一种室内外一体化的组合定位装置

摘要

本发明涉及一种室内外一体化的组合定位装置，属于定位技术领域，解决为人员提供全空域覆盖的位置信息服务问题，装置包括数据采集模块、组合定位模块；数据采集模块用于采集磁场数据、角速度数据、加速度数据、无线信号数据、气压高度数据磁场和卫星导航数据；组合定位模块与所述数据采集模块连接，接收所述数据采集模块采集的数据，判断当前定位条件是否处于室内，是，则基于粒子滤波框架融合惯导定位、磁场匹配定位、无线定位、气压测高和地图约束，进行人员的定位解算；否，则采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行人员的定位解算。本发明可为人员提供全空域覆盖的位置信息服务，用于紧急救援、安全管理、定位导航等场景。

权利要求

1.一种室内外一体化的组合定位装置，其特征在于，包括，数据采集模块、组合定位模块；

所述数据采集模块用于采集磁场数据、角速度数据、加速度数据、无线信号数据、气压高度数据和卫星导航数据；

所述组合定位模块与所述数据采集模块连接，接收所述数据采集模块采集的数据，判断当前定位条件是否处于室内，若是，则基于粒子滤波框架融合惯导定位、磁场匹配定位、无线定位、气压测高和地图约束，进行人员的定位解算；若否，则采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行人员的定位解算；

所述组合定位模块包括定位滤波模块；所述定位滤波模块包括室内定位滤波模块，所述室内定位滤波模块，根据所述数据采集模块输出的惯导数据、磁场数据、无线信号数据、气压高度数据和磁场图数据，采用基于粒子滤波框架的融合定位方法，进行定位解算；

所述室内定位滤波模块包括首匹配模块；所述首匹配模块，用于通过无线定位和气压测高，生成以定位关键点位置为中心的首匹配粒子集；通过行人航位推算与磁场匹配的定位融合方法，更新粒子权重，直至得到符合收敛性条件的粒子，则判断首匹配成功，输出首匹配定位结果；

所述首匹配模块中的首匹配方法包括：

1)生成以定位关键点位置为中心、覆盖第一设定范围的首匹配粒子集；

所述定位关键点的平面位置数据为首匹配时接收无线信号数据的发射基站的平面位置数据；所述定位关键点的高度数据为测量的气压高度数据；

所述首匹配粒子集中每个粒子的信息包括三维位置、航向和权重；

2)进行磁场匹配得到每个粒子的相关值；

依据行人航位推算结果，提取设定长度的磁场采集数据作为第一磁场数据，结合首匹配粒子集中的粒子信息，获取磁场采集数据对应的磁场图中的磁场数据作为第二磁场数据，通过磁场匹配算法计算第一、第二磁场数据的匹配相关值，作为每个粒子的相关值；

3)粒子权重更新；

将所述粒子的相关值与当前粒子的权重相乘，获得粒子的最新权重信息；

4)粒子收敛性判别

根据每个粒子的三维位置以及最新权重信息，计算当前粒子位置的聚集程度，若粒子聚集程度超过设定阈值，则判定收敛，输出首匹配定位结果；否则，返回2)重新提取磁场采集数据，计算粒子相关值。

2.根据权利要求1所述的组合定位装置，其特征在于，所述数据采集模块包括磁传感器模块、IMU模块、无线信号采集模块、气压传感器模块和卫星定位模块；

所述磁传感器模块包括三轴数字磁传感器，用于测量并输出定位装置所处位置的磁场三轴分量数据；

所述IMU模块集成三轴加速度计和三轴陀螺仪的MINS传感器，用于测量并输出包括三轴加速度和三轴角速度的惯导数据；

无线信号采集模块，用于采集无线基站发射的无线信号数据；

所述气压传感器模块，用于测量定位装置所处位置的大气压强，输出气压高度数据；

所述卫星定位模块，用于接收导航卫星数据进行卫星定位，输出卫星定位数据。

3.根据权利要求1所述的组合定位装置，其特征在于，所述定位滤波模块还包括室内外判别模块和室外定位滤波模块；

所述室内外判别模块，根据设定的条件判断所述组合定位装置位于室内或室外；

所述室外定位滤波模块，采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行定位解算。

4.根据权利要求3所述的组合定位装置，其特征在于，所述室内外判别模块与卫星定位模块和无线信号采集模块连接；根据卫星定位模块采集的导航卫星信号强度或通过无线信号采集模块采集无线基站的MAC地址数据判断室内或室外。

