤03：根据读取的加速度数据，计算俯仰角和横滚角。

步骤04：对一段Tw时间内的三轴陀螺仪数据求平均，可以解算出陀螺仪的三轴零偏w_bias。

步骤05：把初始航向角为0°及步骤03解算的俯仰角及横滚角当作四元数计算的初始值，然后使用计算出的陀螺仪零偏值实时校正输出的角速度数据，实时更新四元数，进而跟踪车辆的行驶姿态角。

步骤06：根据一段Tw时间内的加速度数据及陀螺仪数据，判断车辆的行驶状态，即是向前行驶或倒退行驶。

车辆静止启动时的行驶状态判断，求一段Tw时间内加速度计x轴的最大值max_acc_x，最小值min_acc_x；加速度计y轴的最大值max_acc_y，最小值min_acc_y，则

（1）

若 f大于设定阈值static_thr，则车辆开始运动，此时若T_w时间内Y轴加速度均值大于0，则车辆向前行驶，否则车辆倒退行驶；若 f小于设定阈值static_thr，则保持上一时刻的静止状态。