[发明专利]基于蓝牙AOA和IMU融合的室内导航定位系统

说明书

本发明涉及室内导航定位领域，特别公开了一种基于蓝牙AOA和IMU融合的室内导航定位系统。基于蓝牙AOA和IMU融合的室内导航定位系统包括IMU传感器、IMU位置计算单元、蓝牙AOA传感器、蓝牙AOA位置计算单元以及融合位置计算单元，采用基于扩展卡尔曼滤波的融合定位算法，将蓝牙AOA和IMU相互结合，其中IMU得到的数据作为滤波算法的先验信息，蓝牙AOA得到的数据作为滤波算法的观测信息，利用各自表现出的优点，可以有效提高融合定位系统的导航定位精度，利用少数基站即可实现目标的高精度室内导航定位，实现其在高精度室内导航定位场景需求中的应用。

技术领域

本发明涉及室内导航定位领域，尤其涉及一种基于蓝牙AOA和IMU融合的室内导航定位系统。

背景技术

传统室内定位方法包括红外定位、地磁导航定位、WIFI定位、蓝牙RSSI(ReceivedSignal Strength Indication)定位以及超宽带定位技术等。其中，传统蓝牙RSSI定位技术采用接收信号强度值的方法进行定位，即各定位基站(≥3)先对目标发射的无线信号进行接收，然后将当前接收信号强度值代入信号衰减公式，估计出目标的距离范围，最后通过三边测量算法完成目标定位。该方法的定位精度通常为2～5m，且由于目标与定位基站间的信号传输通道较为复杂，通常伴随着信号的多径传播以及周围环境造成的干扰，因此该定位方法的精度很难提高。

2019年蓝牙技术联盟正式推出蓝牙5.1协议规范，新增了AOA(Angle Of Arrival)寻向功能，该功能可帮助定位基站明确蓝牙信号的传输方向，即通过检测蓝牙信号到达基站各天线的相位数据，各基站可以解算出信号传输方向与基站自身法线的夹角，同时在不少于两个基站的情况下，可通过三角定位算法计算出目标所在位置。

AOA寻向功能的出现提高了蓝牙定位系统的精度，然而蓝牙AOA定位技术也依旧面临着外界环境的干扰，如非视距误差、多径干扰、杂波信号、噪声及其他干扰等。因此需要提出一种有效的处理方法，解决室内复杂场景下的诸多干扰，提高蓝牙定位系统的精度与稳定性。

惯性测量单元IMU由于依靠自身传感器进行自主导航，无需接收外来信号数据，有着自主性强、不受外界干扰的优点，因此在室内场景下常作为定位辅助设备。但IMU的定位精度与自身器件精度紧密相关，存在定位误差随时间发散、难以长时间独立导航的问题。

因此如何解决蓝牙定位系统由于外界干扰无法有效定位，以及IMU长期定位精度差的问题，使定位系统的连续性与稳定性得到增强，将成为本发明的重点研究内容。

发明内容

本发明针对蓝牙定位系统由于外界干扰无法有效定位，以及IMU长期定位精度差的问题，提供一种基于蓝牙AOA和IMU融合的室内导航定位系统。

本发明提供了以下方案：

一种基于蓝牙AOA和IMU融合的室内导航定位系统，包括：IMU传感器、IMU位置计算单元、蓝牙AOA传感器、蓝牙AOA位置计算单元、融合位置计算单元。

所述的IMU传感器安装于载体目标上，用以采集载体运动过程中的三轴加速度数据与三轴角速度数据。

所述的IMU位置计算单元与IMU传感器连接，并根据三轴加速度数据与三轴角速度数据对目标进行定位，得到目标的第一定位数据。

所述蓝牙AOA传感器包括固定在目标上的未知发射节点和固定在空间已知位置上的两个基站接收节点，所述未知发射节点用于向空间中发射蓝牙信号数据，所述基站接收节点用于采样所述未知发射节点发射出的蓝牙信号数据获得蓝牙信号采样数据，并将蓝牙信号采样数据发送到所述蓝牙AOA位置计算单元。

所述蓝牙AOA位置计算单元根据所述蓝牙信号采样数据对所述目标进行定位，得到目标的第二定位数据。

所述融合位置计算单元对所述IMU位置计算单元和所述蓝牙AOA位置计算单元的数据进行扩展卡尔曼滤波融合，得到最终的目标定位数据。