5.根据权利要求3所述的组合定位装置，其特征在于，所述组合定位模块还包括传感器参数存储模块、数据校正模块、磁干扰数据识别及分离模块和行人航位推算模块；

所述传感器参数存储模块，用于存储磁传感器模块和IMU模块的原始参数；

所述数据校正模块，用于根据磁传感器模块的原始参数，对所述磁传感器模块输出的磁场数据进行校正；根据IMU模块的原始参数，对IMU模块输出的三轴加速度和三轴角速度数据进行校正；

所述磁干扰数据识别及分离模块，用于对校正后的磁场数据进行干扰识别与分离，输出干扰分离后的磁场数据；并将干扰分离后的磁场数据输出到所述室内定位滤波模块；

所述行人航位推算模块，用于根据校正后的三轴加速度和三轴角速度数据进行行人航位推算，输出人员的步长、航向以及位置信息；并检测零速，估计当前陀螺仪零偏，修正所述传感器参数存储模块存储的陀螺仪零偏。

6.根据权利要求5所述的组合定位装置，其特征在于，所述室内定位滤波模块还包括定位跟踪模块；

所述定位跟踪模块，用于依据首匹配定位结果，生成第一次定位跟踪粒子集；通过行人航位推算与磁场匹配的定位融合方法，进行粒子权重更新，输出跟踪定位结果，当判断粒子符合收敛性条件，更新上一次的定位跟踪粒子集，重复上述定位跟踪过程，持续输出跟踪定位结果。

7.根据权利要求6所述的组合定位装置，其特征在于，所述粒子位置聚集程度：式中：

N为粒子数目；Pxi，Pyi，Pzi为第i个粒子对应的三维位置；wi为第i个粒子对应的权重；

当粒子收敛时，首匹配的定位结果为(Cx，Cy，Cz)。

8.根据权利要求6所述的组合定位装置，其特征在于，所述定位跟踪模块中，第一次定位跟踪粒子集为以首匹配定位结果为中心，覆盖第二设定范围的粒子集；

定位跟踪粒子权重的更新，首先采用与首匹配相同的更新方法得到相应的权重，再乘以每个粒子距离当前无线基站距离的倒数，获得当前粒子的最新权重；根据地图约束条件，如果判断当前粒子位置为行人无法到达位置，则将该粒子的权重设为0。

9.根据权利要求5所述的组合定位装置，其特征在于，所述行人航位推算模块中，根据公式 判断行人是否前进一步；式中，Var为方差；Acc为合加速度，throld1_acc为合加速度阈值；Acc_max为设定周期内合加速度的最大值；Acc_min为设定周期内合加速度的最小值；throld2_acc为设定周期内合加速度峰峰值阈值；

根据 计算行人步长Len_step；式中fs为MEMS模块的采集频率；

fs_step为当前一步持续的时长。

说明书

一种室内外一体化的组合定位装置

技术领域

[0001] 本发明涉及定位技术领域，尤其是一种室内外一体化的组合定位装置。

背景技术

[0002] 定位技术是指通过无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套位置定位体系，从而为军事指挥、航空航天、交通运输、气象、出行、应急救援、安全监控等行业的应用提供位置服务。

[0003] 随着移动通信、无线传感网络的发展，定位技术已逐渐步入了全新的阶段。以GPS、北斗为主的卫星定位导航技术已经在室外得到了广泛和成熟的应用，但在室内、地下、洞穴、城市街巷、山地丛林等卫星信号无法覆盖或者遮挡严重的应用场合，应用受限。

发明内容

[0004] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种室内外一体化的组合定位装置，为人员提供全空域覆盖的位置信息服务。

[0005] 本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

[0006] 本发明公开了一种室内外一体化的组合定位装置，包括，数据采集模块、组合定位模块；

[0007] 所述数据采集模块用于采集磁场数据、角速度数据、加速度数据、无线信号数据、气压高度数据和卫星导航数据；

[0008] 所述组合定位模块与所述数据采集模块连接，接收所述数据采集模块采集的数据，判断当前定位条件是否处于室内，是，则基于粒子滤波框架融合惯导定位、磁场匹配定位、无线定位、气压测高和地图约束，进行人员的定位解算；否，则采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行人员的定位解算。

