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室内实时定位系统(Indoor Real-time location System,IRTLS)可以实时跟踪室内需要定位的物品或者人物,通常会把定位信息通过上位机或者客户端进行实时显示,在仓储物流或者危险区域监控等方面应用较多,并且随着近几年大数据的发展,定位信息作为重要数据,也越发体现其实际意义,不断受到重视。室内定位方面,超宽带(Ultra Wide Band,UWB)和捷联惯性导航系统(Strap-down inertial navigation system,SINS)融合的组合定位系统缺陷互补,优势互长,加上其组合系统的高定位精度和相对低的成本,可以作为工程实践中的重要解决方案。然而各种提高UWB定位精度的方案要么集中在处理抖动、噪声等小误差上,要么集中在处理UWB非视距传播(Non Line Of Sight,NLOS)造成的粗大误差上,对于室内恶劣环境中,多径效应造成的UWB中等误差研究较少。长走廊作为室内环境中最常见的重要结构,就属于典型的受多径效应影响严重的恶劣环境。因为走廊中通常都被强反射的混泥土墙壁包围,所以UWB测距误差通常会从十厘米以内扩大到二三十厘米,甚至更大,常规UWB算法就难以获得高精度的定位结果,同时狭长的环境不利于布置定位所需的基站(Anchor),而基站的布置对定位结果也有较大影响,使定位误差进一步扩大。在UWB精度不高的前提下,误差随时间累积的SINS就难以达到提高定位精度的效果,在没有UWB提供的较好的初值或者校准值的时候,SINS甚至会完全无效,以上种种就使得UWB/SINS组合定位系统在狭长走廊中基本不适用。针对以上问题,本文开发了一种针对狭长环境的室内实时定位系统,通过较少的基站就可以确定定位标签(Tag)较精确的位置,然后通过与捷联惯性导航系统组合达到较高的定位精度,SINS部分的传感器选择基于微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)的惯性传感器,这一类惯性器件体积小、重量轻、成本低,与这些优点相对应的精度不是特别高的缺陷,可以依靠组合系统来弥补,是工程中的一个较好的选择。文主要研究内容有如下几个方面:(1)对恶劣环境下的UWB定位误差进行了数学推导,并在此基础上提出新的UWB几何定位模型,之后使用牛顿迭代法对定位结果进行优化,实验证明此优化方法可以提高UWB在狭长环境中的定位精度和稳定性,但存在定位结果可能发散的缺陷(2)针对新定位模型模型的缺陷,使用与SINS组合的方法来弥补缺陷,并在使用MEMS惯性器件实现SINS时,对于其磁力计不准的问题,提出一种使用相对关系进行捷联推导的方法,可以在不使用磁力计的前提下依靠UWB辅助得到捷联推算的位置,之后依靠卡尔曼滤波进行松组合,并依靠判决池判断定位点是否发散,如果发散,使用捷联推算位置代替发散的定位点。(3)为了验证以上算法的准确性,设计并实现了包括硬件平台和服务器在内的实时定位系统,通过最后的测试可以发现,UWB/SINS的组合定位系统相对于传统的定位方法有非常明显的提高,基本可以分辨待测点在走廊中的准确位置,而且组合系统相对于新的单UWB定位模型也有明显的提高。本文的组合定位系统体现了UWB/SINS组合定位系统的高精度和低成本的两个优势,并且在狭长环境中,相比于原来的方法可以取得较好的定位效果。本系统在走廊、过道、矿道、隧道等狭长且信道环境恶劣的条件下相对于传统的定位算法都有较大优势,成本最小化在科研和工程中也有巨大的实际意义。