[发明专利]一种时空配准方法、装置、系统以及存储介质

说明书

本发明提供一种时空配准方法、装置、系统以及存储介质，属于导航定位领域，方法包括：通过误差数据以及采样时间进行估计值计算得到先验误差状态估计值，通过设定误差值以及先验误差状态估计值进行协方差计算得到先验误差状态协方差；通过采样时间、蓝牙传感器坐标、蓝牙传感器速度、惯导速度、惯导坐标以及加速度计测量值构建量测量；根据量测量对先验误差状态估计值以及先验误差状态协方差进行估计值计算得到后验误差状态估计值。本发明简化了扩展卡尔曼滤波器的预测和校正环节，能极大程度的降低IMU零偏对定位性能的影响，实现了实时的时空配准，同时，能够满足实时性好、实用性强、易于实现等条件，符合当前的需求。

技术领域

本发明主要涉及导航定位技术领域，具体涉及一种时空配准方法、装置、系统以及存储介质。

背景技术

目前，国内外研究的室内定位技术及系统主要分为三大类，分别是基于特定设备的定位方法、基于WiFi的定位方法和基于移动传感器的定位方法，比较具有代表性的定位技术有红外线、超声波、蓝牙(BLE)、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)、超宽带(Ultra-Wideband，UWB)等，其中部分定位技术已经商用。但是，由于室内场景的复杂性和多样性，不同的室内定位技术也具有不同的缺点和局限性，仅依靠单一的定位手段很难实现高可靠、高精度的定位，通过组合多种导航技术可以实现高精度室内导航与定位。

蓝牙设备由于精度高、功耗低、体积小等特性受到研究者的广泛关注，应用蓝牙技术来实现室内定位的主要依据有：1)短距离无线通信满足一般的室内应用场景；2)成本低且功耗少有利于构建一个低成本定位传感网络；3)大量带有蓝牙模块的设备如手机，PDA以及其他便携设备蜂拥而出，符合普适计算环境下的应用需求。但是其蓝牙信号易受环境与部署位置影响，导致定位系统在某些区域定位时定位误差较大，且在实时导航中，出现较为严重的回跳现象。INS作为一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主导航系统，短期精度高，可弥补蓝牙受环境干扰后信号减弱或消失所导致精度下降的不足。同时，利用蓝牙高精度的位置信息，可抑制随时间积累的INS导航误差，形成性能的互补性，实现无缝连续的室内定位。

然而，当不同类型的导航系统融合信息时，由于传感器的启动时间、扫描周期的传输延迟和采样频率的差异，组合导航系统接收到的航迹数据往往是异步的。由于系统间测量信息的不同步，在滤波器校正过程中会对系统状态估计错误，从而降低导航系统的定位性能。其次，时间同步误差的影响与用户设备的动态程度有关，动态程度越高，时间同步误差的影响越大。目前常用的时间配准方法有泰勒展开校正法、最小二乘法、内插外推法、最大熵准则法。以上方法采用的思路均是保存高采样率系统的数据输出，当另一个低采样率系统有测量输出时，从原来保存的数据进行插值，找到同一有效时刻的数据进行信息融合，但这样会大大增加硬件成本，不符合市场消费需求。因此，亟需一种实时性好、实用性强、易于实现的方法补偿杆臂效应、时间不同步误差，实现高精度室内定位与导航。

时间不同步误差是指在实际的多传感器系统中，各传感器由于执行任务不同、自身性能的优劣、所处环境存在差异等多方面的原因，使得各传感器观测同一目标获得的量测数据也不一定同步，从而产生时间不同步误差。现有轻量级室内组合导航方案中，由于量测信息时序不同步，无法解决复杂情况下的实时时间配准问题，难以提升定位精度。

如图2所示，“杆臂效应”最初是在惯导系统的研究中发现，指的是惯性测量单元IMU，在理论上应安装在载体的质心，且其外环轴、内环轴和方位轴在正常位置时应分别和载体系的纵轴、横轴和法向轴一致。实际上IMU的安装基座会偏离载体质心一个距离，由于切向加速度和向心加速度的存在，引起加速度计的测量误差。由于IMU的安装基座偏离质心，引起的加速度计测量误差，通常被称为安装偏差杆臂效应或外杆臂效应；由于惯性测量部件本身尺寸不为零，引起的加速度计测量误差，被称为部件内部杆臂效应或内杆臂效应。一般在研究INS系统内部问题的时候考虑内杆臂效应，而在组合导航系统中，只考虑外杆臂效应。