采用固定区间CRTS平滑的INS/UWB紧组合导航系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105509739A(43)申请公布日2016.04.20(21)申请号201610078964.7(22)申请日2016.02.04(71)申请人济南大学地址250022山东省济南市市中区南辛庄西路336号(72)发明人徐元张勇程金赵钦君王滨王宜敏马思源(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221代理人张勇(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)G01C21/20(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图1页(54)发明名称采用固定区间CRTS平滑的INS/UWB紧组合导航系统及方法(57)摘要本发明公开了一种采用固定区间CRTS平滑的INS/UWB紧组合导航系统及方法，包括：惯性导航器件INS和UWB无线标签分别设置在行人的鞋子上，UWB无线参考节点和参考系统分别设置在设定位置，惯性导航器件INS、UWB无线标签和参考系统分别与数据处理系统连接；数据处理系统包括：局部数据融合滤波器、容积卡尔曼滤波器、伪距数据处理模块、RTS平滑模块和均值滤波模块；本发明有益效果：有效的降低的传统紧组合导航模型中忽略泰勒展开式的高次项可能引入截断误差的可能性。CN105509739ACN105509739A权利要求书1/4页1.一种采用固定区间CRTS平滑的INS/UWB紧组合导航系统，其特征是，包括：惯性导航器件INS、UWB无线标签、UWB无线参考节点、参考系统和数据处理系统；所述惯性导航器件INS和UWB无线标签分别设置在行人的鞋子上，所述UWB无线参考节点和参考系统分别设置在设定位置，所述惯性导航器件INS、UWB无线标签和参考系统分别与数据处理系统连接；所述数据处理系统包括：局部数据融合滤波器、容积卡尔曼滤波器、伪距数据处理模块、RTS平滑模块和均值滤波模块；所述惯性导航器件INS与局部数据融合滤波器连接，所述惯性导航器件INS和UWB无线标签分别与伪距数据处理模块连接，伪距数据处理模块的输出连接所述容积卡尔曼滤波器；所述容积卡尔曼滤波器的输出依次连接RTS平滑模块和均值滤波模块后与减法器的一个输入端连接；所述局部数据融合滤波器的输出与减法器的另一个输入端连接。2.如权利要求1所述的一种采用固定区间CRTS平滑的INS/UWB紧组合导航系统，其特征是，所述伪距数据处理模块求取惯性导航器件INS和UWB无线标签测量得到的伪距的平方和之差。3.如权利要求1所述的一种采用固定区间CRTS平滑的INS/UWB紧组合导航系统，其特征是，所述参考系统包括码盘和电子罗盘。4.一种采用固定区间CRTS平滑的INS/UWB紧组合导航方法，其特征是，包括：(1)将人的运行状态分为静止和运动两个状态，通过惯性导航器件INS对行人的当前运动状态进行判断；(2)在鞋子处于静止状态时，通过局部数据融合滤波器对惯性导航器件INS解算的导航信息误差进行预估和补偿，得到当前时刻惯性导航器件INS解算的位置、速度和姿态的导航信息的最优估计；(3)以惯性导航器件INS的误差向量作为状态量，以惯性导航器件INS和UWB无线标签分别测量得到的伪距的平方之差作为系统观测量，构建INS/UWB紧组合模型；(4)通过容积卡尔曼滤波器将惯性导航器件INS和UWB无线标签在本地相对坐标系中获取的导航信息进行数据融合；(5)当到达输出时间时，将容积卡尔曼滤波器得到的上一输出时间到现输出时间之间的INS误差预估通过RTS平滑之后再进行均值滤波处理；(6)将经过均值滤波处理后的数据与当前时刻INS解算的导航信息做差，最终得到当前时刻最优的导航信息。5.如权利要求4所述的一种采用固定区间CRTS平滑的INS/UWB紧组合导航方法，其特征是，所述步骤(1)中，通过惯性导航器件INS对行人的当前运动状态进行判断的方法为：通过惯性导航器件INS自身携带的3个加速度传感器采集到的数据，得到当前时刻行人的加速度模值，通过加速度模值的大小判断鞋子的运动状态：其中，加速度模值：ax、ay、az分别为在载体坐标系下的x、y和z三2CN105509739A权利要求书2/4页个方向的加速度值。6.如权利要求4所述的一种采用固定区间CRTS平滑的INS/UWB紧组合导航方法，其特征是，所述步骤(2)中，通过局部数据融合滤波器对惯性导航器件INS解算的导航信息误差进行预估和补偿；局部数据融合滤波器的状态方程为：其中，为12维INS误差向量；为惯性导航器件INS测量得到的导航坐标系下的东向、北向和天向三个方向的加速度误差；φZ,k、φZ,k+1分别为k时刻和k+1时刻惯性导航器件INS测量得到的导航坐标系下的纵摇、横摇和航向角误差；分别为k时刻和k+1时刻惯性导航器件INS测量得到的导航坐标系下的东向