本發(fā)明涉及慣導(dǎo)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前在特警、武警等軍事演習(xí)應(yīng)用中，單兵在遠(yuǎn)距離及室內(nèi)的位置及狀態(tài)信息是后場(chǎng)指揮人員關(guān)注的一大重點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控指揮，對(duì)定位系統(tǒng)及其技術(shù)也提出了更高層次的要求。

慣導(dǎo)系統(tǒng)是以陀螺和加速度計(jì)為敏感器件的導(dǎo)航參數(shù)解算系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)陀螺的輸出建立導(dǎo)航坐標(biāo)系，根據(jù)加速度計(jì)輸出解算出載體在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度和位置，屬于一種推算導(dǎo)航方式。其中捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)(strap-downinertialnavigationsystem，簡(jiǎn)寫(xiě)sins)是將加速度計(jì)和陀螺儀直接安裝在載體上，然后根據(jù)導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行相關(guān)導(dǎo)航計(jì)算，由于其具有可靠性高、功能強(qiáng)、重量輕、成本低、精度高以及使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，使得sins已經(jīng)成為當(dāng)今慣導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展的主流。

目前相關(guān)技術(shù)中為了解決在封閉空間中，慣導(dǎo)傳感器漂移和累計(jì)誤差造成的長(zhǎng)時(shí)間后位置信息嚴(yán)重失信的問(wèn)題，申請(qǐng)人曾在2016年申請(qǐng)了名為“一種基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)原點(diǎn)定位方法及系統(tǒng)”的發(fā)明專(zhuān)利，可使得慣導(dǎo)初始化靈活、方便，在有多個(gè)慣導(dǎo)設(shè)備時(shí)，不需要保持多個(gè)慣導(dǎo)設(shè)備初始化時(shí)的一致性，可方便的適用于室內(nèi)、室外各種環(huán)境，且能實(shí)時(shí)在后端觀察作戰(zhàn)人員位置。但本申請(qǐng)的發(fā)明人在實(shí)踐該申請(qǐng)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺陷，即由于該系統(tǒng)中攜帶慣導(dǎo)的作戰(zhàn)人員所處環(huán)境是由2個(gè)可以隨意放置的uwb錨節(jié)點(diǎn)所確定的，使得無(wú)法映射在衛(wèi)星地圖中確定作戰(zhàn)人員的位置，一般需要指揮中心通過(guò)設(shè)置以使其與實(shí)際位置相吻合，操作較為復(fù)雜，并且還無(wú)法告知作戰(zhàn)人員準(zhǔn)確的方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)，用以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中所闡述的至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：uwb定位基站，布置在目標(biāo)定位區(qū)域中，用于通過(guò)與由待定位對(duì)象所攜帶的uwb標(biāo)簽的通信交互及布置方式所確定的定位基站的相對(duì)位置來(lái)確定所述待定位對(duì)象的uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)；絕對(duì)位置確定基站，布置在所述uwb定位基站處，用于確定所述uwb定位基站的絕對(duì)位置；慣導(dǎo)定位模塊，由所述待定位對(duì)象攜帶，用于確定所述待定位對(duì)象的慣導(dǎo)定位數(shù)據(jù)；協(xié)同定位模塊，由所述待定位對(duì)象攜帶，用于根據(jù)所述uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)、所述慣導(dǎo)定位數(shù)據(jù)和所述uwb定位基站的相對(duì)位置及所述絕對(duì)位置確定所述待定位對(duì)象的絕對(duì)定位數(shù)據(jù)。

可選的，所述協(xié)同定位模塊用于執(zhí)行以下步驟來(lái)確定所述待定位對(duì)象的絕對(duì)位置：根據(jù)所述uwb定位基站的相對(duì)位置和所述uwb定位基站的絕對(duì)位置來(lái)確定所述待定位對(duì)象的uwb相對(duì)定位坐標(biāo)系與絕對(duì)定位坐標(biāo)系之間的第一關(guān)系；根據(jù)所述uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)和所述慣導(dǎo)定位數(shù)據(jù)來(lái)確定所述待定位對(duì)象的uwb相對(duì)定位坐標(biāo)系與慣導(dǎo)定位坐標(biāo)系的第二關(guān)系；基于所述第一關(guān)系和所述第二關(guān)系來(lái)根據(jù)所述慣導(dǎo)定位數(shù)據(jù)確定所述待定位對(duì)象在所述絕對(duì)定位坐標(biāo)系的絕對(duì)定位數(shù)據(jù)。

