[发明专利]基于多模式立体联合定位的全场景定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于多模式立体联合定位的全场景定位系统，其特征在于，包括多模式立体联合定位系统和定位数据传输优化系统；

所述多模式立体联合定位系统包括北斗卫星定位系统、前端超宽带UWB定位系统、惯导辅助定位系统及多传感器数据融合算法模块；用于实现室内外场景自由转换，并实时输出载体位置坐标；

所述定位数据传输优化系统包括数据缓存模块及网络检测与数据回传模块；用于实时缓存载体位置信息，并向服务器发送位置信息；

所述北斗卫星定位系统，配合差分纠偏基站，获取载体室外无遮挡环境下的位置、速度、时间、卫星数和位置精度强弱度数据；

所述前端超宽带UWB定位系统，辅以RTK基站，获取载体有遮挡环境下的位置、速度、时间和位置精度强弱度数据；

所述惯导辅助定位系统，预测载体的位置、速度、加速度、载体角速度、时间和位置精度强弱度数据；

所述多传感器数据融合算法模块，对北斗卫星定位系统、前端超宽带UWB定位系统、惯导辅助定位系统所获数据进行处理与融合，获得不同场景下载体的具体位置信息。

2.如权利要求1所述的一种基于多模式立体联合定位的全场景定位系统，其特征在于，所述多传感器数据融合算法模块包括数据校正模块、坐标转换模块和数据融合模块；

所述数据校正模块将惯导辅助定位系统获取的坐标数据转换成与北斗卫星定位系统相同坐标系，所述坐标转换模块将前端超宽带UWB定位系统所获位置数据，结合RTK差分基站，转为与北斗卫星定位系统相同坐标系下的经纬度坐标；所述数据融合模块为卡尔曼滤波器，通过在不同场景下对北斗卫星定位系统、前端超宽带UWB定位系统、惯导辅助定位系统所获位置数据进行加权融合计算出载体的具体位置信息。

3.如权利要求1所述的一种基于多模式立体联合定位的全场景定位系统，其特征在于，所述数据缓存模块将实时记录的载体位置数据进行打包存储，确保数据完整不丢包，所述网络检测与数据回传模块，用于检测网络状况，根据实际网络环境往服务器发送位置数据。

4.一种基于多模式立体联合定位的全场景定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过北斗卫星定位系统，配合差分纠偏基站，获取载体室外无遮挡环境下的位置、速度、时间、卫星数和位置精度强弱度数据；

通过前端超宽带UWB定位系统，辅以RTK基站，获取载体有遮挡环境下的位置、速度、时间、位置精度强弱度数据；

通过惯导辅助定位系统，预测载体的位置、速度、加速度、载体角速度、时间、位置精度强弱度数据；

步骤二、将步骤一获取的位置信息进行数据融合，计算出载体的具体位置信息；

步骤三、将步骤二获得的载体位置信息打包，检测网络状况，根据实际网络环境往服务器发送位置数据。

5.如权利要求4所述的一种基于多模式立体联合定位的全场景定位方法，其特征在于，所述步骤二具体包括如下步骤：

21)设定全场景定位系统连接卫星数阈值为A，连接UWB基站数阈值为B；

22)若全场景定位系统连接卫星数大于等于阈值A，且连接UWB基站数小于阈值B，则输出北斗卫星定位数据；

若全场景定位系统连接卫星数小于阈值A，且连接UWB基站数大于等于阈值B，则输出UWB定位数据；

若全场景定位系统连接卫星数大于等于阈值A，且连接UWB基站数大于等于阈值B，则输出UWB定位数据；

若全场景定位系统连接卫星数小于阈值A，连接UWB基站数小于阈值B，则执行步骤23；

23)根据步骤一惯导辅助定位系统得到的速度、加速度、载体角速度反馈载体最终位置信息进行航向计算；判断载体的速度是否为0，如果是，则载体位置信息为惯导辅助定位系统输出定位信息，否则执行步骤24；

24)将卫星定位数据、UWB定位数据及惯导定位数据进行融合得到载体的位置信息。

6.如权利要求5所述的一种基于多模式立体联合定位的全场景定位方法，其特征在于，所述步骤24具体操作步骤如下：

241)读取步骤22输出的卫星定位数据或UWB定位数据中的速度v_g、方向θ_g和坐标(X_g、Y_g)及位置精度强弱度，读取惯导定位数据中的速度v_d、方向θ_d和坐标(X_d、Y_d)；

242)根据位置精度强弱度，调整分配因子：

式中，α₁表示卫星定位数据或UWB定位数据的分配因子，α₂表示惯导定位数据的分配因子，PDOP表示位置精度强弱度；

243)根据分配因子，求得载体的权重坐标(x₁,y₁)：

x₁＝α₁·X_g+α₂·X_d，y₁＝α₁·Y_g+α₂·Y_d

244)推算载体的位置信息(x₂,y₂)：

x₂＝x₀₁+(α₁·v_g+α₂v_d)·cos(α₁·θ_g+α₂·θ_d)，

y₂＝y₀₁+(α₁·v_g+α₂·v_d)·sin(α₁·θ_g+α₂·θ_d)；

式中，x₀₁、y₀₁表示前一时刻载体的位置信息；

245)计算分配权重：

β₁＝1-β₂；

β₁表示x₁和y₁的权重，β₂表示x₂和y₂的权重，x₀₂、y₀₂表示前第二个时刻的位置信息，v_t表示通过前两个时刻位置信息计算出的载体速度，T表示前两个时刻间的时间间隔。

246)获得载体实际位置信息：

x＝β₁·x₁+β₂·x₂，

y＝β₁·y₁+β₂·y₂。