[發明專利]WLAN環境下改進GA優化的ANFIS室內定位方法

有效

• 申請號: 201110247026.2
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102395194A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 馬琳;王嘉胤;徐玉濱;趙洪林;魏守明;張成文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

1.WLAN環境下改進GA優化的ANFIS室內定位方法，其特征是它包括具體步驟如下：

步驟一、在WLAN室內定位環境中布置若干個接入點AP，確保所述環境中任意一點被兩個或兩個以上的接入點AP發出的信號覆蓋；

步驟二、在室內環境中設置N個參考點，選取一個參考點為原點建立直角坐標系，獲得N個參考點在該直角坐標系中的坐標位置，并在每個參考點上利用信號接收機采集來自每一個接入點AP的信號強度值，得到ANFIS的訓練樣本，建立參考點實際坐標與其接收到接入點AP信號強度的對應關系，即無線電地圖；

步驟三、建立X方向和Y方向的ANFIS定位子系統；每維坐標方向上生成的ANFIS定位子系統為一階單輸出的Takagi-Sugeno模糊模型；其輸入為不同接入點AP信號的個數，輸出為相應的X或Y坐標；

步驟四、利用改進的遺傳算法訓練X方向和Y方向的ANFIS定位子系統，進而獲得滿足要求的網絡結構參數；

步驟五、將測試點獲取的信號強度RSS值經過預處理后導入ANFIS定位系統，獲得所述測試點的定位坐標，實現對測試點的定位。

2.根據權利要求1所述WLAN環境下改進GA優化的ANFIS室內定位方法，其特征在于步驟三所述的改進遺傳算法的具體步驟為：

步驟A：初始化種群，設置種群規模即種群中的個體數量及最大遺傳代數；將ANFIS網絡中待調整的參數用實數編碼形成碼串，作為遺傳算法中個體的基因；每個坐標方向上的ANFIS定位子系統中，有三類參數需要調整：第一類為網絡第四層的規則后件參數，第二、三類可調整的參數分別是模糊化層中高斯型隸屬函數的均值和標準差；每個待調整的參數對應于基因碼串中的一位；每個基因碼串對應于種群中的一個個體；

步驟B：計算個體適應度值，選取訓練誤差的倒數遺傳算法的適應度函數，若有P組訓練樣本，則訓練誤差E如下所示：

E=(1pΣp=1PEp)12=[1pΣp=1P(Tp-Op)2]12]]>

其中T_p為第p組樣本對應的網絡實際輸出，O_p為第p組樣本對應的網絡目標輸出，E_p為第p組樣本的誤差，則遺傳算法的適應度函數如下：

F=1/E=[1pΣp=1P(Tp-Op)2]-12;]]>

步驟C：采用BP算子對種群中的每一個個體進行處理，處理后結果作為新的個體替代種群中的原有個體；

步驟D：選擇個體并交叉，根據適應度值，采用輪盤賭方選擇方法選擇父代個體，第i個個體被選擇的概率p_i為：

pi=fiΣi=1Nfi]]>

其中f_i為第i個個體的適應度值，i為正整數，N為種群個體總數；采用單點交叉方式，即隨機選擇一個基因碼串的節點，然后交換兩個父代節點右端部分來產生子代；設置交叉概率P_c＝0.6～0.9之間；

步驟E：自適應變異，動態確定變異的概率，采用自適應的動態變異概率，在前期進化階段，變異概率P_m＝1/N，N為種群中個體數量，早熟判斷依據取：

M(n)=Σi=1N[fi-fmean]2/N]]>

其中f_mean為i代種群的適應度均值；當M小于某個閾值或連續三代無變化時，則認為種群的進化陷入了局部最小，這時相應地設置P_m＝0.1，進化則以變異為主，遺傳為輔；

步驟F：使用移民機制，采用如下移民機制，至少每隔一定進化代數種群能補充一定數量的優秀個體：

Mod(t/G)＝0

式中，t為當前進化代數，該式的意義是每個G代進行一次移民操作；移民數量計算公式為：

N_y＝Integer[exp(-5t/T_G)N₀]

式中，N_y為當前所需產生的移民數量，T_G為最大進化代數，N₀為預設移民數量，Integer表示取整數；

步驟G：判斷目標函數的訓練誤差是否滿足室內定位系統的要求，當判斷結果為否時，返回步驟C；當判斷結果為是時，則停止訓練，對所述新一代種群中適應度值最大的個體進行染色體解碼并保存網絡的參數。

3.根據權利要求1所述WLAN環境下改進GA優化的ANFIS室內定位方法，其特征在于步驟四所述的BP算子的實現方法為：首先得到訓練誤差，然后根據BP算法獲得ANFIS網絡誤差負梯度方向修正權值，所述的具體過程為：

在L層ANFSI網絡中，若第k層上有n_k個節點，且訓練樣本集中有P組輸入、輸出數據，定義第p(1≤p≤P)組數據對應的目標函數為均方根誤差，如下：

E=(1pΣp=1PEp)12=[1pΣp=1PΣm=1nL(Tm,p-Om,pL)2]12]]>

其中T_m，p為節點實際輸出，為節點目標輸出，對于輸出節點(L，i)，L為正整數，誤差變化率可以用下式計算：

∂Ep∂Oi,pL=-2(Ti,p-Oi,pL)]]>

對內部節點(k，i)，1≤k≤L-1，其誤差變化率可以用鏈式法則推導出：

∂Ep∂Oi,pk=Σm=1nk+1∂Ep∂Om,pk+1∂Om,pk+1∂Oi,pk]]>

設α是ANFIS網絡的一個待調整的參數，則有：

∂Ep∂α=ΣO*∈S∂Ep∂O*∂O*∂α]]>

其中S代表輸出依賴α的節點集，總誤差E對α的偏導數為為了盡快地減小目標誤差，沿著目標誤差函數斜率下降的方向調整α。