CN114690228A - 一体化的定位方法及其系统 - Google Patents

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CN114690228A CN202011633377.2A CN202011633377A CN114690228A CN 114690228 A CN114690228 A CN 114690228A CN 202011633377 A CN202011633377 A CN 202011633377A CN 114690228 A CN114690228 A CN 114690228A
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Abstract

本申请公开了一种一体化的定位方法及其系统。该方法包括：提供基于IEEE1588V2的授时功能至UWB服务器和UWB同步控制器；定位标签向多个基站发送UWB无线射频信号，多个基站接收UWB无线射频信号并通过UWB同步控制器将UWB无线射频信号发送到UWB服务器，UWB同步控制器在每个周期的起始位置发送时钟同步信号到每个基站，再立即发送时间同步帧到每个基站；UWB服务器对UWB无线射频信号进行解算得到UWB定位结果，通过UWB同步控制器将UWB定位结果发送到多个基站；通过UWB回传机从多个基站发送的定位结果中筛选出该定位标签的UWB定位结果；获取GNSS原始观测量、惯性测量数据、时钟同步信息、时间同步帧和UWB回传机发送的UWB定位数据进行融合定位解算，提高定位精度。

Description

一体化的定位方法及其系统
技术领域
本申请涉及卫星导航定位技术领域，特别涉及一体化的定位方法及其系统。
背景技术
现有室内UWB定位技术重点关注低速场景的应用及非智能驾驶方向的应用。将UWB定位技术应用于智能驾驶领域就需极大的提升定位结果输出的实时性、稳定性、精准度，因此现有技术无法满足智能驾驶的需求。
发明内容
本申请的目的在于提供一种一体化的定位方法及其系统，提高在无GNSS定位时的室内高速场景(高速隧道)与室内低速场景(AVP智能泊车)的UWB定位与IMU定位融合的精度，赋能智能驾驶场景。
本申请公开了一种一体化的定位方法，包括：
授时主时钟模块向UWB服务器和UWB同步控制器提供时间同步帧，所述时间同步帧与GNSS时钟同源；
UWB定位标签向多个基站发送UWB无线射频信号，所述多个基站接收所述UWB无线射频信号并通过所述UWB同步控制器将所述UWB无线射频信号发送到所述UWB服务器，其中，所述UWB同步控制器在每个周期的起始位置发送时钟同步信号到每个所述基站，并且，在发送每个周期的时钟同步信息后，立即发送时间同步帧到每个所述基站；
所述UWB服务器对所述UWB无线射频信号进行解算得到所述UWB定位结果，并通过所述UWB同步控制器将所述UWB定位结果发送到所述多个基站；
UWB回传机从所述多个基站发送的定位结果中筛选出该UWB定位标签的UWB定位结果；
定位模块获取GNSS原始观测量、惯性测量数据、所述时钟同步信息、所述时间同步帧和所述UWB回传机发送的UWB定位数据并进行融合定位解算。
在一个优选例中，所述定位模块进行融合定位解算的步骤，进一步包括：
判断所述UWB回传机输出的数据是否是该UWB定位标签的UWB定位结果：
若是，在该UWB定位标签的UWB定位结果中打上本地接收时间戳，并解析出位置信息；
若不是，判断所述UWB回传机输出的数据是否是时间同步帧，若是，在该时间同步帧中打上本地接收时间戳；
判断所述定位模块中的GNSS卫星时是否有效；
若无效，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；
若有效，判断所述时间同步帧与所述GNSS卫星时是否相差预定阈值；
若是，采用所述定位模块中的GNSS卫星时计算所述UWB定位数据的定位时刻；
若不是，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；
将所述UWB定位数据与所述惯性测量数据进行融合计算得到定位结果。
在一个优选例中，所述UWB同步控制器将每个周期划分为N个时间窗口，其中，N大于等于10000且小于等于30000。
