本发明涉及传感器融合，特别是涉及一种足履泛源北斗rtk一体化定位方法及系统。
背景技术：
1、随着城市化的发展，城市的体量更加庞大，管理更加复杂复杂。因此，以发展更科学、管理更高效、生活更美好为目标的“智慧城市”被提出。“智慧城市”需要通过透明、充分的信息获取，广泛、安全的信息传递和有效、科学的信息处理，来提高城市运行效率，改善公共服务水平。
2、为了更好地实现“智慧城市”的目标，人员高精度室内外无缝定位是必不可少的。在室外，全球卫星导航系统(gnss)已经能够提供精确的定位，但在室内，导航卫星信号并不可用。当前为解决在gnss信号退化区域的定位问题，已经提出了多种基于传感器的定位技术，例如wlan、5g、uwb、蓝牙等。然而，这些技术通常需要事先布设固定的基础设施，从而显著增加了成本，因此当前并无能够同时满足室内和室外的无缝定位方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种足履泛源北斗rtk一体化定位方法及系统，能够实现在城市环境下提高行人室内外无缝定位的精确度。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、一种足履泛源北斗rtk一体化定位方法，包括：
4、获取目标的惯性器件测量数据和北斗卫星跟踪信号；所述惯性器件包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计；
5、对所述测量数据进行零速更新和机械编排，确定惯性定位坐标；
6、对所述北斗卫星跟踪信号进行解码得到原始观测数据，对所述原始观测数据进行定位解算，得到绝对位置坐标，并将所述绝对位置坐标发送至基准站服务器获取实时的差分数据，根据所述差分数据和所述原始观测数据进行差分解算，得到北斗rtk定位坐标；
7、将所述北斗rtk定位坐标和所述惯性定位坐标进行耦合计算，得到目标位置。
8、可选地，所述零速更新的处理过程为：
9、令三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计在采样时刻i的输出分别为ai,ωi和mi，则零速探测方程为：
10、
11、其中，tk表示探测器，n表示探测器的窗口大小，σa、σω和σm分别是三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计的白噪声，表示加速度计的均值，‖μa‖表示加速度计的2-范数；k表示当前采样时刻；g表示当地重力加速度；
12、当tk<λ阈值时，则识别出行人行走时足部的站立期，并通过卡尔曼滤波补偿当前惯性误差。
13、可选地，所述机械编排的处理过程为：
14、在当前采样时刻的机械编排方程为：
15、
16、其中，下标b和上标n分别代表载体坐标和导航坐标，和分别表示表示惯性定位的旋转矩阵、速度矩阵与位置矩阵，i表示单位矩阵，n是惯性单元的采样频率，和分是惯性传感器测量的比力和角速率，[·]×表示交错矩阵。
17、可选地，对所述原始观测数据进行定位解算，得到绝对位置坐标，包括：
18、基于所述原始观测数据构建北斗观测方程，通过所述北斗观测方程确定绝对位置坐标；所述北斗观测方程表示为：
19、
20、其中，下标r、f和z分别代表接收机、信号频率与天顶方向；为接收机到卫星的卫地距，tr和ts分别是接收机钟差和北斗系统的卫星钟差，br,f和分别表示接收机信号通道与卫星信号通道的伪距硬件时延，br,f和分别表示接收机信号通道与卫星信号通道的相位硬件时延，tr,z和分别表示天顶对流层延迟和投影函数，和分别代表天顶电离层延迟和投影函数，和λf分别为整数模糊度与信号频率f对应的波长，σp和σφ分别代表伪距和载波的观测噪声，表示接收机在信号频率f下从卫星s获取到的载波相位观测值，表示接收机在信号频率f下从卫星s获取到的伪距观测值；
21、在可观测北斗卫星数量超过4颗时，基于最小二乘或滤波法求解所述北斗观测方程得到绝对位置坐标。
