本发明属于多传感器组合定位，具体涉及一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法。
背景技术：
1、随着城市化进程的加快和大型建筑数量的增加，人们大部分的时间都在室内生活和工作。因此，导航与位置服务的应用场景变得日益复杂，定位目标往往需要在室内外大规模环境中穿梭往返。在室外环境中，全球导航卫星系统(global navigation satellitesystem，gnss)可以提供实时的全球导航与位置服务，在开阔场景下的定位误差通常为1m～10m。但是在高层建筑、立交隧道等对gnss信号具有遮挡和干扰的环境中，其定位精度会急剧下降甚至失效。在室内环境中，uwb信号具备良好的穿透能力和多径抑制能力，uwb定位系统可以实现高精度室内定位。然而，复杂的室内建筑结构会对传感器的无线信号造成不同程度的遮挡和干扰，导致其定位精度受环境的影响较大。视觉同步定位与建图(visualsimultaneous localization and mapping，vslam)技术可以利用相机获得连续6自由度的位姿估计。然而，传感器噪声和计算误差导致系统漂移随着距离的增加而累积。为此可以在vio系统中引入全局测量来限制其漂移。全球导航卫星系统(gnss)在室外环境中可以提供位置的全局约束，超宽带(uwb)可以为室内环境中的vio系统提供可靠的全局约束。因此研究相机、imu、gnss、uwb多传感器融合方法，构建高精度室内外无缝定位系统，对于导航与位置服务具有重要的意义。
2、目前，室内外无缝定位算法主要是通过多个传感器进行多源数据融合，从而实现高精度的室内外无缝定位。但是在多传感器融合的过程中，系统多传感的坐标转换模糊不清，且在室外定位gnss中仅仅使用rtk定位模式或者是spp定位模式，定位结果容易受gnss观测质量影响。为此本系统提出了一种局部-全局坐标变换矩阵将室内定位系统和室外定位系统的坐标系进行了统一。针对系统定位精度受gnss卫星观测质量影响较大的问题，提出一种gnss测量因子权重自适应调节方案，提高系统在室内外过渡区域的鲁棒性。为了避免在室内外过渡过程中因gnss测量失效导致系统定位失败，提出一种室内外定位模式无缝切换策略。系统根据定位场景自动切换定位模式，确保定位轨迹的连续性和稳定性。
技术实现思路
1、本发明的目的在于服传统室内外无缝定位方法坐标系不统一以及系统定位精度受gnss卫星观测质量影响较大的问题，提供了一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法。
2、本发明的目的通过如下技术方案来实现：
3、一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法，包括以下步骤：
4、步骤1：系统利用惯性测量单元imu和相机完成视觉惯性初始化；再利用yolov5算法检测室内超宽带uwb基站在图像中的坐标，利用重投影方程，计算得出uwb基站图像估计距离，利用图像得出的估计距离和uwb真实距离计算得出uwb基站在室内的位置，将uwb测量残差添加到视觉惯性里程计中，形成视觉/惯性/uwb局部估计器，然后利用高斯牛顿法解算出系统的位置、姿态信息；
5、步骤2：当系统检测到全球导航卫星系统gnss测量可用时，执行局部全局坐标变换矩阵，将系统的位置、姿态从局部世界坐标系转换到东北天坐标系下；
6、步骤3：在室内到室内过渡，系统根据室内外无缝定位切换策略，实现室内定位模式和室外定位模式的转换；
7、步骤4：gnss权重自适应调节模块会根据环境将gnss定位系统在载波相位差分定位rtk模式和精密单点定位spp模式进行加权融合；然后利用gnss的定位结果与viro的输出在全局估计器中进行融合，得到位置、姿态信息。
8、进一步地，所述步骤2具体为：
9、步骤2.1：检测gnss定位系统是否处于rtk模式，利用rtk模式第一次输出的固定解的位置获得地心地固坐标系到东北天坐标系的变换矩阵
10、
11、其中，l和λ为锚点坐标的纬度和经度；
12、步骤2.2：利用步骤2.1获得的坐标变换矩阵将gnss定位结果从ecef坐标系转换到enu坐标系中；
13、步骤2.3：使用多普勒测量来初始化enu坐标系与局部世界坐标系之间的航向角偏移ψ：
14、
15、其中，ra()表示测量残差方程，为滑动窗口中第k帧图像对应的卫星接收机与第j个卫星之间的距离的观测方程，λ为载波信号的波长，为卫星接收机到卫星的速度，分别表示为第j个卫星和第k帧图像对应的卫星接收机在地心惯性坐标系下的速度，c表示光速，为卫星接收机和卫星的时钟漂移率，第k次卫星接收机与第j个卫星之间多普勒漂移；
16、步骤2.4：利用步骤2.3中的方程，建立以下优化函数：
