挑戰環境中的精準定位：超寬頻輔助導航新錨點方法

一項新研究提出了一種先進的視覺慣性導航方法，運用一個位置未知的單一超寬頻（UWB）錨點，在缺乏全球導航衛星系統（GNSS）訊號的環境中，達到卓越的定位精度和穩健性。這項創新方法有效解決了多感測器融合導航中長期存在的挑戰，特別是UWB錨點位置估計的不準確性，以及異質感測器加權不當的問題，大幅提升了視覺 - 慣性 - 超寬頻（VIU）系統的效能。該研究成果發表於《衛星導航》期刊。

在當代導航系統中，全球導航衛星系統（GNSS）技術不可或缺，但在隧道、地下空間和建築密集的城市區域等環境中，由於訊號遮蔽、多徑效應和電磁幹擾，它遭遇了重大限制。這些限制推動了多源感測器融合導航技術的發展。然而，超寬頻（UWB）錨點位置估計不準確以及感測器加權有缺陷等問題，仍在削弱視覺 - 慣性 - 超寬頻（VIU）系統的定位精度和可靠性。解決這些關鍵問題，需要聚焦於改進UWB錨點位置估計和最佳化感測器加權策略的研究。

資訊工程大學地理空間資訊學院的一個研究團隊，與地理資訊工程國家重點實驗室和上海交通大學上海市導航與位置服務重點實驗室合作，在發表的論文中公佈了他們的最新研究成果。他們的研究提出了一種新方法，能夠準確估計坐標未知的單一UWB錨點的位置，顯著提升了VIU系統在無GNSS訊號環境中的效能。這一突破為在挑戰性條件下實現穩健而精準的導航提供了一個有前景的解決方案。

該研究提出了一個全面的策略來強化VIU系統，採用一種穩健的嶺非線性最小二乘法來改進UWB錨點位置估計，從而減少累積誤差，確保精確的距離測量。這項研究的一個關鍵創新是引入了一種基於幾何精度衰減因子（GDOP）原理的方法，透過將移動UWB標籤的不同位置視為虛擬錨點，實現UWB錨點位置的快速準確估計。

此外，團隊還基於赫爾默特方差分量估計（HVCE）原理開發了一種動態自適應加權方法，根據實時資料為不同感測器分配權重，顯著提高了定位精度和系統穩健性。為了驗證這些方法，研究人員設計了一種在真實環境中估計UWB錨點位置誤差的實用評估技術。大量的模擬和實地實驗證實，該方法的效能優於VINS - MONO和VIR - SLAM等現有開源系統，標誌著多感測器融合導航取得了關鍵進展。

該研究的通訊作者李廣雲強調了他們工作的重要性，他表示：「我們的方法不僅穩定了UWB錨點位置估計，還提供了一種簡單有效的方法來評估位置精度。這是多感測器融合導航領域的一個重大飛躍。」這項研究的意義在於，它可以改善室內空間、城市峽谷和地下環境等GNSS訊號不佳環境中的導航。VIU系統精度和穩健性的提升，有望推動機器人、自動駕駛車輛等對精準定位要求很高的領域的技術發展。

展望未來，研究團隊旨在整合更多感測器資料，包括GNSS和雷射雷達（LIDAR），以進一步提升系統能力。他們的方法旨在建立一種無縫、即插即用的導航解決方案，橋接室內和室外環境，有望顯著提高各種應用的自主性和可靠性。