CN110440794B - 一种imu导航的定位校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种IMU导航的定位校正方法，其特征在于，包括IMU导航修正：通过UWB定位测量当前位置与附近基站的距离，以所测量到的距离作为约束条件通过粒子滤波算法对IMU导航进行修正;IMU导航的基站位置修正：通过UWB定位测量待位置修正的基站与附近一个以上基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中该基站修正后的位置，这样可以在一定程度上提高惯性导航系统的精度和独立导航时长。

Description

一种IMU导航的定位校正方法
技术领域
本发明涉及一种IMU导航，尤其是涉及IMU导航的修正。
背景技术
惯性导航系统由于陀螺仪零点漂移严重，震动等因素，致使无法通过直接积分加速度获得高精度的方位和速度等信息，即现有的微惯性导航系统很难长时间独立工作。另外，如图1所示，现有的IMU导航由于导航的误差累积，实际的运动路线会产生具有明显偏差的运动轨迹，以致惯性导航系统的精度有待提高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种通过基于UWB的测距方式，将IMU导航系统误差及时消除，可以在一定程度上提高惯性导航系统的精度和独立导航时长；
为实现上述目的，本发明提出的一种IMU导航的定位校正方法，其特征在于，包括
IMU导航修正：通过UWB定位测量当前位置与附近基站的距离，以所测量到的距离作为约束条件通过粒子滤波算法对IMU导航进行修正；
优选地，IMU导航修正过程中，通过UWB定位测量当前位置与附近三个以上基站的距离，以所测量到的三个以上距离作为约束条件通过粒子滤波算法对IMU导航进行修正；
优选地，IMU导航修正过程中，通过UWB定位测量当前位置与附近基站的距离后，分别以所测量的距离为半径，以对应基站为原点形成圆弧线，然后通过粒子滤波算法计算定位点，然后将IMU导航位置修正至计算所得的定位点；
优选地，还包括
IMU导航的基站位置修正：通过UWB定位测量待位置修正的基站与附近一个以上基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中该基站修正后的位置；
优选地，IMU导航的基站位置修正过程中：人员佩戴终端，逐一放置基站，通过UWB定位测量所佩戴终端与附近一个以上基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中该基站修正后的位置；
优选地，当第一人进入未知区域时，分别在该区域的入口、拐角放置基站；每放置一个基站，通过UWB定位测量所佩戴终端与附近基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中该基站修正后的位置；
进一步，当第一人原路返回时，通过UWB定位测量所佩戴终端与附近基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中该基站修正后的位置并显示，再与原路径比较以返回到达出口；
更进一步，当第二人进入第一人已放置好基站的区域后，通过UWB定位测量所佩戴终端与附近基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中该基站修正后的位置并显示，再与第一人的路径比较以到达第一人所在位置；
综上所述，本发明的方法，巧妙地将IMU导航和UWB定位结合在一起，不仅能够对IMU导航的基站位置进行实时修正，同时也能对导航过程进行位置和路线的实时修正，提高了IMU导航系统的精度和IMU导航独立导航时长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图；
图1为现有IMU导航系统导航的误差累积造成位置和路线偏差的示意图；
图2为某优选实施例中若干基站的修正示意图；
图3为图2中基站2位置修正示意图；
图4为图2中基站3位置修正示意图；
图5为某优选实施例中人在IMU导航系统中的位置5的修正示意图；
图6为某优选实施例中人在IMU导航系统中的位置6的修正示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；
某优选实施例中，
当第一人进入未知区域
参考图2所示，外框线条为区域边界，圆圈A代表为基站实际位置，圆圈C代表基站放置处修正后的导航位置，圆圈B代表为基站放置处未修正的导航位置，圆圈A的连线为实际行走路线，圆圈B的连线为IMU导航未修正前路径，圆圈C的连线为IMU导航修正后路径；
圆圈1处为入口，人员在圆圈1处放置一个基站1，此时基站1与人员佩戴的终端距离为0m。人员行走至圆圈A2处，IMU导航显示在圆圈B2处；