可選的，所述絕對(duì)定位數(shù)據(jù)包含選自以下中的一者：gps衛(wèi)星系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)、北斗衛(wèi)星系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)、伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)、格洛納斯衛(wèi)星系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)。

可選的，該系統(tǒng)還包括后臺(tái)指揮終端，所述后臺(tái)指揮單元包括：累計(jì)誤差校準(zhǔn)模塊，用于基于tdoa定位算法并利用來(lái)自所述uwb標(biāo)簽的所述時(shí)間戳信息來(lái)校準(zhǔn)所述定位數(shù)據(jù)；地圖顯示模塊，用于將校準(zhǔn)后的所述定位數(shù)據(jù)作軌跡化處理，并在電子地圖上展示經(jīng)軌跡化處理之后的所述定位數(shù)據(jù)。

可選的，所述后臺(tái)指揮單元和/或所述協(xié)同定位模塊為包含選自以下中的一者或多者的具有遠(yuǎn)程通訊能力的便攜式智能設(shè)備：筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)。

可選的，所述uwb定位基站的數(shù)量多個(gè)，且分別布置在所述目標(biāo)定位區(qū)域的不同位置以使得多個(gè)所述uwb定位基站所發(fā)射的uwb信號(hào)能夠覆蓋所述目標(biāo)定位區(qū)域。

可選的，所述絕對(duì)位置確定基站包含：gps-rtk基準(zhǔn)站，設(shè)置在gps信號(hào)強(qiáng)的地域，用來(lái)接收所述gps-rtk基準(zhǔn)站的gps衛(wèi)星的第一載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)；多個(gè)gps-rtk移動(dòng)站，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在所述多個(gè)uwb定位基站處，并分別用來(lái)接收所述第一載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)和各自的所述gps-rtk移動(dòng)站的第二載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)；其中，所述gps-rtk移動(dòng)站還用于根據(jù)所述第一載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)和所述第二載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)的相位差分觀測(cè)值來(lái)確定所述gps-rtk移動(dòng)站的絕對(duì)位置。

可選的，所述uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)按照以下方式來(lái)計(jì)算：

其中，(x1，y1)、(x2，y2)分別為兩個(gè)所述uwb定位基站的相對(duì)位置坐標(biāo)，(xuwb，yuwb)為所述uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)，d1和d2是所述uwb標(biāo)簽分別距離所述兩個(gè)uwb定位基站的距離，以及d1和d2是通過(guò)所述uwb標(biāo)簽和所述uwb定位基站之間進(jìn)行通信的uwb信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間來(lái)確定的。

可選的，所述協(xié)同定位模塊用于通過(guò)實(shí)施以下步驟來(lái)確定所述待定位對(duì)象的定位數(shù)據(jù)：

其中，(xgd1，ygd1)、(xgd2，ygd2)分別為所述待定位對(duì)象在兩個(gè)不同時(shí)刻的慣導(dǎo)定位數(shù)據(jù)，(xuwb1，yuwb1)、(xuwb2，yuwb2)分別為與慣導(dǎo)相應(yīng)時(shí)刻同一個(gè)作戰(zhàn)人員的uwb定位標(biāo)簽坐標(biāo)，δxgd-uwb、δygd-uwb為關(guān)于所述待定位對(duì)象的慣導(dǎo)坐標(biāo)系原點(diǎn)到uwb相對(duì)坐標(biāo)系原點(diǎn)的相對(duì)平移量，θgd-uwb為慣導(dǎo)坐標(biāo)系y軸與uwb相對(duì)坐標(biāo)系y軸夾角；