在一个优选例中，所述周期为1秒。
在一个优选例中，所述UWB定位标签包括第一微控制器、UWB标签和2.4G无线模块，所述第一微控制器与所述UWB回传机连接，所述UWB标签用于发送所述UWB无线射频信号，所述2.4G无线模块用于从所述多个基站获取所述每个周期的时钟同步信息和时间同步帧。
在一个优选例中，所述第一微控制器通过UART串口与所述UWB回传机进行连接。
在一个优选例中，所述UWB回传机包括第二微控制器和2.4G无线模块，所述第二微控制器与所述定位模块连接，所述2.4G无线模块用于从所述多个基站获取所述每个周期的时钟同步信息和时间同步帧。
在一个优选例中，所述UWB回传机通过CAN总线将该定位标签的UWB定位结果、所述每个周期的时钟同步信息和时间同步帧发送到所述定位模块。
在一个优选例中，所述UWB同步控制器发送所述每个周期的时钟同步信息到所述多个基站后，立即发送所述时间同步帧到所述多个基站，所述多个基站在收到的所述UWB无线射频信号后加上与所述时间同步帧同步的时间戳。
本申请还公开了一种一体化的定位系统，包括：
多个基站，用于接收UWB无线射频信号并发送UWB定位结果；
UWB同步控制器，分别与所述多个基站连接，所述UWB同步控制器在每个周期的起始位置发送时钟同步信号到每个所述基站，并且，在发送每个周期的时钟同步信息后，立即发送时间同步帧到每个所述基站；
UWB服务器，用于对所述UWB无线射频信号进行解算得到所述UWB定位结果；
授时主时钟模块，所述授时主时钟模块与GNSS时钟同源，用于向所述UWB服务器和所述UWB同步控制器提供所述时间同步帧；
多个一体化定位终端，每个所述一体化定位终端包括：
UWB定位标签，用于向所述多个基站发送所述UWB无线射频信号；
与所述UWB定位标签连接的UWB回传机，用于接收每个所述基站发送的所述每个周期的时钟同步信息和时间同步帧，从所述多个基站发送的定位结果中筛选出该UWB定位标签的UWB定位结果；
与所述UWB回传机连接的定位模块，用于获取GNSS原始观测量、惯性测量数据、所述时钟同步信息、所述时间同步帧和所述UWB回传机发送的UWB定位数据并进行融合定位解算。
在一个优选例中，所述定位模块进行融合定位解算的步骤，进一步包括：
判断所述UWB回传机输出的数据是否是该定位标签的UWB定位结果：
若是，在该定位标签的UWB定位结果中打上本地接收时间戳，并解析出位置信息；
若不是，判断所述UWB回传机输出的数据是否是时间同步帧，若是，在该时间同步帧打上本地接收时间戳；
判断所述定位模块中的GNSS卫星时是否有效；
若无效，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；
若有效，判断所述时间同步帧与所述GNSS卫星时是否相差预定阈值；
若是，采用所述定位模块中的GNSS卫星时计算所述UWB定位数据的定位时刻；
若不是，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；
将所述UWB定位数据与所述惯性测量数据进行融合计算得到定位结果。
本申请还公开了一种计算机可读存储介质所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如前文描述的方法中的步骤。
本申请实施方式中引入RTK、IMU、UWB定位融合的室内外一体化定位技术，在室外有GNSS覆盖的区域使用RTK校准IMU参数，并将室内外一体化定位终端统一到GNSS卫星时，从而在室内无GNSS覆盖的区域使用UWB+IMU融合定位技术。本发明引入PTP IEEE1588V2授时主时钟模块，该主时钟模块与GNSS时间严格同步。PTP IEEE1588V2授时主时钟同时给UWB定位服务器及UWB同步控制器授时，通过该技术可以将UWB同步控制器统一到GNSS卫星时。同时，UWB同步控制器通过光纤将每个周期的时钟同步信号发送给每个UWB基站，光纤信号具备极小的延时，从而实现UWB定位系统与GNSS卫星时严格对齐的功能。
本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。
附图说明
图1是根据本申请第一实施方式的一体化的定位系统的结构示意图。
图2是根据本申请一实施例中的时间同步功能的示意图。
图3是根据本申请一实施例中的定位解算的流程示意图。