[0009] 进一步地，所述数据采集模块包括磁传感器模块、IMU模块、无线信号采集模块、气压传感器模块和卫星定位模块；

[0010] 所述磁传感器模块包括三轴数字磁传感器，用于测量并输出定位装置所处位置的磁场三轴分量数据；

[0011] 所述IMU模块集成三轴加速度计和三轴陀螺仪的MINS传感器，用于测量并输出包括三轴加速度和三轴角速度的惯导数据；

[0012] 无线信号采集模块，用于采集无线基站发射的无线信号数据；

[0013] 所述气压传感器模块，用于测量定位装置所处位置的大气压强，输出气压高度数据；

[0014] 所述卫星定位模块，用于接收导航卫星数据进行卫星定位，输出卫星定位数据。

[0015] 进一步地，所述组合定位模块包括定位滤波模块，所述定位滤波模块包括室内外判别模块、室内定位滤波模块和室外定位滤波模块；

[0016] 所述室内外判别模块，根据设定的条件判断所述组合定位装置位于室内或室外；

[0017] 所述室内定位滤波模块，根据所述数据采集模块输出的惯导数据、磁场数据、无线信号数据和气压高度数据，采用基于粒子滤波框架的融合定位方法，进行定位解算；

[0018] 所述室外定位滤波模块，采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行定位解算。

[0019] 进一步地，所述室内外判别模块与卫星定位模块和无线信号采集模块连接；根据卫星定位模块采集的导航卫星信号强度或通过无线信号采集模块采集无线基站的MAC地址数据判断室内或室外。

[0020] 进一步地，所述组合定位模块还包括传感器参数存储模块、数据校正模块、磁干扰数据识别及分离模块和行人航位推算模块；

[0021] 所述传感器参数存储模块，用于存储磁传感器模块和IMU模块的原始参数；

[0022] 所述数据校正模块，用于根据磁传感器模块的原始参数，对所述磁传感器模块输出的磁场数据进行校正；根据IMU模块的原始参数，对IMU模块输出的三轴加速度和三轴角速度数据进行校正；

[0023] 所述磁干扰数据识别及分离模块，用于对校正后的磁场数据进行干扰识别与分离，输出干扰分离后的磁场数据；并将干扰分离后的磁场数据输出到所述室内定位滤波模块；

[0024] 所述行人航位推算模块，用于根据校正后的三轴加速度和三轴角速度数据进行行人航位推算，输出人员的步长、航向以及位置信息；并检测零速，估计当前陀螺仪零偏，修正所述传感器参数存储模块存储的陀螺仪零偏。

[0025] 进一步地，所述室内定位滤波模块包括首匹配模块和定位跟踪模块；

[0026] 所述首匹配模块，用于通过无线定位和气压测高，生成以定位关键点位置为中心的首匹配粒子集；通过行人航位推算与磁场匹配的定位融合方法，更新粒子权重，直至得到符合收敛性条件的粒子，则判断首匹配成功，输出首匹配定位结果；

[0027] 所述定位跟踪模块，用于依据首匹配定位结果，生成第一次定位跟踪粒子集；通过行人航位推算与磁场匹配的定位融合方法，进行粒子权重更新，输出跟踪定位结果，当判断粒子符合收敛性条件，更新上一次的定位跟踪粒子集，重复上述定位跟踪过程，持续输出跟踪定位结果。

[0028] 进一步地，所述首匹配模块中的首匹配方法包括，

[0029] 1)生成以定位关键点位置为中心、覆盖第一设定范围的首匹配粒子集；

[0030] 所述定位关键点的平面位置数据为首匹配时接收无线信号数据的发射基站的平面位置数据；所述定位关键点的高度数据为测量的气压高度数据；

[0031] 所述首匹配粒子集中每个粒子的信息包括三维位置、航向和权重；

[0032] 2)进行磁场匹配得到每个粒子的相关值；

[0033] 依据行人航位推算结果，提取设定长度的磁场采集数据作为第一磁场数据，结合首匹配粒子集中的粒子信息，获取磁场采集数据对应的磁场图中的磁场数据作为第二磁场数据，通过磁场匹配算法计算第一、第二磁场数据的匹配相关值，作为每个粒子的相关值；

[0034] 3)粒子权重更新；

[0035] 将所述粒子的相关值与当前粒子的权重相乘，获得粒子的最新权重信息；

[0036] 4)粒子收敛性判别

[0037] 根据每个粒子的三维位置以及最新权重信息，计算当前粒子位置的聚集程度，若粒子聚集程度超过设定阈值，则判定收敛，输出首匹配定位结果；否则，返回2)重新提取磁场采集数据，计算粒子相关值。