其中，θuwb-gps為關(guān)于所述待定位對(duì)象的uwb相對(duì)坐標(biāo)系y軸與gps絕對(duì)坐標(biāo)系y軸的夾角，δxuwb-gps、δyuwb-gps為uwb相對(duì)坐標(biāo)系原點(diǎn)到gps絕對(duì)坐標(biāo)系原點(diǎn)的相對(duì)平移量；基于cosθuwb-gps、sinθuwb-gps、cosθgd-uwb、sinθgd-uwb、δxuwb-gps、δyuwb-gps、δxgd-uwb、δygd-uwb使得能夠根據(jù)所述待定位對(duì)象的慣導(dǎo)定位數(shù)據(jù)(xgd，ygd)來(lái)確定出所述待定位對(duì)象在所述gps絕對(duì)坐標(biāo)系中的gps定位數(shù)據(jù)。

可選的，所述目標(biāo)定位區(qū)域?yàn)檐娛卵菥殔^(qū)域以及所述待定位對(duì)象為軍事演練中的作戰(zhàn)人員。

通過(guò)上述技術(shù)方案，一方面，將uwb定位技術(shù)、絕對(duì)位置基站技術(shù)和慣導(dǎo)定位技術(shù)結(jié)合在一起，使能夠在絕對(duì)位置定位信號(hào)較差的地理區(qū)域精確地獲得待定位對(duì)象的絕對(duì)定位數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)在野外軍事訓(xùn)練中的作戰(zhàn)人員的精確定位位；另一方面，無(wú)需為每個(gè)待定位對(duì)象配備絕對(duì)位置定位設(shè)備(例如，為每人分配昂貴的差分gps設(shè)備)即可得到其在絕對(duì)坐標(biāo)系中的位置信息，大大降低了定位成本。

本發(fā)明實(shí)施例的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明實(shí)施例，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限制。在附圖中：

附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明實(shí)施例，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)的工作原理流程圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)的將定位數(shù)據(jù)從慣導(dǎo)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至gps絕對(duì)坐標(biāo)系的工作原理流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明實(shí)施例。

需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于方便描述不同的部件，而不能理解為指示或暗示順序關(guān)系、相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“內(nèi)”、“外”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措辭“包括”及“包含”是指存在上述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱(chēng)元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的全部或任一單元和全部組合。

參見(jiàn)圖1所示的是本發(fā)明一實(shí)施例的基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括uwb定位基站101、絕對(duì)位置確定基站102、慣導(dǎo)定位模塊103以及與101、102、103分別連接的協(xié)同定位模塊104。關(guān)于uwb定位基站101、絕對(duì)位置確定基站102、慣導(dǎo)定位模塊103和協(xié)同定位模塊104更具體的布置，可以是uwb定位基站101和絕對(duì)位置確定基站102可以是布設(shè)在目標(biāo)定位區(qū)域中，并根據(jù)所述布設(shè)方式可知uwb定位基站101的相對(duì)位置，且絕對(duì)位置確定基站102設(shè)置在uwb定位基站處，用于接收衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)來(lái)確定所述uwb定位基站的絕對(duì)位置；其中，絕對(duì)位置可以是指代各種類(lèi)型的絕對(duì)位置，例如gps、北斗等，在本實(shí)施例中不作限定。其中，uwb定位基站能夠檢測(cè)待定位對(duì)象所攜帶的uwb標(biāo)簽，并基于此來(lái)確定待定位對(duì)象的uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)；以及慣導(dǎo)定位模塊103和協(xié)同定位模塊104是由待定位對(duì)象所攜帶的，該慣導(dǎo)定位模塊103用于確定待定位對(duì)象的慣導(dǎo)定位數(shù)據(jù)，該協(xié)同定位模塊104用于根據(jù)uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)、慣導(dǎo)定位數(shù)據(jù)和uwb定位基站的相對(duì)位置及對(duì)應(yīng)的絕對(duì)位置確定所述待定位對(duì)象的絕對(duì)定位數(shù)據(jù)。

