[发明专利]一种双基站UWB/INS组合的密林环境人员定位方法

说明书

本发明公开了一种双基站UWB/INS组合的密林环境人员定位方法，属于导航定位及信息融合应用技术领域。本发明利用无人机、车辆和进入密林人员组成的空天地协同定位系统，无人机和车辆通过GNSS接收机获取卫星观测量，取得绝对定位结果，通过UWB基站和进入密林的人员UWB标签实现测距，密林人员同时配备惯性导航IMU实现人员的航迹推算，实现密林人员定位解析，并对IMU/UWB状态更新模型进行全局优化。本发明方法简单易行，能够在山地密林环境中为人员提供位置信息保障。

技术领域

本发明涉及一种双基站UWB/INS组合的密林环境人员定位方法，属于导航定位及信息融合应用技术领域。

背景技术

随着北斗导航系统的建立，高精度定位服务逐步走向更加泛在的环境和场景，然而，受到树林遮蔽对卫星导航信号的影响，传统卫星导航设备难以取得有效的定位能力，实时连续、精准无缝的高精度导航定位是保障森林消防、森林公安、护林员等安全行进、作业的重要基础，因此，密林环境下的高精度定位是亟待解决的重大难题。鉴于卫星导航信号干扰，性能脆弱不足，视觉特征跟踪受限于大尺度、光照等林区环境，激光雷达场景辨识能力差，难以闭环全局修正，低成本惯性导航累积误差时间漂移等，现阶段，具备强穿透性的UWB定位方法是解决密林环境下高精度导航定位难题的有效手段。

当前，已知的UWB定位技术尽管已取得了一定的效果，但实际技术应用仅限于室内，工业园区，地下走廊等结构化环境，定位结果的优化依赖UWB基站的不设密度和标定，技术难以在密林环境进行应用推广。亟需发展面向密林环境的UWB有效定位技术研究，但是，现有技术中尚没有相关应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种双基站UWB/INS组合的密林环境人员定位方法，该方法突破了传统卫星导航遮蔽环境限制，实现了密林环境下绝对定位。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双基站UWB/INS组合的密林环境人员定位方法，包括如下步骤：

(1)建立密林环境空天地协同定位基准与系统，包括无人机平台、车辆平台和进入密林人员，其中，无人机平台和车辆平台均搭建卫星导航和UWB基站，无人机平台飞行在密林上空，车辆平台在林区边缘，进入密林人员搭载惯性导航IMU和UWB标签；进入密林人员通过UWB标签分别与无人机平台UWB基站和车辆平台UWB基站进行TWR双向测距，建立解析方程，得到不同时刻密林人员位置；

(2)进入密林人员通过惯性导航IMU进行航迹推算，获取密林人员在不同时刻的位置变化；

(3)将通过TWR双向测距得到的位置变化作为观测值，将通过惯性导航IMU进行航迹推算得到的位置变化作为状态值，建立误差方程，将观测值为边，状态值为点，利用图优化进行全局约束，获得密林人员准确位置。

进一步的，步骤(1)中进入密林人员通过UWB标签分别与无人机平台UWB基站和车辆平台UWB基站进行TWR双向测距，建立解析方程，具体过程如下：

车辆平台通过卫星导航获取当前绝对位置L₀(b₀,l₀,h₀)，并定义为空天地协同定位系统基准局部坐标原点L₀(0,0,0)；无人机平台通过卫星导航获取当前绝对位置L₁(b₁,l₁,h₁)，并计算无人机在空天地协同定位系统基准局部坐标L₁(x₁,y₁,z₁)：

x₁＝(b₁-b₀)λ_b

y₁＝(l₁-l₀)λ_l