【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信号处理领域，尤其涉及一种b1c信号与uwb信号融合的室内定位方法及系统。
技术介绍
1、北斗b1c信号是中国北斗卫星导航系统提供的一种民用信号，属于b1频段。b1c信号通过北斗卫星发射，向民众提供定位、导航和时间确认等服务。用户接收机通过测量信号的到达时间差，并使用三角测量法来确定位置。在室外空旷环境中，b1c信号可以很好的实现定位和导航功能，但在复杂的室内环境中，由于多径效应和障碍物的遮挡导致b1c信号出现折射和绕射等现象，其定位信号可能会严重衰减，导致定位精度下降或定位失败。uwb是一种利用非正弦波窄带脉冲信号进行数据传输的无线通信技术，有着较宽的带宽和低功率谱密度，常用于室内定位系统，提供高精度的定位需求。通过对北斗b1c信号与uwb技术相结合，可以实现b1c信号在室内领域应用的扩展。
2、常规的北斗b1c信号与uwb信号融合算法是通过结合北斗b1c信号的室外定位能力和uwb信号的室内定位精度来实现无缝定位，即在室外或北斗信号良好的环境下，系统主要依赖北斗b1c信号进行定位；在室内或北斗信号被遮挡的环境中，切换到uwb信号进行定位，从而提高定位的连续性和准确性。
3、但是，b1c信号与uwb信号融合算法并没有真正实现b1c信号的室内定位，仅仅只是在b1c信号与uwb信号之间进行了切换。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种b1c信号与uwb信号融合的室内定位方法及系统，利用了改进的b1c信号自适应捕获算法及b1c信号与uwb信号融合的
2、为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、第一方面，提供一种b1c信号与uwb信号融合的室内定位方法，包括：
4、通过b1c信号接收机进行搜索，使用改进的b1c信号自适应捕获算法捕获得到b1c信号；
5、通过载波与码跟踪环路算法对b1c信号进行跟踪，解调获得b1c定位数据；
6、当室内设备发送定位请求后，通过uwb基站获得uwb信号，及通过天线获得b1c定位数据；
7、将b1c定位数据利用在到达时间差/对称双边两路测距tdoa/sds-twr定位算法中，得到uwb室内定位数据，将b1c定位数据和uwb室内定位数据代入自适应扩展卡尔曼滤波aekf融合算法，计算得到最终定位数据。
8、进一步的，改进的b1c信号自适应捕获算法包括自适应非相干积分次数算法和自适应门限调整算法。
9、进一步的，通过b1c信号接收机进行搜索，使用改进的b1c信号自适应捕获算法捕获得到b1c信号，包括：
10、确定需要捕获的b1c信号的频率范围；
11、通过b1c信号接收机利用匹配滤波器在频率范围内进行多普勒频移搜索；
12、将搜索过程中的待捕获信号分别与正交数据载波相乘，与本地生成的伪码进行相关运算后再进行平方和处理，得到处理信号；
13、根据处理信号，通过自适应非相干积分次数算法和自适应门限调整算法判定b1c信号是否捕获成功；
14、若判定捕获成功，则确定待捕获信号为b1c信号；
15、若判断捕获不成功，则确定待捕获信号不是b1c信号。
16、进一步的，根据处理信号，通过自适应非相干积分次数算法和自适应门限调整算法判定b1c信号是否捕获成功，包括：
17、对处理信号求连续n个相关值方差得到对噪声功率估计，并获得噪声方差和噪声标准差，并计算获得门限估计值；
18、对处理信号进行非相关积分处理，得到门限判决值；
19、将门限估计值和门限判决值输入自适应非相干积分次数算法和自适应门限调整算法，判定b1c信号是否捕获成功。
20、进一步的，将b1c定位数据利用在tdoa/sds-twr定位算法中，得到uwb室内定位数据，将b1c定位数据和uwb室内定位数据代入aekf融合算法，计算得到最终定位数据，包括：
21、设置初始状态估计与初始协方差矩阵，并得到状态与观测方程对状态与协方差进行预测，状态与观测方程的表达式为：
22、；
23、其中，为k时刻的状态量；为测量量；与都是均值为零，且方差分别为r和q的高斯白噪声；、分别为、的控制向量；表示状态转移过程；表示观测过程；
24、对下一个状态进行预计与估测，得到表达式为：
25、；
26、其中，表示k时刻的系统先验状态预测向量；表示k时刻的协方差预测矩阵；为k-1时刻的状态转移模型的雅可比矩阵；为过程噪声的协方差矩阵；
27、通过tdoa/sds-twr定位算法获得uwb室内定位数据，并获得预设的信号到达时间t、信号到达强度p、目标位置s与目标速度v作为状态量进行建模，得到表达式为：
28、；
29、其中，为toa算法的采样时间，每个经过一个采样时间间隔产生一个状态量；为k-1时刻的状态量；
30、将b1c定位数据设为，i为基站编号；将tdoa/sds-twr定位算法获得的伪距与预测距离之差作为测量值更新矩阵，；
31、计算卡尔曼增益，并通过测量得到下一状态的更新，从而更新状态估计表达式为：
32、；
33、其中，为新息矩阵；为新息协方差矩阵；为卡尔曼增益矩阵；为观测模型的雅可比矩阵；为观测噪声的协方差矩阵；表示k时刻的系统后验状态估计向量，为最新的最优估计；表示k时刻的协方差更新矩阵；