參見(jiàn)圖2所示的是本發(fā)明另一實(shí)施例的基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中包括初始位置信息獲取單元10、協(xié)同定位模塊、后場(chǎng)指揮單元40和時(shí)間戳單元30，以及初始位置信息獲取單元10中包含有慣導(dǎo)定位模塊103、uwb定位標(biāo)簽1b、uwb定位基站101和絕對(duì)位置定位模塊102，后場(chǎng)指揮單元40中包含累計(jì)誤差校準(zhǔn)模塊4a和地圖顯示模塊4b，時(shí)間戳單元30包含uwb絕對(duì)位置定位基站3a和以太網(wǎng)交換機(jī)3b。更具體地，慣導(dǎo)定位模塊103可以放置在作戰(zhàn)人員身上，慣導(dǎo)實(shí)時(shí)定位坐標(biāo)可以通過(guò)藍(lán)牙傳送至協(xié)同運(yùn)算處理單元104；uwb定位標(biāo)簽1b，放置在作戰(zhàn)人員身上，用來(lái)與uwb定位基站101進(jìn)行uwb無(wú)線通信信息交互，并具有信息處理功能和數(shù)據(jù)傳輸功能，以用來(lái)將uwb通信信息經(jīng)過(guò)tof測(cè)距算法處理，處理后的信息通過(guò)藍(lán)牙傳送至協(xié)同運(yùn)算處理單元104。uwb定位基站101可以為兩個(gè)或處于精確性可以是更多個(gè)，以下僅以兩個(gè)uwb定位基站101來(lái)進(jìn)行示例性說(shuō)明，例如該二者之間可以間隔一定距離放置在室外空曠區(qū)域的同一水平面上，該間隔距離可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境來(lái)設(shè)置，并且兩基站的坐標(biāo)可以通過(guò)該距離確定，增大了系統(tǒng)的靈活性且操作簡(jiǎn)單。絕對(duì)位置定位模塊102可以是差分gps絕對(duì)位置定位模塊，其可以包括gps-rtk基準(zhǔn)站(未示出)和gps-rtk移動(dòng)站(未示出)，其中g(shù)ps-rtk基準(zhǔn)站為一個(gè)，用來(lái)接收gps衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其傳送給gps-rtk移動(dòng)站；并且，該gps-rtk基準(zhǔn)站可以布置在室外任意空曠區(qū)域，增大了系統(tǒng)定位的精確性且操作簡(jiǎn)單；gps-rtk移動(dòng)站為兩個(gè)，分別對(duì)應(yīng)放置在uwb定位基站101的對(duì)應(yīng)位置處，除了接收gps衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)和來(lái)自gps-rtk基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)，還用于將其組成相位差分觀測(cè)值并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，由此能夠?qū)崟r(shí)給出厘米級(jí)的絕對(duì)定位坐標(biāo)，該定位坐標(biāo)可以通過(guò)藍(lán)牙方式傳送至協(xié)同運(yùn)算處理單元104。

作為本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步的公開(kāi)和優(yōu)化，協(xié)同定位模塊104，放置在作戰(zhàn)人員身上，接收慣導(dǎo)定位模塊103中藍(lán)牙發(fā)出的慣導(dǎo)定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)、uwb定位標(biāo)簽1b中藍(lán)牙發(fā)出的uwb通信數(shù)據(jù)和絕對(duì)位置定位模塊102中g(shù)ps-rtk移動(dòng)站中藍(lán)牙發(fā)出的定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將三種數(shù)據(jù)進(jìn)行融合解算(關(guān)于具體的融合解算的過(guò)程將在下文中展開(kāi))，解算后的定位數(shù)據(jù)發(fā)送至后場(chǎng)指揮單元40，協(xié)同運(yùn)算處理單元104可以是帶有藍(lán)牙和4g功能或wifi功能的設(shè)備，例如，帶有藍(lán)牙和4g功能或wifi功能的手機(jī)、平板電腦等設(shè)備，由此使得協(xié)同定位模塊104可以通過(guò)藍(lán)牙與初始位置信息獲取單元10通信，并通過(guò)4g或wifi的方式來(lái)與后場(chǎng)指揮單元40進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