[0038] 进一步地，所述粒子位置聚集程度：

[0039] 式中：N为粒子数目；Pxi，Pyi，Pzi为第i个粒子对应的三维位置；
wi为第i个粒子对应的权重；

[0040] 当粒子收敛时，首匹配的定位结果为(Cx，Cy，Cz)。

[0041] 进一步地，所述定位跟踪模块中，第一次定位跟踪粒子集为以首匹配定位结果为中心，覆盖第二设定范围的粒子集；

[0042] 定位跟踪粒子权重的更新，首先采用与首匹配相同的更新方法得到相应的权重，再乘以每个粒子距离当前无线基站距离的倒数，获得当前粒子的最新权重；根据地图约束条件，如果判断当前粒子位置为行人无法到达位置，则将该粒子的权重设为0。

[0043] 进一步地，所述行人航位推算模块中，根据公式式中，Var为方差；Acc为
合加速度，throld1_acc为合加速度阈值；Acc_max为设定周期内合加速度的最大值；Acc_min为设定周期内合加速度的最小值；throld2_acc：为设定周期内合加速度峰峰值阈值。

[0044] 根据 式中fs为MEMS模块的采集频率；fs_step为当前一步持续的时长。

[0045] 本发明有益效果如下：

[0046] 本发明可为人员提供全空域覆盖的位置信息服务，用于紧急救援、安全管理、定位导航等场景。该方法最大优点是硬件部署少、维护简单、可以分辨楼层、不易受遮挡和干扰；同时通过对整体定位架构的改进，提高了磁场定位的稳定性，从而确保了该室内定位系统的鲁棒性和对绝大多数应用场景的适应性。

[0047] 并且本发明使用的三轴数字磁传感器，灵敏度高，噪声低，零点稳定速度快，电路简单、体积小，保证测量精度的同时有效降低了成本；使用无线定位，实现了定位装置对复杂场景下关键位置点的识别；用气压传感器，可有效分辨楼层；采用GPS/北斗双模卫星导航模块，实现了室内外一体化无缝导航；支持边缘侧实时解算，可有效降低带宽需求，提高实时性和用户体验。

附图说明

[0048] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

[0049] 图1为本发明实施例中的室内外一体化的组合定位装置原理示意图。

具体实施方式

[0050] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

[0051] 本实施例公开了一种室内外一体化的组合定位装置，如图1所示，包括，数据采集模块、组合定位模块；

[0052] 所述数据采集模块用于采集磁场数据、角速度数据、加速度数据、无线信号数据、气压高度数据和卫星导航数据；

[0053] 所述组合定位模块与所述数据采集模块连接，接收所述数据采集模块采集的数据，判断当前定位条件是否处于室内，是，则基于粒子滤波框架融合惯导定位、磁场定位、无线定位、气压测高和地图约束，进行人员的定位解算；否，则采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行人员的定位解算。

[0054] 具体的，所述数据采集模块包括磁传感器模块、IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)模块、无线信号采集模块、气压传感器模块和卫星定位模块；

[0055] 所述磁传感器模块包括三轴数字磁传感器，用于测量并输出定位装置所处位置的磁场三轴分量数据；内置温度补偿电路，具备自测试功能，采用LGA封装形式，体积为3mm×3mm×1mm，有利于小型化设计。芯片支持I2C输出接口，速率可达400KHz，可直接与信号处理器连接；数字输出频率(ODR)可达200Hz，灵敏度典型值为6.6LSB/uT@±500uT，零偏随温度变化典型值为0.027uT/°K，具有极低的噪声和出色的温漂特性，适合小型化、低成本、低功耗和高精度设计。

[0056] 所述IMU模块采用微机电系统(Microelectro Mechanical Systems，MEMS)，集成三轴加速度计和三轴陀螺仪的MINS(Micro-Inertial-Navigation System，微惯性导航系统)传感器，用于测量并输出定位装置的三轴加速度和三轴角速度数据；芯片体积为2.5mm×3mm×0.83mm，功耗为290uW@1.8V/ODR＝52Hz，在power-down模式下，功耗低至3uA，可将加速度和角速度信息以数字方式输出，可直接与信号处理器连接，适合小型化、低成本、低功耗设计。加速度计量程可达±16g(g为重力加速度)，陀螺仪量程为±2000dps(度每秒)；加速度计灵敏度为0.122mg/LSB@±4g，8.75mdps/LSB@±245dps；加速度计零偏为±40mg，陀螺仪零偏为±3dps；加速度计噪声90ug/sqrt(Hz)@±8g，陀螺仪噪声为3.8mdps/sqrt(Hz)；加速度计和陀螺仪的数据输出率(ODR)最高可达6.6KHz。