此时，可测得人员（佩戴的终端）与基站1的距离，以测得的距离为半径画圆，如图3虚线所示。圆与导航所示的圆圈B2与圆圈1连线的焦点即为修正后的导航点。此导航点的计算用粒子滤波算法得出。在图2中，圆圈B2与圆圈A2的距离位置过远，应修正至圆圈C2处；
圆圈A2处为拐角，行走人员在圆圈A2处放置基站2。此时基站2与人员测距为0m。人员行走至圆圈A 3处，IMU导航显示在圆圈B3处。此时可测得基站1与人员的距离，基站2与人员的距离，两个约束条件下， 对导航位置进行修正如图4所示，通过粒子滤波算法得到圆圈C3位置；
以此类推，在圆圈A3位置放置基站后，人员行走至圆圈A4。此时，基站1距离较远，信号微弱，已经不能测距。基站2，基站3可测得与人员的位置，对圆圈B4处的导航位置修正，得到圆圈C4位置；
以此类推，人员放置多个基站后，有多个基站可与终端测距。即可得到多组约束条件，利用粒子滤波等算法将IMU导航的位置进行修正。修正时间不受限制，在人员行进过程中的任意时刻均可用粒子滤波算法修正；
上述过程达到了对IMU导航方式的校准作用，同时该系统可长时间稳定运行。
当第一人原路返回
如图5所示，人员返回时每个拐角都有一个发光发声的物体（圆圈C），可以有效引导人员返回。第二种方法是与进入区域时相同，利用粒子滤波算法修正和显示出当前的位置，与原路径比较即可到达出口；
如果需要人员返回的路径，图5的虚线为基站2，3，4与圆圈A5测距形成的弧线，利用粒子滤波算法即可计算出大致定位点，再根据IMU导航（圆圈B5）位置，将导航位置修正至圆圈C 5处。在整条路径中，每处都有至少三个测距值可供计算，利用粒子滤波算法，可以在每个区域对IMU导航进行修正；
当第二人跟踪第一人
如图6所示第二人从入口进入，假设到位置6处会收到基站1,2,3的测距信号，获得三个测距信息，如图中虚线所示，利用粒子滤波算大即可计算出大致定位点，再根据IMU导航（圆圈B 6）位置，将导航位置修正至圆圈C6处。在进入区域的整条路径中，每处都有至少三个测距值可供计算，利用粒子滤波算法，可以在每个区域对IMU导航进行修正；
若基站有损毁或情况复杂，还可以在沿途增加基站获得更准确的定位效果。随着基站的测距信息增多，粒子滤波算法会快速确定人员的位置，结合IMU导航，定位的精度比第一人的精度高。第二人的运动轨迹可以实时显示，与第一人的路径比较即可到第一人所在位置；
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种IMU导航的定位校正方法，其特征在于，包括
IMU导航的基站位置修正：通过UWB定位测量待位置修正的基站与附近一个以上基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中待位置修正的基站修正后的位置；
IMU导航修正：通过UWB定位测量当前位置与附近基站的距离，以所测量到的距离作为约束条件通过粒子滤波算法对IMU导航进行修正。
2.如权利要求1所述的IMU导航的定位校正方法，其特征在于，
IMU导航的基站位置修正过程中：人员佩戴终端，逐一放置基站，通过UWB定位测量所佩戴终端与附近一个以上基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中待位置修正的基站修正后的位置。
3.如权利要求2所述的IMU导航的定位校正方法，其特征在于，
当第一人进入未知区域时，分别在该区域的入口、拐角放置基站；每放置一个基站，通过UWB定位测量所佩戴终端与附近基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中待位置修正的基站修正后的位置。
4.如权利要求1所述的IMU导航的定位校正方法，其特征在于，
IMU导航修正过程中，通过UWB定位测量当前位置与附近三个以上基站的距离，以所测量到的三个以上距离作为约束条件通过粒子滤波算法对IMU导航进行修正。
5.如权利要求1所述的IMU导航的定位校正方法，其特征在于，
IMU导航修正过程中，通过UWB定位测量当前位置与附近基站的距离后，分别以所测量的距离为半径，以对应基站为原点形成圆弧线，然后通过粒子滤波算法计算定位点，然后将IMU导航位置修正至计算所得的定位点。
6.如权利要求3所述的IMU导航的定位校正方法，其特征在于，当第一人原路返回时，通过UWB定位测量所佩戴终端与附近基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中待位置修正的基站修正后的位置并显示，再与原路径比较以返回到达出口。
7.如权利要求6所述的IMU导航的定位校正方法，其特征在于，当第二人进入第一人已放置好基站的区域后，通过UWB定位测量所佩戴终端与附近基站的距离并作为约束条件，然后用粒子滤波算法计算出IMU导航中待位置修正的基站修正后的位置并显示，再与第一人的路径比较以到达第一人所在位置。
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