[发明专利]全球导航卫星系统RTD、MEMS-IMU、ZigBee组合高精度无缝导航新方法

说明书

技术领域

“GNSS RTD/MEMS IMU/ZIGBEE组合高精度无缝导航新方法”（简称AnyPos），综合利用GNSS卫星网络 RTD技术、无线电定位技术、基于MEMS的惯性导航组件进行有效组合；在室外充分利用GNSS地面增强设施获取差分电文进行高精度实时定位解算，在室内外场合通过预先布设的ZIGBEE传感器基站进行无导航卫星信号覆盖场合的高精度实时定位解算，同时利用基于MEMS的惯性模块，提供定位盲区下辅助的姿态、速度、加速度信息。 

 本发明的主要创造点是提供一种高精度无缝定位方法，可以有效的将室内定位，室外定位，和定位盲区下辅助姿态信息结合在一起。组合的方式是两两绑定，即“RTD+MEMS”及“MEMS + ZIGBEE”，应用场景包括：1）贵重物品或者设备如文物、珍藏艺术品等的实时监控、引导过程，当被监测对象从出发地前往某一展览馆博物馆的时候，在现场GNSS信号往往无法接收，此时则需要使用到IMU/ZIGBEE信号进行室内定位，并且被监测对象的位置往往需要精确已知，才能提高监测方的判断决策的效率。2) 老人、儿童、病人的监护， 一旦发生迷路、走失等现象时可得到实时的救助。3）矿工井下安全监测，为矿山实时救护提供技术支持。根据这些需求，便提出此方法。 

对以上信息进行融合处理，从而在任何场合的应用情景下，实时地获取用户所关心的高精度位置、速度、姿态等参数，该种技术尤其适用于在室内外任何切换过渡的高精度实时定位场合，如精密设备移动的智能引导、贵重资产的移动管理等。 

背景技术

高精度无缝定位技术的实现前提是在有/无导航卫星信号的环境、场合下，充分利用广泛存在的无线电信号如GNSS、Wi-Fi、ZIGBEE等，并以MEMS的惯性器件所提供的速度、加速度、姿态等信息为基础，综合进行融合处理，从而在任何场合的应用情景下，实时地获取用户所关心的高精度位置、速度、姿态等参数；其背景技术主要分为以下几类。 

 1）室外定位（GNSS RTD）技术： 

 在室外定位场合，通过已经固化的GNSS手持机模块，充分依托全球覆盖的导航卫星信号，联合GNSS地面增强系统如连续运行参考站提供的高精度卫星差分改正信号，基于精密测量的载波相位测量值，利用差分技术，实现高达厘米量级的定位结果的输出。

 2）室内定位（ZIGBEE RSSI）技术： 

 在室内定位场合，通过广泛布设的ZigBee基站，在设备充分同步的基础上，基于信号强度衰减观测-距离关系模型，获得的距离值，结合预先精确标定的传感器基站坐标，通过距离交会的计算方法，实现米级的定位结果输出。

 3）辅助定位（MEMS IMU）技术： 

在室内外无线电信号受限制的定位盲区，利用嵌入的MEMS器件加以辅助，一般利用IMU组件，通过惯性测量的原理，输出短时高精度的三维位置、加速度/速度、姿态等参数。该种辅助定位技术，可在室内定位和/或室外定位处于盲区的情况下，帮助室内定位和室外定位执行定位操作。

 4）数据融合技术： 

利用计算机对按时序获得的若干观测信息如GNSS、IMU、ZIGBEE等，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理。包括对各种信息源给出的有用信息的采集、传输、综合、过滤、相关及合成。

发明内容

目前，室外定位的场合及应用越发普遍且手段不多，主要集中在卫星导航、惯性设备等，从简单的个人/大众电子消费品，如GNSS/DR/COMPASS组合的移动电话、PDA等手持终端，到复杂的专业定位设备，如RTD接收机终端、多功能专业GNSS手持机等。 

 而在室内定位场景方面，主要是HS-GNSS、CDMA、Wi-Fi、RFID、ZigBee等无线电技术，在相关的基础设施依托下，室内定位的设备尚未专门制定相应的标准及产品，常见的主要是WhereNet、Ekahau、Ubisense等公司根据单一无线电信号制定的产品，且定位精度不高。 

 该发明瞄准室内/室外任意切换、无缝过渡的高精度定位应用、生产服务场合。在上述场景中，如精密设备移动的智能引导、贵重资产的移动管理等，目标载体的位置信息尤为至关重要，因此对定位的精确度提出了很高的要求，一般均达到了分米量级；同时，定位的场景往往需要在室内/室外之间任意切换及无缝过渡。这里的过渡是指在无信号覆盖的盲区里，利用辅助MEMS进行短暂过渡的过程。