作為本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步的公開(kāi)和優(yōu)化，時(shí)間戳單元30包括uwb絕對(duì)位置定位基站3a和以太網(wǎng)交換機(jī)3b。其中，uwb絕對(duì)位置定位基站3a可以至少為四個(gè)，作為一種慣導(dǎo)位置修正輔助設(shè)備，安裝在室內(nèi)空間中，與以太網(wǎng)交換機(jī)3b通過(guò)網(wǎng)線連接，用于接收來(lái)自u(píng)wb定位標(biāo)簽1b發(fā)送的時(shí)間戳信息，并通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)3b與后場(chǎng)指揮單元40進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

作為本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步的公開(kāi)和優(yōu)化，后場(chǎng)指揮單元40包括累計(jì)誤差校準(zhǔn)模塊4a和地圖顯示模塊4b。其中，累計(jì)誤差校準(zhǔn)模塊4a主要接收協(xié)同運(yùn)算處理單元2中的實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至地圖顯示模塊4b；同時(shí)，將接收到的uwb絕對(duì)位置定位基站3a的時(shí)間戳數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)tdoa定位算法處理，處理后的數(shù)據(jù)用于修正慣導(dǎo)長(zhǎng)時(shí)間工作后的漂移和累積誤差，修正后的數(shù)據(jù)同樣發(fā)送至地圖顯示模塊4b；地圖顯示模塊4b將累計(jì)誤差校準(zhǔn)模塊4a中的定位數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軌跡化處理后，通過(guò)平面地圖或者衛(wèi)星地圖進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，所述軌跡化處理是將坐標(biāo)點(diǎn)連線表示，后場(chǎng)指揮單元40可以是帶有4g功能或wifi功能的設(shè)備，例如，帶有4g或wifi功能的筆記本電腦、平板電腦等。

在本發(fā)明實(shí)施例中，將差分gps和uwb技術(shù)與慣導(dǎo)定位技術(shù)相結(jié)合，提出的一種差分gps和uwb技術(shù)協(xié)同慣導(dǎo)定位系統(tǒng)及定位方法，可以在室外空曠區(qū)域任意選擇慣導(dǎo)初始化時(shí)的原點(diǎn)位置和方向，降低其初始化難度，增大系統(tǒng)靈活性；并且作戰(zhàn)人員不僅可以在室外作業(yè)，還能在進(jìn)入室內(nèi)作業(yè)時(shí)依靠uwb技術(shù)對(duì)慣導(dǎo)長(zhǎng)時(shí)間工作后的漂移和累積誤差進(jìn)行修正；同時(shí)，其位置可直接在衛(wèi)星地圖和平面地圖中進(jìn)行顯示，指揮中心無(wú)需額外操作即可任意選擇合適的方式對(duì)攜帶慣導(dǎo)的作戰(zhàn)人員的位置進(jìn)行跟蹤和指揮，提高了工作效率。

參見(jiàn)圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的基于uwb測(cè)距的慣導(dǎo)定位系統(tǒng)的工作原理流程圖，

步驟s1，布置設(shè)備；主要是將慣導(dǎo)定位模塊、uwb定位標(biāo)簽和協(xié)同運(yùn)算處理單元布置在作戰(zhàn)人員身上的合適位置；將uwb定位基站間隔一定距離布設(shè)在室外空曠區(qū)域的同一水平面上，布設(shè)距離確定了兩相對(duì)位置定位基站的坐標(biāo)，并選取其連線中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，所在水平直線為x軸，垂直于x軸與地面平行向前為y軸，則uwb坐標(biāo)系及兩uwb定位基站的坐標(biāo)即可確定。例如，將兩個(gè)uwb定位基站101的布設(shè)距離設(shè)為10米，以中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)，則該兩個(gè)uwb定位基站的相對(duì)坐標(biāo)分別為(-5，0)和(5，0)；將絕對(duì)位置定位模塊102中的gps-rtk基準(zhǔn)站布置在室外任意空曠區(qū)域，兩gps-rtk移動(dòng)站分別布置在上述兩uwb相對(duì)位置定位基站相應(yīng)位置處，用來(lái)給出兩相對(duì)位置定位基站所處位置的絕對(duì)定位坐標(biāo)；將uwb絕對(duì)位置定位基站和以太網(wǎng)交換機(jī)布置在室內(nèi)空間合適位置，且基站所處位置的絕對(duì)坐標(biāo)已知。

