[发明专利]一种基于红外基准点的室内与地下空间定位方法

说明书

本发明公开了一种基于红外基准点的室内与地下空间定位方法，属于导航定位技术领域。其包括以下步骤：设计红外节点设备；在室内或地下空间的顶部区域设置多个安装点并安装红外节点设备；接收机通过通信或本地数据方式获取全部红外节点设备的空间坐标；接收机通过红外摄像头感知红外节点并计算获取自身的定位信息。本方法简单易行，对保障室内、地下等应用场景下大容量接收机自身的连续定位具有重要意义。

技术领域

本发明属于导航定位技术领域，特别是指一种基于红外基准点的室内与地下空间定位方法。

背景技术

人类活动正在从室外向室内、地下等空间延伸，在这些场景中由于受到建筑结构或地表的遮挡，卫星导航信号不可穿透或信号很弱，传统的卫星导航技术不可用，如何在室内/地下空间中获取连续精确的定位信息成为一个技术难题。

针对于室内和地下场景的定位问题，国内外开展了大量技术研究，包括利用伪卫星基站、UWB基站、5G通信基站以及声波基站的定位技术，利用特定无线电信号波形或声波低传播速率的特征实现复杂多径环境下的精确测量。但上述技术在应用中存在两个不足：一是由于无线电信号和声学信号在存在许多遮蔽体的室内和地下空间传播过程中，衍射、绕射等非视距传播信号相对于直射投射信号的衰减不大，致使接收机难以识别和区分非视距信号，特别是在存在大量移动人、物体的环境中，接收机到的非视距信号观测噪声方差存在较大波动，难以通过信号特征门限的方式准确识别。二是对于利用双向或多向无线测距获取基站和接收机几何距离的技术，由于需要区分不同接收机的回传信号并避免接收机间的远近效应，在定位网络中必然存在接收机容量和定位频率间的矛盾。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于红外基准点的室内与地下空间定位方法，本方法可面向可预先测绘安装点位置并可预先安装设施的室内、地下等应用场景，实现大容量、具有红外摄像头的接收机可连续获取自身的定位信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于红外基准点的室内与地下空间定位方法，包括以下步骤：

(1)在室内或地下空间的顶部区域以非对称方式设置n个安装点，n≥4；每个安装点安装1个点状红外节点设备，观测区域内可观测到不低于4个点状红外节点设备；

(2)记录各安装点的空间坐标[x_i,y_i,z_i]i＝1～n，记为矩阵

(3)将地点k处可观测到的点状红外节点的ID号的集合记为可观测特征组A_k，全部的可观测特征数组记为{A₁～A_k}；

(4)接收机通过内嵌的红外摄像头拍摄顶部区域，当接收机获取的实时热成像图像中存在m个点状红外节点设备且m不低于4时，检测m个节点在实时热成像图像的投影坐标[x_j,y_j]j＝1～m，记为转到步骤(5)；若m小于4，则转到步骤(7)；

(5)设接收机位置为P＝[x₀,y₀,z₀]，接收机基于{A₁～A_k}中包含有m个点状红外节点设备的可观测特征组子集{A_q}，遍历与全部潜在可观测到的点状红外节点设备的相对位置矩阵基于PnP映射关系检测是否存在有效解，当存在有效解时得到的[x₀,y₀,z₀]即为接收机的空间定位解；

(6)获取有效解后根据PnP映射算法得到的姿态信息对本地惯性器件进行校准，返回步骤(4)进行下一时刻定位；

(7)通过惯性推算实现移动过程中定位，或将可观测到的点状红外节点设备作为特征点基于SLAM算法实现移动过程中定位，返回步骤(4)进行下一时刻定位。