一种基于多源融合的高可靠定位系统的制作方法

本发明涉及多源融合定位领域，特别涉及一种基于多源融合的高可靠定位系统。

背景技术：

1、随着现代科技的发展，定位技术在导航、物流管理、移动设备追踪以及工业自动化等领域的应用日益广泛。然而，现有的单一定位技术在实际应用中往往难以满足复杂环境下对高精度和高可靠性的要求。

2、(1)aoa定位技术

3、基于信号到达角度(angle of arrival，aoa)的定位技术是一种通过测量信号到达接收器的角度来确定位置的方法。该技术具有以下优点：1、高精度：在开阔环境中，aoa定位能提供较高的定位精度。2、成本较低：不需要系统级时钟同步，实施较为方便，主要依赖信号的接收和角度计算。然而，aoa定位技术也存在以下缺陷：1、环境干扰：在室内复杂环境中，反射和遮挡现象严重，导致信号到达角度的计算误差增加，影响定位精度。2、依赖视距：需要较好的视距条件，障碍物会显著影响信号接收。

4、(2)北斗定位技术

5、北斗卫星导航系统(beidou navigation satellite system，bds)是中国自主研发的全球卫星导航系统。其优点包括：1、全球覆盖：提供全球范围内的定位服务。2、高精度：在开阔的户外环境中，北斗系统可以提供较高的定位精度。3、独立自主：不依赖其他国家的导航系统，具有战略意义。然而，北斗定位在实际应用中也有其局限性：1、室内环境受限：在室内或地下等环境中，卫星信号难以穿透，导致定位精度显著下降。2、信号干扰：易受高层建筑和密集城区的信号反射和遮挡影响。

6、(3)无源定位技术

7、射频识别(radio frequency identification，rfid)技术是一种利用无线电波进行非接触式双向数据通信的技术，常用于物品追踪和身份识别。其优点包括：1、无源：标签不带电，安全可控，易于部署。2、低成本：超高频rfid标签成本低，已逐步逼近二维码成本。3、非接触：无需物理接触即可实现信息读取和传输。4、高效率：可以同时读取多个标签，速度快，效率高。然而，rfid技术在定位应用中也存在一些问题：1、覆盖范围有限：rfid的读取距离有限，通常在几米至几十米范围内。2、环境依赖性：受环境干扰较大，金属和液体等物质会影响信号传输。

8、因此，单一定位技术在实际应用中往往难以满足复杂环境下的高精度和高可靠性需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，提供了一种基于多源融合的高可靠定位系统，结合传感器和多种定位模块进行数据融合成为一种有效的解决方案，融合传感器、aoa定位、卫星定位和rfid技术，可以充分利用各自的优势，弥补单一技术的不足，实现更高精度和更高可靠性的定位。

2、本发明采用的技术方案如下：一种基于多源融合的高可靠定位系统，包括数据融合处理平台、aoa多天线接收机、数据网关以及至少一个定位终端；其中，

3、定位终端，包括传输控制模块、传感器模块、全球导航卫星系统定位模块以及rfid读写模块；其中，传感器模块用于检测定位终端的运动状态并产生运动数据；全球导航卫星系统定位模块用于根据卫星信号提供定位终端的定位数据；rfid读写器用于在定位终端进入rfid覆盖区域时提供定位终端的粗略定位数据；传输控制模块用于发送aoa信号、上传定位终端各模块产生的数据至数据网关以及接收数据网关传输的指令对定位终端各模块进行协同调度和控制；

4、aoa多天线接收机，接收定位终端发送的aoa信号，解算定位终端的角度信息，并上传至数据网关；

5、数据网关，用于接收定位终端与aoa多天线接收机上传的数据，预处理后并统一发送至数据融合处理平台以及转发指令至定位终端；

6、数据融合处理平台，结合传感器模块、aoa多天线接收机、全球导航卫星系统定位模块和rfid读写器的数据，综合分析和计算得到最终的高精度定位结果。

7、作为一种优选方案，所述传输控制模块集成aoa发送模块、通信模块与mcu，aoa发送模块用于发送aoa信号；通信模块用于接收数据网关调度信息和用户指令以及将定位终端数据上传到数据网关；mcu用于对采集传感器的数据进行工作模式切换、控制aoa信号指定时隙发送、协调全球导航卫星定位模块、rfid读写器模块的工作和休眠模式。

8、作为一种优选方案，所述传输控制模块正常模式处于休眠状态，当定位终端中其他模块请求数据传输时，通信模块唤醒并上报数据，随后进入休眠模式；所述aoa信号发送模块正常模式处于休眠状态，当定位终端需要发送aoa信号时，aoa信号发送模块基于数据网关的协同调度，在指定的时隙唤醒并发送协议规定的定位参考信号，发送结束后便进入休眠状态。