步驟s2，獲取慣導(dǎo)原點(diǎn)參數(shù)解算所需的相關(guān)數(shù)據(jù)；該相關(guān)數(shù)據(jù)包括慣導(dǎo)定位坐標(biāo)、uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)和差分gps定位坐標(biāo)。由于慣導(dǎo)初始化的原點(diǎn)和方向的不確定性，所述慣導(dǎo)定位坐標(biāo)所處坐標(biāo)系為慣導(dǎo)初始化時(shí)的載體坐標(biāo)系，載體(即待定位對(duì)象)坐標(biāo)系是指原點(diǎn)在載體質(zhì)心，x指向載體右側(cè)，y沿載體縱軸指向前，z垂直載體豎直向上；uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)是指，所述uwb定位標(biāo)簽和兩相對(duì)位置定位基站間采用uwb信號(hào)進(jìn)行tof測(cè)距得到的距離值，tof是基于信號(hào)飛行時(shí)間的測(cè)距算法，此處采用兩次雙邊測(cè)距求飛行時(shí)間平均值的方式進(jìn)行距離就算，由此可以減少測(cè)距誤差；差分gps定位坐標(biāo)是指，所述gps-rtk移動(dòng)站將所采集的gps衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)和接收的來(lái)自基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)組成相位差分觀測(cè)值并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，給出厘米級(jí)的定位坐標(biāo)，該坐標(biāo)所在坐標(biāo)系為絕對(duì)的地理坐標(biāo)系，(具體可參照上文步驟s1中所述的)，兩個(gè)gps-rtk移動(dòng)站輸出的坐標(biāo)為兩uwb定位基站所處位置的絕對(duì)坐標(biāo)。

步驟s3，融合運(yùn)算處理及慣導(dǎo)原點(diǎn)參數(shù)求解，對(duì)步驟s2中獲取的三種數(shù)據(jù)進(jìn)行融合運(yùn)算處理后計(jì)算出慣導(dǎo)原點(diǎn)參數(shù)，該慣導(dǎo)原點(diǎn)參數(shù)是指：將定位數(shù)據(jù)從慣導(dǎo)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至gps絕對(duì)坐標(biāo)系所需的參數(shù)。

更具體地，如圖4所示，該轉(zhuǎn)換計(jì)算過(guò)程如下：

步驟301，利用s1中uwb定位基站的布設(shè)方式所確定的相對(duì)位置定位基站坐標(biāo)和s2中的uwb相對(duì)定位數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)計(jì)算方法得到uwb定位標(biāo)簽的相對(duì)坐標(biāo)(xuwb，yuwb)；所述數(shù)學(xué)方法可采用以下方程：

上式中：(xuwb，yuwb)為所求，(x1，y1)、(x2，y2)分別為兩uwb相對(duì)位置定位基站坐標(biāo)，一旦確定好布設(shè)方式則該坐標(biāo)值不變，且有x1＝-x2，y1＝y(tǒng)2＝0，d1、d2分為uwb定位標(biāo)簽和兩個(gè)uwb定位基站間采用uwb信號(hào)進(jìn)行tof測(cè)距得到的實(shí)際距離值；如步驟s1中所述的示例可知(x1，y1)、(x2，y2)分別為(-5，0)和(5，0)，該種布設(shè)方式使得攜帶uwb定位標(biāo)簽的作戰(zhàn)人員坐標(biāo)的計(jì)算更加簡(jiǎn)便?；谏鲜龇椒?，獲取并計(jì)算出同一個(gè)作戰(zhàn)人員2個(gè)不同時(shí)刻的uwb定位標(biāo)簽坐標(biāo)(xuwb1，yuwb1)，(xuwb2，yuwb2)。