[0057] 无线信号采集模块，用于采集无线基站发射的无线信号，所述无线基站的布设位置、编号、MAC地址为预先设定；无线基站设置与关键点位置，用于辅助定位装置导航。无线信号采集模块可由蓝牙或其他类型无线信号采集电路组成，需配合蓝牙基站或射频识别设备使用。蓝牙采用开放频段，载频频率2.4GHz，支持V4.2完整标准，包含传统蓝牙(BR/EDR)和低功耗蓝牙(BLE)。支持标准Class-1、Class-2和Class-3，且无需外部功率放大器，具有加强的精准功率控制，输出功率高达+12dBm，接收器具有-97dBm的BLE接收灵敏度，自适应跳频(AFH)，可支持所有基于GATT的BLE应用。定位装置的蓝牙接收蓝牙基站的广播，从而识别定位装置所处的位置，为了提高关键点识别的准确度，需要合理设置蓝牙基站的广播频率和功率。

[0058] 除了蓝牙外，还可使用射频识别标签(高至GHz级别)、低频无线识别(低至KHz级别)等技术。

[0059] 所述气压传感器模块，用于测量定位装置所处位置的大气压强，输出气压高度数据；气压传感器测量范围为300hPa～1250hPa，在25℃～40℃环境下的相对测量精度为±0.06hPa，0℃～65℃下以及300hPa～1100hPa下的绝对精度为±0.5hPa，芯片体积为2mm×
2mm×0.75mm。压力和温度数据能够存储在512字节的内置FIFO中，全操作过程中的功耗低至2.7uA/Hz。该传感器适用于智能手机、平板电脑和可穿戴设备中，可实现室外/室内导航和定位应用程序的精度，例如，高度数据可以确定用户在建筑物中的楼层，同时可提高室外GPS的精确性。

[0060] 所述卫星定位模块，用于接收室外环境下导航卫星数据进行卫星定位，输出卫星定位数据；该信息可与磁场、加速度、角速度等信息融合，提高传统卫星定位的精度。所述卫星定位模块是一款高性能GPS/北斗双模定位模块。该模块兼容3.3V/5V嵌入式系统，设计方便。具有167个接收通道，支持QZSS，WAAS，MSAS，EGNOS，GAGAN；定位精度2.5mCEP(SBAS：2.0CEP)，更新速率1/2/4/5/8/10/20Hz；热启动状态下，捕获时间为1s，捕获跟踪灵敏度-
165dBm。模块体积小巧，性能优异，可通过串口进行各种参数配置，使用方便；模块自带可充电后备电池，可以掉电保持星历数据。

[0061] 具体的，所述组合定位模块包括传感器参数存储模块、数据校正模块、磁干扰数据识别及分离模块、行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning，PDR)模块、数据库模块和定位滤波模块；

[0062] 所述传感器参数存储模块，用于存储磁传感器和IMU模块的原始参数；

[0063] 所述IMU模块的原始参数包括：陀螺仪三轴的零偏ωx0，ωy0，ωz0，加速度计三轴的零偏ax0，ay0，az0，加速度计三轴的刻度因数误差Sx0，Sy0，Sz0，加速度计三轴的交叉耦合因子Mxy，Myz，Mzx；

[0064] 所述磁传感器模块的原始参数包括：磁传感器三轴的零偏bx，by，bz和灵敏度sx，sy，sz；当磁场匹配采用标量特征进行匹配位时，存储的磁传感器三轴的零偏bx，by，bz、灵敏度sx，sy，sz和不正交度误差ux，uy，uz。

[0065] 所述数据校正模块，用于根据磁传感器的原始参数，对所述磁传感器模块输出的磁场数据进行校正；根据IMU模块的原始参数，对IMU模块输出的三轴加速度和三轴角速度数据进行校正；

[0066] 具体的，对三轴加速度和三轴角速度数据进行校正方法为：

[0067] 将陀螺仪三轴的零偏ωx0，ωy0，ωz0和角速度测量值ωx1，ωy1，ωz1代入式对陀螺的零偏进行校正，得到校正后的陀螺仪三轴的角速度值为ωx2，ωy2，ωz2；

[0068] 将所述加速度计的原始参数ax0，ay0，az0和加速度测量值ax1，ay1，az1代入式对加速度计的零偏进行校正，得到校正后的加速度计三轴的加速度值为ax2，ay2，az2，其中，Sx0，Sy0，Sz0为加速度计三轴的刻度因数误差；加速度计三轴的交叉耦合因子Myx＝Mxy；Mzy＝Myz；Mxz＝Mzx。