9、作为一种优选方案，所述传感器实时检测定位终端状态，当传感器检测到足够的运动信号时，定位终端保持激活状态；当长期检测不到显著运动时，定位终端进入休眠状态。

10、作为一种优选方案，所述传输控制模块收集全球导航卫星系统定位模块的定位数据、传感器模块的运动数据、rfid读写器模块的粗略定位数据，将各类数据进行时间对齐后统一发送至数据网关；所述aoa多天线接收机收到aoa信号后解算角度信息，并打上时间戳将信息传送至数据网关。

11、作为一种优选方案，所述rfid覆盖区域中分布设置有rfid标签，并在数据融合处理平台的地图上记录有rfid标签的位置。

12、作为一种优选方案，所述数据融合处理平台工作过程包括：

13、定位终端场景判断：结合接收的rfid、全球导航卫星系统定位和aoa定位数据及预存的地图数据，即可判断定位终端在室内还是室外；

14、定位终端运动状态判断：针对定位终端所处场景，根据传感器模块、aoa多天线接收机、全球导航卫星系统定位模块的数据对定位终端的运动状态进行判定；

15、融合定位：定位终端处于静止状态时，利用结合历史定位数据对当前定位结果进行加权平均完成融合定位；定位终端处于运动状态时，在室外场景融合aoa定位、全球导航卫星系统定位和地图信息，完成定位；在室内环境融合rfid、地图和aoa定位信息，完成定位。

16、作为一种优选方案，所述运动状态进行判定具体包括：

17、针对室外场景：根据传感器模块的数据，确定基于传感器模块的静止置信率；根据全球导航卫星系统定位模块的数据，估计全球导航卫星系统定位模块的定位速度精度，计算基于全球导航卫星系统定位模块的静止置信率；根据aoa多天线接收机的数据，估计aoa定位速度精度，计算基于aoa的静止置信率；对基于传感器模块的静止置信率、基于全球导航卫星系统定位模块的静止置信率、基于aoa的静止置信率加权得到综合静止置信率，当综合静止置信率大于预设阈值，表示处于静止状态，否则表示运动状态。

18、针对室内场景：基于传感器模块的数据直接确定定位终端处于静止状态还是运动状态。

19、作为一种优选方案，所述定位终端处于运动状态时，在室外场景融合aoa定位、全球导航卫星系统定位和地图信息，完成定位，具体包括：

20、对全球导航卫星系统定位、aoa定位以及rfid定位精度进行估计；

21、根据历史定位数据、定位精度估计，以及当前定位模式的定位结果和精度估计，进行卡尔曼滤波；

22、根据上一时刻的状态估计值和状态转移矩阵预测当前时刻的状态；

23、结合当前时刻的测量数据，对预测的状态进行校正；其中，测量数据包括全球导航卫星系统定位模块和aoa的定位结果；

24、得到融合后的高精度定位结果；其中，定位结果约束在室外区域。

25、作为一种优选方案，所述在室内环境融合rfid、地图和aoa定位信息，完成定位，具体包括：

26、对全球导航卫星系统定位、aoa定位以及rfid定位精度进行估计；

27、直接选择估计精度最高的定位模式作为根据估计精度选择当前历元使用的定位模式，得到定位结果；其中，定位结果约束在室内区域。

28、与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

29、1、提高定位精度，通过多传感器数据融合算法，综合利用传感器、aoa定位、卫星定位和rfid读写器的数据，显著提高了定位精度，尤其在静止状态下避免了定位轨迹的漂移。

30、2、增强系统可靠性，在复杂的室内外环境中，通过多种传感器的数据融合，提供了更加稳定和可靠的定位服务，减少了由于单一定位技术受环境变化影响导致的定位误差

31、3、传感器融合定位，在室外环境中，融合aoa定位和全球导航卫星系统定位；在室内环境中，融合rfid定位和aoa定位。通过精度模型估算各定位模式的精度，并根据环境动态调整权重，实现高精度定位。

32、4、精度模型的建立和应用，基于部署环境，建立了卫星、aoa和rfid定位精度的估计模型，为数据融合提供了可靠的基础。精度模型的应用确保了各定位数据的合理权重分配，提高了综合定位的准确性。

33、5、静态模式下的加权平均处理，在静态模式下，平台分析当前定位结果并结合历史定位数据进行加权平均处理，提高了静止状态下的定位精度，避免了单一历元定位误差对结果的影响。

34、6、在室外场景中，利用卡尔曼滤波算法结合历史数据、地图信息以及当前定位数据进行融合处理，有效提升了定位的可靠性和精度。

35、7、地图数据的约束作用，在定位过程中，结合预存的地图数据对定位结果进行约束，防止定位结果漂移到不合理的区域，进一步提高了定位的可靠性和准确性。

36、8、室内场景下的粗略位置约束，在室内场景中，定位结果受到rfid标签位置的约束，确保定位结果在未读取rfid标签的范围内，增强了室内定位的准确性。

37、9、适应多种复杂环境，通过多种传感器和定位技术的融合，本发明能够适应不同的环境变化，提供稳定、高效的定位服务，适用于导航、物流管理、移动设备追踪以及工业自动化等领域。