步驟302，利用s2中獲取的同一個(gè)作戰(zhàn)人員2個(gè)不同時(shí)刻慣導(dǎo)定位坐標(biāo)和相應(yīng)時(shí)刻的第一步中計(jì)算所得的uwb定位標(biāo)簽坐標(biāo)，計(jì)算慣導(dǎo)坐標(biāo)系到uwb坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換參數(shù)paragd-uwb(θgd-uwb，δxgd-uwb，δygd-uwb)，其中，θgd-uwb為步驟s2中所描述的慣導(dǎo)坐標(biāo)系y軸與步驟s1中所描述的uwb坐標(biāo)系y的軸夾角，δxgd-uwb、δygd-uwb為慣導(dǎo)載體坐標(biāo)系原點(diǎn)到uwb相對(duì)坐標(biāo)系原點(diǎn)的相對(duì)平移量。更具體地，該參數(shù)解算過(guò)程可以為：

利用(1-2)、(1-3)兩個(gè)方程組可得：

根據(jù)式(1-4)可得：

在上式中：(xgd1，ygd1)、(xgd2，ygd2)分別為同一個(gè)作戰(zhàn)人員在兩個(gè)不同的時(shí)刻的慣導(dǎo)定位坐標(biāo)，(xuwb1，yuwb1)，(xuwb2，yuwb2)分別為與慣導(dǎo)相應(yīng)時(shí)刻同一個(gè)作戰(zhàn)人員的uwb定位標(biāo)簽坐標(biāo)，上述坐標(biāo)均為已知，故根據(jù)式(1-5)可以算出θgd-uwb值，將算出的θgd-uwb代入(1-2)或(1-3)中即可解算出δxgd-uwb、δygd-uwb；由此，慣導(dǎo)坐標(biāo)系到uwb坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換參數(shù)paragd-uwb已解算出；由于系統(tǒng)中各個(gè)慣導(dǎo)初始化的載體坐標(biāo)系不一致，故每個(gè)慣導(dǎo)均會(huì)生成一個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

步驟303，利用s2中兩差分gps-rtk移動(dòng)站輸出的絕對(duì)坐標(biāo)和s1中所確定的兩個(gè)uwb定位基站的坐標(biāo)，計(jì)算出s1中所確定的uwb坐標(biāo)系到gps絕對(duì)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換參數(shù)parauwb-gps(θuwb-gps，δxuwb-gps，δyuwb-gps)，其中θuwb-gps為s1中所描述的uwb相對(duì)坐標(biāo)系y軸與s2中所描述的差分gps絕對(duì)坐標(biāo)系y軸夾角，δxuwb-gps、δyuwb-gps為uwb坐標(biāo)系原點(diǎn)到差分gps坐標(biāo)系原點(diǎn)的相對(duì)平移量，具體計(jì)算過(guò)程可以如下：

如步驟301中所述的，兩個(gè)uwb定位基站的布設(shè)方式及坐標(biāo)系建立方式確定了x1＝-x2，y1＝y(tǒng)2＝0，結(jié)合(1-6)、(1-7)兩個(gè)方程組可得：

根據(jù)式(1-8)可得：

在上式中：(x1，y1)、(x2，y2)分別為兩uwb定位基站的相對(duì)坐標(biāo)，一旦確定好布設(shè)方式則該坐標(biāo)值不變；(xgps1，ygps1)、(xgps2，ygps2)分別為兩gps-rtk移動(dòng)站給出的兩uwb相對(duì)位置定位基站所處位置的絕對(duì)定位坐標(biāo)，上述坐標(biāo)均為已知，故根據(jù)式(1-9)可以解算出θuwb-gps值，將解算出的θuwb-gps代入(1-6)或(1-7)中即可解算出δxuwb-gps、δyuwb-gps，由此，uwb坐標(biāo)系到gps絕對(duì)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換參數(shù)parauwb-gps已解算出，由于一個(gè)系統(tǒng)中所建立的uwb相對(duì)坐標(biāo)系的唯一性，故該轉(zhuǎn)換參數(shù)系統(tǒng)唯一。