[0069] 通过对陀螺仪和加速度计数据校正，提高后续的惯导定位精度。

[0070] 磁场数据的校正方法为：

[0071] 当采用矢量匹配时，采用公式 对磁场传感器的灵敏度和零点误差进行校正，所述magRx1、magRy1、magRz1为校正后的三轴磁场；

[0072] 当采用标量匹配时，总场强度magRf＝sqrt(magRx12+magRy12+magRz12)；采用公式对磁场传感器的灵敏度和零点等误差进行校正，所述

[0073] 所述

[0074] 所述磁干扰数据识别及分离模块，用于对校正后的磁场数据进行干扰识别与分离，输出干扰分离后的磁场数据。

[0075] 通过对环境内的随机干扰磁场进行识别和去除，确保磁场特征的稳定性。利用磁场进行定位之前，需要对测量得到的磁场数据进行干扰识别与分离，一般的应用环境中，干扰主要来源于各种电气设备，主要体现为一些高频信号以及设备开关产生的台阶信号，针对这两类信号的识别以及分离，包括以下步骤：

[0076] 1)首先对采集到的磁场数据进行中值滤波，中值滤波窗口一般设置为1～2s的采样点数，经过中值滤波，能够有效消除电气设备产生的高频干扰，保留电气设备开关产生的台阶信号以及环境特征信号；

[0077] 2)对滤波后的数据进行一阶差分，通过差分处理使台阶信号能够凸显出来；

[0078] 3)通过设置相关的阈值进行检测，当高于该阈值时，可认为是台阶信号，依据经验，阈值设置为最近1s内测量数据一阶差分的均值+3倍标准差；

[0079] 4)对检测得到的值用1s内测量数据一阶差分的均值代替，并进行积分还原，得到干扰分离后的磁场数据。

[0080] 所述行人航位推算模块，用于根据校正后的三轴加速度和三轴角速度数据进行行人航位推算，输出人员的步长、航向以及位置信息；检测零速，估计当前陀螺仪零偏，修正所述传感器参数存储模块存储的陀螺仪零偏；

[0081] 具体的，行人航位推算模块中的行人航位推算方法包括：

[0082] 1)步态识别

[0083] 行人行走一步的判断准则如下式所示，当同时满足两式时，表示行人前进一步。

[0084]

[0085] 式中，

[0086] Var：表示方差；

[0087] Acc：合加速度，表示一定时间周期内(比如0.5s)的加速度数据的均方根；

[0088] throld1_acc：表示合加速度阈值；

[0089] Acc_max：表示一定周期内合加速度的最大值；

[0090] Acc_min：表示一定周期内合加速度的最小值；

[0091] throld2_acc：表示一定周期内合加速度峰峰值阈值。

[0092] 2)步长估计

[0093] 当检测到行人行进一步后，基于式 进行步长计算；式中fs：表示MEMS模块的集频率；fs_step：表示当前一步持续的时长。

[0094] 3)姿态解算

[0095] 具体步骤如下：

[0096] (1)对惯导数据的俯仰角、横滚角和航向角赋初值 所述ax2，ay2，az2为校正后的加速度计三轴的加速度初值，g为重力加速度。

[0097] (2)进行航位推算。

[0098] 利用四元数，基于前一次的四元数值，以及当前测量得到的加速度、角速度信息计算当前四元数，得到欧拉转换矩阵，最后基于上组加速度、速度、位置以及当前的欧拉转换矩阵，计算当前加速度、速度以及位置。具体步骤包括：

[0099] a.依据初始的姿态角计算初始四元数，

[0100] 将俯仰角、横滚角和航向角的初值 代入式计算从载
体坐标系到地理坐标系的旋转矩阵；

[0101] 根据得到旋转矩阵计算初始四元数：

[0102]

[0103] b.计算角速度在一个周期内的积分： ΔT是积分时间；计算斜对称矩阵：

[0104] c.获得当前的四元数Q＝(Icos(φ/2)+sin(φ/2)[Θ]/φ)Q0，并把当前时刻的四元数赋给Q0，所述I为4×4的单位矩阵；

[0105] d.依据当前四元数计算从载体坐标系到导航坐标系的新的旋转矩阵：

[0106] e.更新导航坐标系下加速度值： g为重力加速度；更新导航坐标系下速度值： 速度初值一般设为0,ΔT为时间间
隔；

[0107] 在实际计算过程中，如果长时间进行航位推算，速度可能会发散到一个非常大的数值，不符合实际情况，这里对速度设置了一个门限，当推算得到的速度超出该门限后，采用该门限速度作为实际的速度进行更新；