22、可选地，将所述绝对位置坐标发送至基准站服务器获取实时的差分数据，根据所述差分数据和所述原始观测数据进行差分解算，得到北斗rtk定位坐标，包括：
23、基于基准站服务器数据构北斗建观测方程，所述基准站观测方程表示为：
24、
25、其中，下标b、f和z分别代表基准站、信号频率与天顶方向；为基准站到卫星的卫地距，tb和ts分别是基准站钟差和北斗系统的卫星钟差，bb,f和分别表示基准站信号通道与卫星信号通道的伪距硬件时延，bb,f和分别表示基准站信号通道与卫星信号通道的相位硬件时延，tb,z和分别表示天顶对流层延迟和投影函数，和分别代表天顶电离层延迟和投影函数，和λf分别为整数模糊度与信号频率f对应的波长，σp和σφ分别代表伪距和载波的观测噪声，表示基准站在信号频率f下从卫星s获取到的载波相位观测值，表示基准站在信号频率f下从卫星s获取到的伪距观测值；
26、通过差分的方法，将基准站观测方程与北斗观测方程作差，得到单差观测方程：
27、
28、其中，δ表示接收机r与基准站b的观测方程的各个误差变量的差值，由于基准站和接收机相距较近，认为天顶电离层延迟和投影函数以及天顶对流层延迟和投影函数是一样的，作差后即可消除；其中表示接收机与基准站的伪距观测值的差值，δρs表示接收机与基准站到卫星的卫地距的差值，δt表示接收机与基准站的钟差差值，δbf表示接收机与基准站的信号通道伪距硬件时延差值，δbf表示接收机与基准站的信号通道相位硬件时延差值，δσp和δσφ表示接收机与基准站伪距和载波的观测噪声差值，表示接收机与基准站的载波相位观测值的差值，λf表示信号频率f对应的波长，表示接收机与基准站的整周模糊度的差值；
29、之后选择高度角最高的北斗卫星作为基准卫星，逐次计算除参照卫星以外的第个北斗卫星之间的双差观测方程：
30、
31、其中，表示基准卫星i与卫星j的单差观测方程作差得到的变量的差值，由于接收机与卫星间作差，接收机的时钟误差、信号通道硬件时延也进一步消除；其中表示卫星i的接收机与基准站的伪距观测值的差值与卫星j的接收机与基准站的伪距观测值的差值的差值，表示卫星i的接收机与基准站到卫星的卫地距的差值与卫星j的接收机与基准站到卫星的卫地距的差值的差值，表示卫星i的接收机与基准站伪距的观测噪声差值与卫星j的接收机与基准站伪距的观测噪声差值的差值，表示卫星i的接收机与基准站的载波相位观测值的差值与卫星j的接收机与基准站的载波相位观测值的差值的差值，表示卫星i的接收机与基准站的载波相位观测值的差值与卫星j的接收机与基准站的载波相位观测值的差值的差值，表示卫星i的接收机与基准站相位的观测噪声差值与卫星j的接收机与基准站相位的观测噪声差值的差值；
32、然后双差观测方程获得的残差输入到卡尔曼滤波中，以补偿当前定位误差，得到北斗rtk定位坐标。
33、可选地，将所述北斗rtk定位坐标和所述惯性定位坐标进行耦合计算，得到目标位置，包括：
34、在地心地固坐标系下，北斗/惯性卡尔曼滤波器估计的误差状态是：
35、δx＝[δp δv δa δω δa]
36、其中，δp、δv与δa分别是与位置、速度计姿态相关的误差向量，δω和δa分别是与陀螺仪和加速度相关的误差向量；离散时间卡尔曼滤波器的测量模型如下式所示：
37、zk＝hkxk+vk
38、其中，hk是表示第k时刻误差状态和测量zk之的系数矩阵，而vk是与协方差矩阵rk的测量相关的白噪声。
39、本发明提供了一种足履泛源北斗rtk一体化定位系统，用于应用如上所述的方法，包括：足部惯性单元、北斗定位单元、网络处理单元、零速更新单元、机械编排单元、滤波融合单元和输出单元；
40、其中，所述足部惯性单元、所述零速更新单元、所述机械编排单元和所述滤波融合单元依次连接；所述滤波融合单元还分别与所述北斗定位单元和所述输出单元连接；所述北斗定位单元还与所述网络处理单元连接；
41、在进行定位时，首先通过所述足部惯性单元提取目标的惯性器件测量数据，并通过零速更新单元和机械编排单元确定惯性定位坐标；其次通过北斗定位单元跟踪北斗卫星信号，获得原始观测数据，并经所述网络处理单元发送至基准站服务器，利用获取的差分数据进行差分解算，得到北斗rtk定位坐标；最后通过滤波融合单元将所述北斗rtk定位坐标和所述惯性定位坐标进行耦合计算，并通过输出单元输出目标位置。