图4是根据本申请第二实施方式的一体化的定位方法的流程示意图。
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
部分概念的说明：
RTK(Real-time kinematic，实时动态载波相位差分技术)：是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种常用的卫星定位测量方法，能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。
UWB(Ultra Wide Band，超宽带)：是一种基于极窄脉冲的无线技术，UWB射频信号与生俱来的物理特性使得UWB技术从一开始就被明确定义：能够实现实时、超精确、超可靠的定位和通信。它能够非常准确地测量无线电信号的飞行时间，从而实现厘米精度的距离/位置测量。UWB技术具有超高的时间分辨率，保证了UWB可以准确的获得待定位目标的时间，信号飞行的速度是光速(固定值)，所以只要知道飞行时间就可以计算出两个设备的距离，结合到多个已知点的距离，就可以通过圆定位的方法求得待定位目标的位置信息。
无线定位测量方法：用于实现UWB的方法，是指分析接收到的无线电波信号的特征参数，然后根据特定算法计算被测对象的位置(二维/三维坐标：经度，纬度，高度)。常用的室内无线定位测量方法主要有基于AOA(Angle of Arriva,到达角度定位)的定位算法、基于TOA(Time of Arriva,到达时间定位)的定位算法、基于TDOA(Time Difference ofArriva,到达时间差定位)的定位算法、基于RSS(Received Signal Strength,接收信号强度定位)的定位算法。不同的定位算法，定位的精度也不同，为了提高定位的精度，也可以采用多种技术的组合。
IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)：是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。
IEEE1588：又称PTP(precise time protocol，精确时间协议)，可以达到亚微秒级别时间同步精度。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
本申请的第一实施方式涉及一种一体化的定位系统，图1示出了一体化的定位系统100，该一体化的定位系统100包括多个基站101、UWB同步控制器102、UWB服务器103、授时主时钟模块104和多个一体化定位终端105。其中，多个基站101用于接收UWB无线射频信号并发送UWB定位结果。UWB同步控制器102分别与多个基站连接，UWB同步控制器在每个周期的起始位置发送时钟同步信号到每个基站，并且，在发送每个周期的时钟同步信息后，立即发送时间同步帧到每个基站。UWB服务器103用于对UWB无线射频信号进行解算得到UWB定位结果。授时主时钟模块104与GNSS时钟同源，用于向UWB服务器103和UWB同步控制器102提供时间同步帧。一体化定位终端105与各个基站101之间无线通信，实现RTK、UWB、IMU融合定位。
在一个实施例中，UWB同步控制器102发送每个周期的时钟同步信息到多个基站101后，立即发送时间同步帧到多个基站101，多个基站101在收到的UWB无线射频信号后加上与所述时间同步帧同步的时间戳。
在一个实施例中，UWB同步控制器102将每个周期划分为N个时间窗口，N大于等于10000且小于等于30000，例如，N取值为15000、20000等等，优选的，N取值为12000。在一个实施例中，周期为1秒。
每个一体化定位终端105包括UWB定位标签106、与UWB定位标签连接的UWB回传机111以及与UWB回传机111连接的定位模块110。在一实施例中，UWB定位标签106用于向多个基站101发送UWB无线射频信号。UWB回传机111用于接收每个基站101发送的每个周期的时钟同步信息和时间同步帧，从多个基站101发送的定位结果中筛选出该一体化定位终端105的UWB定位标签106的UWB定位结果。定位模块110用于获取GNSS原始观测量、惯性测量数据、时钟同步信息、时间同步帧和UWB回传机111发送的UWB定位数据并进行融合定位解算。