步驟304，將慣導(dǎo)實(shí)時(shí)定位坐標(biāo)經(jīng)過(guò)上述兩個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)paragd-uwb，parauwb-gps的聯(lián)合運(yùn)算，即可得到系統(tǒng)中各個(gè)慣導(dǎo)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。如將慣導(dǎo)載體坐標(biāo)(xgd，ygd)結(jié)合參數(shù)paragd-uwb和parauwb-gps采用公式(1-2)和(1-6)即可計(jì)算出此刻慣導(dǎo)載體坐標(biāo)在差分gps坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，該坐標(biāo)值直接用于后續(xù)相關(guān)處理。

步驟s4，慣導(dǎo)誤差修正處理，所述慣導(dǎo)誤差是指，慣導(dǎo)長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)距離工作后的傳感器漂移和累積誤差。該處理過(guò)程適用于攜帶慣導(dǎo)的作戰(zhàn)人員在室內(nèi)作業(yè)時(shí)的情況，采用事先安裝好的絕對(duì)坐標(biāo)已知的uwb絕對(duì)位置定位基站對(duì)uwb定位標(biāo)簽進(jìn)行tdoa定位算法處理，所得高精度定位坐標(biāo)與同時(shí)刻的慣導(dǎo)定位坐標(biāo)相比得出一個(gè)相對(duì)位置矢量，該所得矢量可用來(lái)對(duì)實(shí)時(shí)慣導(dǎo)定位坐標(biāo)進(jìn)行誤差修正，消除累積誤差對(duì)慣導(dǎo)坐標(biāo)的影響。

步驟s5，數(shù)據(jù)處理及圖形化顯示，所說(shuō)的數(shù)據(jù)處理是指，將攜帶慣導(dǎo)的作戰(zhàn)人員的實(shí)時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軌跡化處理后，通過(guò)平面地圖或三維地圖和衛(wèi)星地圖進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)軌跡顯示，所述軌跡化處理是將坐標(biāo)點(diǎn)連線表示，這有利于指揮中心對(duì)作戰(zhàn)人員的位置進(jìn)行跟蹤和指揮。上述所說(shuō)的平面地圖或三維地圖可以是實(shí)際測(cè)試的地形圖也可以是導(dǎo)入的已有地圖，各個(gè)作戰(zhàn)人員在該地圖中的位置是與實(shí)際衛(wèi)星地圖相匹配的。該地形圖與衛(wèi)星地圖上顯示的作戰(zhàn)人員的位置是同步的，指揮中心可以任意選擇合適的方式對(duì)其位置進(jìn)行跟蹤和指揮，大大提高了工作效率。

在本發(fā)明實(shí)施例中，其一所采用的gps-rtk技術(shù)和uwb技術(shù)均具有定位精度高的特點(diǎn)，其中差分gps與uwb技術(shù)結(jié)合使用，無(wú)需為每個(gè)人員配備差分gps設(shè)備，就可得到其絕對(duì)坐標(biāo)，在精確定位的同時(shí)還能夠大大降低了成本；其二，慣導(dǎo)原點(diǎn)參數(shù)計(jì)算方法簡(jiǎn)單，參數(shù)的運(yùn)用可以避免慣導(dǎo)初始化偏差；其三，該系統(tǒng)適用于室內(nèi)外環(huán)境，尤其在室內(nèi)時(shí)還能對(duì)慣導(dǎo)長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)距離工作后的漂移和累積誤差進(jìn)行修正；其四，多個(gè)人員位置的地圖同步顯示及其自身位置判斷，可以提高工作效率及安全性。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明實(shí)施例的可選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明實(shí)施例并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。

另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。

此外，本發(fā)明實(shí)施例的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明實(shí)施例的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容。