42、可选地，所述足部惯性单元包括：三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。
43、可选地，所述北斗定位单元，具体包括：依次连接的天线接收单元、信号处理单元、定位解算单元和差分解算单元；所述定位解算单元和所述差分解算单元还与所述网络处理单元连接；所述差分解算单元还与所述滤波融合单元连接；
44、所述天线接收单元用于跟踪北斗卫星信号；
45、所述信号处理单元用于对跟踪得到的信号进行解码；
46、所述定位解算单元用于对解码后的数据进行定位解算；
47、所述差分解算单元用于根据差分数据和解算后的数据进行差分解算。
48、可选地，所述网络处理单元，具体包括：依次连接的网络通信单元和差分数据获取单元；所述网络通信单元还与所述定位解算单元连接；所述差分数据获取单元还与所述差分解算单元连接；
49、所述网络通信单元用于将绝对位置坐标发送至基准站服务器；
50、所述差分数据获取单元用于获取实时的差分数据。
51、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
52、本发明公开了一种足履泛源北斗rtk一体化定位方法及系统，所述方法包括获取目标的惯性器件测量数据和北斗卫星跟踪信号；对所述测量数据进行零速更新和机械编排，确定惯性定位坐标；对所述北斗卫星跟踪信号进行解码得到原始观测数据，对所述原始观测数据进行定位解算，得到绝对位置坐标，并将所述绝对位置坐标发送至基准站服务器获取实时的差分数据，根据所述差分数据和所述原始观测数据进行差分解算，得到北斗rtk定位坐标；将所述北斗rtk定位坐标和所述惯性定位坐标进行耦合计算，得到目标位置。本发明能够实现在城市环境下提高行人室内外无缝定位的精确度。
1.一种足履泛源北斗rtk一体化定位方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的足履泛源北斗rtk一体化定位方法，其特征在于，所述零速更新的处理过程为：
3.根据权利要求1所述的足履泛源北斗rtk一体化定位方法，其特征在于，所述机械编排的处理过程为：
4.根据权利要求1所述的足履泛源北斗rtk一体化定位方法，其特征在于，对所述原始观测数据进行定位解算，得到绝对位置坐标，包括：
5.根据权利要求1所述的足履泛源北斗rtk一体化定位方法，其特征在于，将所述绝对位置坐标发送至基准站服务器获取实时的差分数据，根据所述差分数据和所述原始观测数据进行差分解算，得到北斗rtk定位坐标，包括：
6.根据权利要求1所述的足履泛源北斗rtk一体化定位方法，其特征在于，将所述北斗rtk定位坐标和所述惯性定位坐标进行耦合计算，得到目标位置，包括：
7.一种足履泛源北斗rtk一体化定位系统，用于应用如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，包括：足部惯性单元、北斗定位单元、网络处理单元、零速更新单元、机械编排单元、滤波融合单元和输出单元；
8.根据权利要求7所述的足履泛源北斗rtk一体化定位系统，其特征在于，所述足部惯性单元包括：三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。
9.根据权利要求7所述的足履泛源北斗rtk一体化定位系统，其特征在于，所述北斗定位单元，具体包括：依次连接的天线接收单元、信号处理单元、定位解算单元和差分解算单元；所述定位解算单元和所述差分解算单元还与所述网络处理单元连接；所述差分解算单元还与所述滤波融合单元连接；
10.根据权利要求9所述的足履泛源北斗rtk一体化定位系统，其特征在于，所述网络处理单元，具体包括：依次连接的网络通信单元和差分数据获取单元；所述网络通信单元还与所述定位解算单元连接；所述差分数据获取单元还与所述差分解算单元连接；
