Development and investigation of algorithm of integration of ToF/AoA uwb local navigation system with long baseline and IMU
Authors: Петухов Н.И. , Оробченко С.В. , Кочка К.В. , Евсеев А.Д. 
Published: June 2024

В настоящее время активно исследуются и разрабатываются решения ряда таких задач позиционирования внутри помещений, как мониторинг персонала и оборудования на производстве, обеспечение контроля и управления доступом на режимных объектах и др. К наиболее перспективному варианту решения таких задач можно отнести локальные навигационные системы на базе сверхширокополосных сигналов. Однако стоимость и трудоемкость развертывания таких систем растет пропорционально количеству используемых опорных радионавигационных точек, обычно расставляемых по периметру помещения. Обеспечить требуемую точность при одновременном снижении количества используемых опорных радионавигационных точек возможно с помощью сверхширокополосных локальных навигационных систем, способных измерять несколько разнотипных навигационных параметров, к которым можно отнести угломерно-дальномерные сверхширокополосные локальные навигационные системы. Существует возможность повысить точность оценок координат потребителя за счет снижения среднеквадратического отклонения определений угла прихода сигнала с помощью увеличения расстояния между антенными элементами угломерно-дальномерных сверхширокополосных локальных навигационных систем. Однако для однобазовых фазовых пеленгаторов такой способ снижения погрешности приводит к фазовой неоднозначности измерений. Для разрешения фазовой неоднозначности привлекается дополнительная информация о курсе потребителя от дополнительного измерителя, в качестве которого может использоваться инерциальный измерительный блок. Помимо разрешения фазовой неоднозначности, комплексирование приемника сигналов сверхширокополосных локальных навигационных систем с инерциальным измерительным блоком позволяет повысить точность оценок координат.

At present, solutions for a number of indoor positioning tasks, such as monitoring of personnel and equipment at production facilities, providing access control and management at sensitive facilities, etc., are being actively researched and developed. Positioning local navigation systems (LNS) based on ultra-wideband (UWB) signals can be attributed to the most promising option for solving such problems. However, the cost and labor intensity of deployment of such systems grows in proportion to the number of used radio navigation reference points (RNRPs), usually placed along the perimeter of the room. It is possible to achieve the required accuracy while reducing the number of RNRPs used with the help of hybrid UWB LNS capable of measuring several different types of navigation parameters, which include ToF/AoA UWB LNS. There is a possibility to increase the accuracy of estimates of the user’s coordinates by reducing the fluctuation component of AoA error by increasing the distance between the antenna elements of the ToF/AoA LNS. However, for single-base phase direction finders this method of error reduction leads to phase ambiguity of measurements. To resolve the phase ambiguity, an additional information about the user’s heading angle is obtained from an additional sensor, which can be an inertial measurement unit (IMU). In addition to resolving phase ambiguity, the integration of UWB LNS with IMU improves the accuracy of coordinate estimates.