在一个实施例中，UWB定位标签包括第一微控制器108、UWB标签107和2.4G无线模块109，第一微控制器108与UWB回传机111连接，UWB标签107用于发送UWB无线射频信号，2.4G无线模块109用于从多个基站101获取每个周期的时钟同步信息和时间同步帧。在一个实施例中，第一微控制器108通过UART串口与UWB回传机110进行连接。
在一个实施例中，UWB回传机包括第二微控制器113和2.4G无线模块112。第二微控制器113与定位模块110连接，2.4G无线模块112从多个基站101获取每个周期的时钟同步信息和时间同步帧。在一个实施例中，UWB回传机111的第二微控制器113通过CAN总线将该UWB定位标签106的UWB定位结果、每个周期的时钟同步信息和时间同步帧发送到定位模块110。
本发明的一体化的定位方法可以应用于智能驾驶领域的室内外一体化定位，在室内无GNSS覆盖时采用UWB和IMU融合定位方法，在室外有GNSS覆盖区域时采用RTK和IMU融合定位方法。本发明中涉及的UWB定位测量方法采用基于TDOA的到达时间差定位方法，UWB定位在室内无GNSS覆盖区域可以提供良好的定位精度，但单纯的UWB定位会有一些位置的突变及无法提供姿态航向角等信息，因此单纯的UWB定位无法满足智能驾驶的需求，引入UWB与IMU融合定位技术可以克服该问题。
为了能够更好地理解本申请的技术方案，下面结合一个具体的例子来进行说明，该例子中罗列的细节主要是为了便于理解，不作为对本申请保护范围的限制。
继续参考图1所示，具备GNSS高精度时钟源的PTP IEEE1588V2授时主时钟模块104同时给UWB服务器103与UWB同步控制器102授时。UWB服务器103通过USB3.0通讯方式与UWB同步控制器102相连接，可以解算UWB定位结果并通过UWB同步控制器102下发UWB定位结果给UWB基站101，继而通过2.4G无线网络下发到UWB回传机111，UWB回传机111通过CAN总线将定位结果传输到定位模块110。UWB服务器102每个周期播发带有GNSS完整时间信息的时间同步报文至一体化定位终端105。
UWB基站101具备接收UWB标签发出的UWB信号的能力，基于TDOA的UWB定位测量方法，其关键技术就在于精确计算UWB标签发出的信号到达各UWB基站的时间差。因此UWB基站的时间系统需要严格同步，需达到ns级别的同步。本实施例中，可以采用前文所述的各种无线定位测量方法实现UWB定位，例如，到达时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)定位算法。TDOA是一种利用到达时间差进行定位的方法又称为双曲线定位。UWB标签对外发送一次UWB信号，在标签无线覆盖范围内的所有基站都会收到无线信号，如果有两个已知坐标点的基站收到信号，标签距离两个基站的间隔不同，那么这两个基站收到信号的时间点是不一样的。TDOA定位的原理正是利用多个基站接收到信号的时间差来确定标签的位置。根据数学关系，到已知两点的距离差为常数，也就是说标签发送信号到两基站的时间差为常数，标签的位置一定处于以这两点为焦点的双曲线上。那么有四个已知点(四个定位基站)就会有四条双曲线，四条双曲线交于一点就是标签的位置。
UWB同步控制器102通过光纤连接各个UWB基站101，UWB基站101具备UWB射频信号接收能力与2.4G射频信号接收能力。光纤延迟极短，因此可认为UWB基站与GNSS卫星时同步。UWB同步控制器103将每秒划分为若干个时间窗口(N>＝10000，N<＝30000)，在每个周期的起始位置发送对表同步信号至每个UWB基站101，实现各个UWB基站101严格的时序对齐。每周期对时对表时间同步功能极大程度的减少UWB基站与UWB定位标签本地的时钟偏移，从而保障了基于TDOA的UWB信号到达时间差算法的精准性。
UWB定位标签106设备具备UWB无线射频信号与2.4G网络数据收发能力，UWB定位标签106通过2.4G网络实现与UWB基站101的交互，实现UWB定位周期对表对时功能，实现定位标签时间窗口注册功能。通过2.4G物理层直接交互对时信号，其传播链路的延迟小于5us。UWB定位标签采用高实时的微控制器MCU1，精准实现在每个时间窗口结束前完成UWB定位数据的发送从而避免同一个测试场内多个UWB定位标签的数据冲突。