34、更新过程噪声的协方差矩阵与观测噪声的协方差矩阵的计算公式为：
35、；
36、；
37、其中，为预设的自适应调整系数；
38、将过程噪声的协方差矩阵与观测噪声的协方差矩阵进行自适应调整后，继续进行迭代，获得最终的状态估计值，得到最终定位数据。
39、第二方面，提供了一种b1c信号与uwb信号融合的室内定位系统，包括：
40、室外部分的b1c信号接收机和b1c信号转发机，室内部分的天线和uwb基站；b1c信号转发机通过同轴电缆与天线连接；
41、b1c信号获取模块，用于通过b1c信号接收机进行搜索，使用改进的b1c信号自适应捕获算法捕获得到b1c信号；
42、b1c定位数据计算模块，用于通过载波与码跟踪环路算法对b1c信号进行跟踪，解调获得b1c定位数据；
43、室内定位数据获取模块，用于当室内设备发送定位请求后，通过uwb基站获得uwb信号，及通过天线获得b1c定位数据；
44、室内定位模块，用于将b1c定位数据利用在到达时间差/对称双边两路测距tdoa/sds-twr定位算法中，得到uwb室内定位数据，将b1c定位数据和uwb室内定位数据代入自适应扩展卡尔曼滤波aekf融合算法，计算得到最终定位数据。...
【技术保护点】
1.一种B1C信号与UWB信号融合的室内定位方法，其特征在于，应用于B1C信号与UWB信号融合的室内定位系统，所述B1C信号与UWB信号融合的室内定位系统包括室外部分的B1C信号接收机和B1C信号转发机，室内部分的天线和UWB基站，所述B1C信号转发机通过同轴电缆与所述天线连接，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的B1C信号与UWB信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述改进的B1C信号自适应捕获算法包括自适应非相干积分次数算法和自适应门限调整算法。
3.根据权利要求2所述的B1C信号与UWB信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述通过所述B1C信号接收机进行搜索，使用改进的B1C信号自适应捕获算法捕获得到B1C信号，包括：
4.根据权利要求3所述的B1C信号与UWB信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述根据所述处理信号，通过所述自适应非相干积分次数算法和所述自适应门限调整算法判定所述B1C信号是否捕获成功，包括：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的B1C信号与UWB信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述将所述B1C定位数
6.一种B1C信号与UWB信号融合的室内定位系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的B1C信号与UWB信号融合的室内定位系统，其特征在于，所述改进的B1C信号自适应捕获算法包括自适应非相干积分次数算法和自适应门限调整算法。
8.根据权利要求7所述的B1C信号与UWB信号融合的室内定位系统，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的B1C信号与UWB信号融合的室内定位系统，其特征在于，
10.根据权利要求6-9中任一项所述的B1C信号与UWB信号融合的室内定位系统，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种b1c信号与uwb信号融合的室内定位方法，其特征在于，应用于b1c信号与uwb信号融合的室内定位系统，所述b1c信号与uwb信号融合的室内定位系统包括室外部分的b1c信号接收机和b1c信号转发机，室内部分的天线和uwb基站，所述b1c信号转发机通过同轴电缆与所述天线连接，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的b1c信号与uwb信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述改进的b1c信号自适应捕获算法包括自适应非相干积分次数算法和自适应门限调整算法。
3.根据权利要求2所述的b1c信号与uwb信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述通过所述b1c信号接收机进行搜索，使用改进的b1c信号自适应捕获算法捕获得到b1c信号，包括：
4.根据权利要求3所述的b1c信号与uwb信号融合的室内定位方法，其特征在于，所述根据所述处理信号，通过所述自适应非相干积分次数算法和所述自适应门限调整算法判定所述b1c信号是否...
【专利技术属性】
技术研发人员：余慧敏，张宗千，高月茹，习恺欣，杜保强，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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