17、
18、其中，n表示滑动窗口的大小，m表示滑动窗口中第k帧图像对应的观测卫星数量，为多普勒测量噪声；
19、步骤2.5：通过高斯牛顿法对步骤2.4的函数进行非线性优化，求解得到航向角偏移ψ和接收机钟差漂移率根据航向角偏移ψ计算enu坐标系与局部世界坐标系的变换矩阵
20、
21、进一步地，所述步骤3具体为：
22、步骤3.1：通过卫星测量噪声、卫星仰角以及卫星星历数据，对卫星数量进行检测，卫星伪距和多普勒噪声标准差小于2.0，载波相位噪声标准差小于为0.2，获得星历数据的卫星以及设卫星-接收机仰角大于设置为30°的卫星数量设置为有效卫星；
23、步骤3.2：当卫星数量小于4时，此时系统处于室内定位模式，系统会将步骤2中的enu坐标系与局部世界坐标系的变换矩阵固定，开启uwb基站初始化模块不再更新；
24、步骤3.3，当卫星数量大于等于4时，此时系统处于室外定位模式，系统会将步骤2中的enu坐标系与局部世界坐标系的变换矩阵实时更新，同时关闭uwb基站初始化模型。
25、进一步地，所述步骤4具体为：
26、步骤4.1：在考虑到卫星的自转，根据卫星的伪距测量得到卫星测量残差；
27、
28、其中，为滑动窗口中第k帧图像对应的卫星接收机与第j个卫星之间的距离的观测方程，rz(θ)表示绕eci坐标系z轴旋转θ角度的旋转矩阵，ωe表示地球自转角速度，tf表示卫星信号从发射到接收的时间，为gnss信号发射时刻的卫星位置，表示卫星接收机在地心地固坐标系下的位置，c表示光速，为一个4×1的向量，对应卫星系统的项设置为1，其余三个项设置为0；δtk，为卫星接收机和卫星的时钟偏差，为卫星信号传播过程中的对流层误差，为卫星信号传播过程中的电离层误差，系统的伪距测量；
29、步骤4.2：利用步骤4.1中的卫星伪距测量残差方程，构建起由n个卫星伪距测量残差向量：
30、
31、其中，表示第j颗卫星的伪距测量残差；
32、步骤4.3：计算残差向量rp,k相对于接收机位置的雅可比矩阵jp,k：
33、
34、步骤4.4：第j颗卫星的伪距测量相对于估计状态的似然函数为：
35、
36、其中，为测量噪声的方差；
37、步骤4.5：将n颗卫星伪距测量的似然函数取对数，即然后再对估计状态求导，推导出对数似然函数的导数为：
38、
39、步骤4.6：根据fim的定义，使用下式进行计算：
40、
41、其中，e(·)表示随机变量的期望；
42、步骤4.7：将伪距测量噪声的方差设置为常值将步骤4.3中的公式代入步骤4.6中的公式得：
43、
44、步骤4.8：利用步骤4.7中的公式和卫星数量来计算gnss测量因子的权重
45、
46、其中，n为tk时刻接收机跟踪到的卫星数量，α,β为比例因子；
47、步骤4.9：在全局估计器的非线性优化函数中添加gnss权重
48、
49、步骤4.10：利用高斯牛顿法对上述函数进行优化求解，从而计算得出载体的位置姿态信息。
50、一种计算机装置/设备/系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法的步骤。
51、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法的步骤。
52、一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法的步骤。
53、本发明的有益效果在于：
54、1.本发明相比于其他的室内外无缝定位系统，能够将载体位姿从局部坐标系转换到wgs84全局坐标系中，能够得到具有全局一致性的位姿信息。
55、2.本发明解决了室内外无缝定位系统定位精度受gnss观测质量影响较大的问题。
1.一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法，其特征在于：所述步骤2具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法，其特征在于：所述步骤3具体为：
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合的室内外无缝定位方法，其特征在于：所述步骤4具体为：
5.一种计算机装置/设备/系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于：该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
7.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于：该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