图2是本申请一实施例中的时间同步功能的示意图。设每个同步周期为T(例如，1秒左右)，将每个周期共划分为N个时间窗口，例如，N>＝10000，N<＝30000，每个时间窗口周期在33uS至100uS之间。UWB同步控制器通过光纤与各个UWB基站相连，每个同步周期UWB同步控制器发送光纤脉冲信号作为对时信号至UWB基站，此信号定义为SYNC信号，随后立即跟随一个与GNSS卫星时对齐的时钟同步报文，此报文定义为Follow_UP信号。光纤延时极短，各个基站同步精度可达纳秒级。各个UWB基站在收到UWB定位标签发出的UWB信号时，立即打上与GNSS卫星时同步的时间戳，而IMU数据与GNSS在同一定位模组(定位模块110)内，IMU数据天然的与GNSS卫星时严格对齐，从而实现UWB定位时刻的精确测量，且与IMU数据的严格同步功能。
UWB定位标签106设备通过UART串口实现与UWB回传机的同步功能，因此可精确筛选出属于本UWB定位标签的定位结果。
UWB回传机111通过CAN总线输出本UWB定位标签的定位结果至定位模块。因UWB定位解输出频率非常高，每秒最高达500HZ，因此UWB定位解是高度编码压缩的，并且只能携带UWB的部分时间信息，定位结果中携带与卫星时间对齐的秒与毫秒信息。
定位模块110可以是GNSS+IMU定位模组，是车规级的高精度定位模组，通过高性能的微控制器MCU2实时获取GNSS原始观测量与时间信息并进行解算，从而实现定位模组的本地时钟与卫星时同步的功能，从而实现IMU原始数据采用与GNSS卫星时对齐的功能。GNSS+IMU定位模组采集UWB定位结果(已与卫星时精确对齐)，并融合IMU加速度计与陀螺仪数据，使用惯性导航融合算法，精确输出最终的定位结果。
在一个实施例中，所述定位模块110进行融合定位解算的步骤，进一步包括：
判断所述UWB回传机输出的数据是否是该UWB定位标签的UWB定位结果：
若是，在该UWB定位标签的UWB定位结果中打上本地接收时间戳，并解析出位置信息；
若不是，判断所述UWB回传机输出的数据是否是时间同步帧，若是，在该时间同步帧中打上本地接收时间戳；
判断所述定位模块中的GNSS卫星时是否有效；
若无效，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；
若有效，判断所述时间同步帧与所述GNSS卫星时是否相差预定阈值；
若是，采用所述定位模块中的GNSS卫星时计算所述UWB定位数据的定位时刻；
若不是，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；
将所述UWB定位数据与所述惯性测量数据进行融合计算得到定位结果。
图3是定位模块进行解算的过程图。具体的：
步骤301：定位模块接收UWB回传机输出的UWB数据。
步骤302：判断UWB数据是否是该UWB定位标签的UWB定位数据，若是，进入步骤303，中断程序中打上报文接收时间戳，接着进入步骤304，解析出经纬度、定位秒和毫秒；若不是，进入步骤305，判断UWB数据是否是UWB时间同步报文，若是，进入步骤306，中断程序中打上报文接收时间戳。
步骤307，判断GNSS+IMU定位模组的本地GNSS卫星时是否有效，若无效，进入步骤308，使用UWB同步报文时间信息计算UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差，如有效，进入步骤310，判断GNSS+IMU定位模组卫星时是否与UWB同步报文相差50ms以内，若是，进入步骤311，采用本地GNSS卫星时计算UWB计算UWB定位数据的定位时刻，若不是，进入步骤308。
步骤309，采用UWB与IMU融合算法进行定位解算得到定位结果。
步骤312，输出定位结果。
本申请第二实施方式涉及一种一体化的定位方法，其流程图参考图3所示，该定位方法包括以下步骤：
步骤401，授时主时钟模块向UWB服务器和UWB同步控制器提供时间同步帧，所述时间同步帧与GNSS时钟同源；
