一种基于穿墙伪距残差加权约束的室内导航定位方法与流程

本发明涉及一种基于多源融合的室内走廊、通道、上下楼梯等狭长区域的导航定位问题解决方法，该方法属于室内导航定位领域。

背景技术：

1、全球卫星导航定位系统(gnss)可以在室外提供较高的导航定位精度，但面对复杂的室内场景，gnss信号由于遮挡和多径，其定位效果不如室外。但是，现代社会人们大部分时间是在室内活动，一些仪器设备也需要在室内提供高精度的定位服务才能工作，当前越来越多的定位导航应用涉及到室内地下环境，这些应用往往对终端装备的使用有着小型化、轻量化、易使用、低价格等方面有着较高要求，因此，低成本、高精度和高稳定性的室内导航定位手段成为研究的热点方向。

2、在室内导航定位方面，常见的技术有红外线、超声波、蓝牙、wife、zigbee、伪卫星、地磁、惯导、视觉和uwb等技术，这些技术存在的各自的应用特点和应用环境，在室内低成本、小型化导航定位这块，uwb的信号体制能够有效抑制多径，因此可实现6-10cm的定位精度，且设备小功耗低，在室内定位领域有较好的应用前景。但是受室内建筑布局、结构材料、装修等影响因素，uwb基站收到的测距信号未必是直达信号，这样的信号参与定位必然会影响室内定位的定位精度，传统的最小二乘算法和卡尔曼滤波都不能解决遮挡、非直达和少星条件下的导航定位问题，因此，研究遮挡、非直达和少星条件下下低成本的导航定位算法有着重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是：针对室内复杂环境下的合作信号高精度连续稳定导航定位问题，采用定位信号伪距补偿+伪距残差误差消除实现室内复杂环境下合作定位信号的高精度解算，通过前几个时刻的定位结果对当前定位结果进行预测，并用合作定位信号的伪距进行修正实现少星条件下的导航定位，提升了室内运动条件下的导航定位稳定性。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种基于穿墙伪距残差加权约束的室内导航定位方法，包括以下步骤：

4、(1)当前时刻k接收m个基站的测量伪距，即：rk＝[r′k,1,…r′k,m,…r′k,m]，m个基站的坐标为其中(xsm,ysm,zsm)表示第m个基站的坐标；

5、(2)根据k-1时刻的定位结果pk-1＝(xk-1,yk-1,zk-1)和载体运动速度，判断k时刻收到的m个伪距测量值是否经过穿墙，若k时刻第i个伪距经过穿墙，则调整后的伪距rk,i＝r′k,i-(c-υx)tx,i，其中，c表示定位信号在空气中的传播速度，υx表示定位信号在墙体里的传播速度，tx,i表示第i个定位信号穿过墙体所需要的时间，0＜i≤m，若未经过穿墙，则tx,i＝0，则有rk,i＝rk',i；

6、(3)判断m是否≥3，若m≥3，则当前数据可进行解算定位，转向步骤(4)；否则当前数据无法进行解算定位，转向步骤(7)；

7、(4)定义穿墙伪距残差为：εk＝(qk-fkvk)bk，则穿墙伪距残差的方差为：其中bk＝[ξ1,…ξi,…ξm]，ξi表示第i个伪距的穿墙约束系数，0＜ξi≤1，ξi＝1表示为直达信号；

8、

9、ρi,k＝ri,k-ri,k-1为k-1到k时刻伪距的变化率；

10、(5)定义穿墙伪距残差加权约束系数为

11、(6)进行穿墙伪距残差加权约束的最小二乘的加权定位，即pk＝(aktwkak)-1wkakhk；

12、其中

13、(7)根据k-3时刻、k-2时刻和k-1时刻的定位结果预估k时刻的估计定位结果，即：

14、

15、(8)令zk＝z'k，以(x'k,y'k)为圆心，以设定误差τ为半径画圆，在圆内以μ为距离步长，以θ为角度步长，搜索圆内的位置点，即其中，0＜μ≤τ，0＜θ≤360；

16、(9)计算圆内位置点与收到信号基站之间的距离，即设ηki＝abs(lk,i-rk,i)，不断调整μ和θ的取值，找到使ηki最小的取值μηmin即对应的最小距离步长μηmin和最小角度步长θηmin，即得到k时刻的定位结果

17、本发明相比现有技术的有益效果为：

18、本发明提出了一种基于穿墙伪距残差加权约束的室内导航定位方法，采用定位信号伪距补偿+伪距残差误差消除实现室内复杂环境下合作定位信号的高精度解算，通过前几个时刻的定位结果对当前定位结果进行预测，并用合作定位信号的伪距进行修正实现少星条件下的导航定位，提升了室内运动条件下的导航定位稳定性。主要有以下有益效果：

19、该方法能够解决遮挡、非直达和少星情况下的导航定位连续性和稳定性问题；

20、该方法不需要额外的辅助手段即可实现遮挡、非直达和少星情况下的导航定位，具有不增加复杂度，成本低，应用前景广阔的特点。

技术特征：

1.一种基于穿墙伪距残差加权约束的室内导航定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提出了一种基于穿墙伪距残差加权约束的室内导航定位方法，属于室内导航定位领域，针对室内复杂环境下的合作信号高精度连续稳定导航定位问题，采用定位信号伪距补偿+伪距残差误差消除实现室内复杂环境下合作定位信号的高精度解算，通过前几个时刻的定位结果对当前定位结果进行预测，并用合作定位信号的伪距进行修正实现少星条件下的导航定位，提升了室内运动条件下的导航定位稳定性，本方法可应用于基于伪卫星、UWB和声波等手段的室内导航定位实现方式，有助于提升室内合作信号导航定位的精度和定位稳定性，且实现简单，有助于促进室内低成本导航定位技术的发展。

技术研发人员：范广伟,王腾,晁磊,翟江鹏,陈玮,王永杰,赵玉超,陈勇,李新亮,徐灿
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12