[0108] 更新导航坐标系下位置值： 位置初值一般设为0；

[0109] 更新载体坐标系相对于导航坐标系的姿态角：

[0110]

[0111] f.重复b～e，持续进行航位推算。

[0112] 4)航位估计

[0113] 在行人行进一步后，获得步长以及当前航向后，依据下式计算当前位置：

[0114]

[0115] 式中，Pos_Xi-1，Pos_Yi-1为上一步时所处的位置；Pos_Xi，Pos_Yi为当前位置；Len_step为当前的步长。

[0116] 5)参数估计

[0117] 这里采用的参数估计主要基于ZUPT算法，当三轴陀螺仪连续在五个周期内数据的极差小于某个接近0的阈值时，判定定位终端处于零速状态；如果当前定位终端处于零速，基于卡尔曼滤波器估计当前陀螺仪零偏、姿态误差，所述传感器参数存储模块对姿态以及陀螺仪零偏进行纠正。

[0118] 所述数据库模块，用于存储无线基站信息，磁场图信息以及出入口等的信息；所述无线基站信息包括定位区域内设置于室内外无线基站的位置、编号和MAC地址信息；所述磁场图信息为与定位区域栅格地图对应的矩阵元素信息；在行人无法到达的定位区域位置，矩阵元素为0；在行人可以到达的定位区域位置，矩阵元素为该栅格位置对应的磁场数据；所述出入口关键点信息包括定位区域内出入口等关键点的编号和位置信息；

[0119] 所述定位滤波模块包括室内外判别模块、室内定位滤波模块和室外定位滤波模块；

[0120] 所述室内外判别模块，根据设定的条件判断所述组合定位装置位于室内或室外；

[0121] 所述室内定位滤波模块，采用基于粒子滤波框架的组合定位方法进行定位；

[0122] 所述室外定位滤波模块，采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行定位。

[0123] 具体的，所述室内外判别模块与卫星定位模块和无线信号采集模块连接；根据卫星定位模块采集的导航卫星信号强度或无线信号采集模块采集无线基站的MAC地址数据判断室内或室外。

[0124] 优选的，根据采集的卫星定位信号强度低于设定阈值或者通过判断无线信号采集模块采集的基站MAC地址为数据库模块中存储的室内基站的MAC地址，判断当前的定位条件为室内，

[0125] 同样，也可根据采集的卫星定位信号强度高于设定阈值或者通过判断无线信号采集模块采集的基站MAC地址为数据库模块中存储的室外基站的MAC地址，判断当前的定位条件为室外。

[0126] 具体的，所述室内定位滤波模块包括首匹配模块和定位跟踪模块；

[0127] 所述首匹配模块，用于通过无线定位和气压测高，生成以定位关键点位置为中心的首匹配粒子集；通过行人航位推算与磁场匹配的定位融合方法，更新粒子权重，直至得到符合收敛性条件的粒子，则判断首匹配成功，输出首匹配定位结果；

[0128] 具体的，所述首匹配模块中的首匹配方法包括，

[0129] 1)生成以定位关键点位置为中心、覆盖第一设定范围的首匹配粒子集；

[0130] 所述定位关键点的平面位置数据为首匹配时接收无线信号数据的发射基站的平面位置数据；所述定位关键点的高度数据为测量的气压高度数据；

[0131] 在首次匹配定位时，行人携带的无线信号接收装置接收到无线信号，识别无线信号发射基站的MAC地址，从数据库模块中存储的定位区域布设无线基站数据中查找与MAC地址对应的无线基站的平面位置信息；通过行人携带的气压传感器测量所处位置的大气压强，输出气压高度数据；该高度数据可以确定人员在建筑物内的具体楼层。

[0132] 所述首匹配粒子集中每个粒子的信息包括三维位置、航向和权重；

[0133] 所述粒子集中各粒子的三维位置以定位关键点的三维位置为中心，以设定的距离为间隔进行设置，覆盖于第一设定范围内；所述间隔可根据定位精度调整；所述第一设定范围可根据首匹配的匹配数据量要求和匹配距离要求按照经验进行设定，例如在以基站平面位置为圆心，半径为3m的圆内，按照0.1m网格间隔进行粒子生成。