步骤402，UWB定位标签向多个基站发送UWB无线射频信号，所述多个基站接收所述UWB无线射频信号并通过所述UWB同步控制器将所述UWB无线射频信号发送到所述UWB服务器，其中，所述UWB同步控制器在每个周期的起始位置发送时钟同步信号到每个所述基站，并且，在发送每个周期的时钟同步信息后，立即发送时间同步帧到每个所述基站；
步骤403，所述UWB服务器对所述UWB无线射频信号进行解算得到所述UWB定位结果，并通过所述UWB同步控制器将所述UWB定位结果发送到所述多个基站；
步骤404，UWB回传机从所述多个基站发送的定位结果中筛选出该UWB定位标签的UWB定位结果；
步骤405，定位模块获取GNSS原始观测量、惯性测量数据、所述时钟同步信息、所述时间同步帧和所述UWB回传机发送的UWB定位数据并进行融合定位解算。
第一实施方式是与本实施方式相对应的系统实施方式，第一实施方式中的技术细节可以应用于本实施方式，本实施方式中的技术细节也可以应用于第一实施方式。
相应地，本申请实施方式还提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现本申请的各方法实施方式。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括但不限于，相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读存储介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
此外，本申请实施方式还提供一种一种一体化的定位系统，其中包括用于存储计算机可执行指令的存储器，以及，处理器；该处理器用于在执行该存储器中的计算机可执行指令时实现上述各方法实施方式中的步骤。其中，该处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，简称“CPU”)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称“DSP”)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称“ASIC”)等。前述的存储器可以是只读存储器(read-only memory，简称“ROM”)、随机存取存储器(random access memory，简称“RAM”)、快闪存储器(Flash)、硬盘或者固态硬盘等。本发明各实施方式所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。
在本说明书提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。
在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

Claims (12)

1.一种一体化的定位方法，其特征在于，包括：
授时主时钟模块向UWB服务器和UWB同步控制器提供时间同步帧，所述时间同步帧与GNSS时钟同源；
UWB定位标签向多个基站发送UWB无线射频信号，所述多个基站接收所述UWB无线射频信号并通过所述UWB同步控制器将所述UWB无线射频信号发送到所述UWB服务器，其中，所述UWB同步控制器在每个周期的起始位置发送时钟同步信号到每个所述基站，并且，在发送每个周期的时钟同步信息后，立即发送时间同步帧到每个所述基站；
所述UWB服务器对所述UWB无线射频信号进行解算得到所述UWB定位结果，并通过所述UWB同步控制器将所述UWB定位结果发送到所述多个基站；
UWB回传机从所述多个基站发送的定位结果中筛选出该UWB定位标签的UWB定位结果；
定位模块获取GNSS原始观测量、惯性测量数据、所述时钟同步信息、所述时间同步帧和所述UWB回传机发送的UWB定位数据并进行融合定位解算。
2.根据权利要求1所述的一体化的定位方法，其特征在于，所述定位模块进行融合定位解算的步骤，进一步包括：
判断所述UWB回传机输出的数据是否是该UWB定位标签的UWB定位结果：
若是，在该UWB定位标签的UWB定位结果中打上本地接收时间戳，并解析出位置信息；
若不是，判断所述UWB回传机输出的数据是否是时间同步帧，若是，在该时间同步帧中打上本地接收时间戳；
判断所述定位模块中的GNSS卫星时是否有效；
若无效，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；