[0134] 各粒子的航行和权重设置为默认值；

[0135] 需要说明的，还对生成的粒子进行地图约束，是粒子不能处于行人不能到达的障碍物中，即当粒子位置为障碍物时，权重为0。

[0136] 所述无线基站的位置在布设中进行设置，当人员进入室内定位区域后，就能够接收到无线基站发射的信号，例如设置在室内定位区域的出、入口附近，使人员通过出、入口进入室内定位区域即可以进行首匹配；

[0137] 具体的，所述无线信号可为蓝牙、RFID、wifi等中的一种，但并限于以上无线信号。

[0138] 2)进行磁场匹配得到每个粒子的相关值；

[0139] 具体的，进行磁场匹配的磁场为第一磁场数据和第二磁场数据；

[0140] 所述第一磁场数据，依据行人航位推算结果，提取的设定长度(例如：经验值5m)的人员携行的磁场传感器采集的磁场数据；

[0141] 所述磁场数据为经过校正和磁干扰数据识别分离后的磁场采集数据；

[0142] 所述行人航位推算结果为根据人员携行的惯导采集的惯导数据进行行人航位推算得到结果；包括行人行进位置、航向和步长信息；输入数据为经过陀螺仪和加速度计数据校正后的惯导数据

[0143] 所述第二磁场数据为，结合首匹配粒子集中的粒子信息，获取的磁场采集数据对应的磁场图中的磁场数据；

[0144] 具体的，通过均方差算法(MSD)或互相关算法(COR)等匹配相关算法计算第一、第二磁场数据的匹配相关值，作为每个粒子的相关值。

[0145] 3)粒子权重更新；

[0146] 将所述粒子的相关值与当前粒子的权重相乘，获得粒子的最新权重信息；

[0147] 4)粒子收敛性判别；

[0148] 根据每个粒子的三维位置以及最新权重信息，计算当前粒子位置的聚集程度，若粒子聚集程度超过设定阈值，则判定收敛，输出首匹配定位结果；否则，返回2)重新提取磁场采集数据，计算粒子相关值。

[0149] 优选的，粒子位置聚集程度 式中： N为粒子集中的粒子数目；Pxi，Pyi，
Pzi为第i个粒子对应的三维位置；wi为第i个粒子对应的权重；

[0150] 当粒子收敛时，首匹配的定位结果为(Cx，Cy，Cz)。

[0151] 所述定位跟踪模块，用于依据首匹配定位结果，生成第一次定位跟踪粒子集；通过行人航位推算与磁场匹配的定位融合方法，进行粒子权重更新，输出跟踪定位结果，当判断粒子符合收敛性条件，更新上一次的定位跟踪粒子集，重复上述定位跟踪过程，持续输出跟踪定位结果。

[0152] 具体的，所述定位跟踪模块中的定位跟踪方法包括，

[0153] 1)依据首匹配定位结果，生成第一次定位跟踪粒子集；

[0154] 进一步地，所述定位跟踪初始粒子集为以首匹配定位结果(Cx，Cy，Cz)为中心，覆盖第二设定范围的粒子集；

[0155] 所述第二设定范围可根据跟踪定位的匹配计算数据量要求和匹配跟踪距离要求按照经验进行设定；

[0156] 定位跟踪粒子集的粒子的信息与首匹配粒子集中粒子的信息保持一致。

[0157] 2)进行磁场匹配得到每个粒子的相关值；

[0158] 所采用的磁场匹配方法可以与首匹配的地址匹配方法相同。

[0159] 3)粒子权重更新，输出跟踪定位结果；

[0160] 具体的，跟踪定位步骤中粒子权重的更新，首先采用与首匹配相同的更新方法得到相应的权重，再乘以每个粒子距离当前无线基站距离的倒数，获得当前粒子的最新权重；如果根据磁场图数据判断当前粒子位置为行人无法到达位置，则将该粒子的权重设为0。

[0161] 输出定位结果为 M为定位跟踪粒子集中的粒子数目；Pxi，Pyi，Pzi为第i个粒子对应的三维位置；wi为第i个粒子对应的权重。

[0162] 所述室外定位滤波模块，采用常规的卡尔曼滤波模式，即由磁传感器模块提供当前方向，基于卡尔曼滤波器融合行人航位推算模块的航位推算结果以及卫星定位模块输出的卫星数据给出位置结果，提供行人连续的行进轨迹，同时结合气压传感器模块输出的气压高度数据，最终给出准确的三维位置结果。

[0163] 优选的，本实施例的组合定位模块还包括无线传输模块，用于将处理后的定位数据传输到上位机。

[0164] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。