若有效，判断所述时间同步帧与所述GNSS卫星时是否相差预定阈值；
若是，采用所述定位模块中的GNSS卫星时计算所述UWB定位数据的定位时刻；
若不是，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；将所述UWB定位数据与所述惯性测量数据进行融合计算得到定位结果。
3.根据权利要求1所述的一体化的定位方法，其特征在于，所述UWB同步控制器将每个周期划分为N个时间窗口，其中，N大于等于10000且小于等于30000。
4.根据权利要求1所述的一体化的定位方法，其特征在于，所述周期为1秒。
5.根据权利要求1所述的一体化的定位方法，其特征在于，所述UWB定位标签包括第一微控制器、UWB标签和2.4G无线模块，所述第一微控制器与所述UWB回传机连接，所述UWB标签用于发送所述UWB无线射频信号，所述2.4G无线模块用于从所述多个基站获取所述每个周期的时钟同步信息和时间同步帧。
6.根据权利要求5所述的一体化的定位方法，其特征在于，所述第一微控制器通过UART串口与所述UWB回传机进行连接。
7.根据权利要求1所述的一体化的定位方法，其特征在于，所述UWB回传机包括第二微控制器和2.4G无线模块，所述第二微控制器与所述定位模块连接，所述2.4G无线模块用于从所述多个基站获取所述每个周期的时钟同步信息和时间同步帧。
8.根据权利要求1所述的一体化的定位方法，其特征在于，所述UWB回传机通过CAN总线将该定位标签的UWB定位结果、所述每个周期的时钟同步信息和时间同步帧发送到所述定位模块。
9.根据权利要求1所述的一体化的定位方法，其特征在于，所述UWB同步控制器发送所述每个周期的时钟同步信息到所述多个基站后，立即发送所述时间同步帧到所述多个基站，所述多个基站在收到的所述UWB无线射频信号后加上与所述时间同步帧同步的时间戳。
10.一种一体化的定位系统，其特征在于，包括：
多个基站，用于接收UWB无线射频信号并发送UWB定位结果；
UWB同步控制器，分别与所述多个基站连接，所述UWB同步控制器在每个周期的起始位置发送时钟同步信号到每个所述基站，并且，在发送每个周期的时钟同步信息后，立即发送时间同步帧到每个所述基站；
UWB服务器，用于对所述UWB无线射频信号进行解算得到所述UWB定位结果；
授时主时钟模块，所述授时主时钟模块与GNSS时钟同源，用于向所述UWB服务器和所述UWB同步控制器提供所述时间同步帧；
多个一体化定位终端，每个所述一体化定位终端包括：
UWB定位标签，用于向所述多个基站发送所述UWB无线射频信号；
与所述UWB定位标签连接的UWB回传机，用于接收每个所述基站发送的所述每个周期的时钟同步信息和时间同步帧，从所述多个基站发送的定位结果中筛选出该UWB定位标签的UWB定位结果；
与所述UWB回传机连接的定位模块，用于获取GNSS原始观测量、惯性测量数据、所述时钟同步信息、所述时间同步帧和所述UWB回传机发送的UWB定位数据并进行融合定位解算。
11.根据权利要求10所述的一体化的定位系统，其特征在于，所述定位模块进行融合定位解算的步骤，进一步包括：
判断所述UWB回传机输出的数据是否是该定位标签的UWB定位结果：
若是，在该定位标签的UWB定位结果中打上本地接收时间戳，并解析出位置信息；
若不是，判断所述UWB回传机输出的数据是否是时间同步帧，若是，在该时间同步帧打上本地接收时间戳；
判断所述定位模块中的GNSS卫星时是否有效；
若无效，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；
若有效，判断所述时间同步帧与所述GNSS卫星时是否相差预定阈值；
若是，采用所述定位模块中的GNSS卫星时计算所述UWB定位数据的定位时刻；
若不是，采用所述时间同步帧中的时间信息计算所述UWB定位数据的定位时刻，并采用卡尔曼滤波算法估算所述时间同步帧传输链路的误差；将所述UWB定位数据与所述惯性测量数据进行融合计算得到定位结果。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1至10中任意一项所述的方法中的步骤。
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