[發明專利]基于地圖信息和位置自適應修正的粒子濾波室內定位方法

有效

• 申請號: 201611007033.4
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106643724B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 宦若虹;陳月;陶一凡;楊鵬
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/10
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于地圖信息和位置自適應修正的粒子濾波室內定位方法包括：粒子初始化，指定粒子攜帶的狀態信息；粒子傳播，根據航位推算公式計算下一時刻粒子的狀態向量；粒子更新，判斷粒子傳播過程中是否與地圖中的障礙物相交，如果存在相交則該粒子滅亡；目標位置確定，根據粒子更新后存活的粒子所在位置的加權和來確定目標的最終位置；粒子重采樣和位置自適應修正，采用隨機采樣方法在存活粒子中隨機選取粒子作為補償粒子，對補償粒子的生成位置做自適應調整，從而對目標位置進行修正。本發明減小了位置更新過程中的累積誤差，有效的提高了定位精度。

技術領域

本發明涉及目標定位、目標跟蹤等領域，尤其涉及基于智能移動設備的室內定位領域。

背景技術

隨著智慧城市、移動互聯網、智能移動設備等技術的發展，作為這些領域的共性技術——位置服務顯得尤為重要。同時，人們對室內定位的需求日益增加，如何通過有效的技術手段來實現室內精確定位已經成為亟待解決的問題。

行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning，PDR)是近些年室內定位領域的研究熱點，它是通過采集高精度傳感器數據，以計步檢測和航向估計為基礎，從已知起始位置進行航位推算的目標定位技術。PDR在沒有GPS信號的室內也能正常運用，因此廣泛應用于室內定位。但是，PDR的定位誤差會隨著時間而累積，在使用一定時間后，PDR會出現誤差逐步增大，定位精度逐步下降的問題。由于在室內進行目標定位，目標的移動受到建筑物的墻壁等障礙物的約束，因此，一種有效遏制累積誤差的方法是利用已知的室內地圖信息在定位過程中進行地圖匹配來提高定位精度。粒子濾波是一種基于粒子仿真的概率估計算法，其核心思想是通過計算一組隨機樣本的蒙特卡洛估計來表征待估計的后驗概率分布，因此，被廣泛應用于定位系統中。粒子實際就是對狀態空間中未知或者隱藏狀態的采樣。在定位系統中，一個粒子就表征目標一個可能的位置，當粒子數量足夠大時，粒子極大概率出現在目標正確的位置上。

發明內容

為了克服當前的航位推算室內定位算法誤差會隨著時間累積導致定位精度隨時間下降、定位精度較低的不足，本發明提出一種基于地圖信息和位置自適應修正的粒子濾波室內定位方法，在定位過程中使用地圖信息，在粒子濾波算法中對補償粒子的位置進行自適應調整，從而修正目標位置，減小位置更新過程中的誤差，可有效克服航位推算算法的累積誤差，提高定位精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于地圖信息和位置自適應修正的粒子濾波室內定位方法，包括以下步驟：

步驟1，粒子初始化為指定粒子攜帶的狀態信息為其中是初始時刻t₀第i個粒子的狀態向量，分別是時刻t₀第i個粒子的橫坐標、縱坐標和權重，初始權重設為1，N是粒子數量，是由目標初始位置加上偏移量得到，偏移量服從均值為0，方差為σ²的高斯分布；

步驟2，粒子傳播，根據式(1)由k-1時刻粒子狀態向量S_k-1計算出粒子在k時刻的狀態向量S_k，其中是k時刻第i個粒子的坐標，是k-1時刻第i個粒子的坐標，L_k-1是k-1時刻目標的行進步長，L_k是k時刻目標的行進步長，由式(2)計算得到，其中α，β是步長模型參數，是在離線階段根據已知步長和步頻通過線性回歸計算得到，freq_k是k時刻的目標步頻，根據目標行進過程中采集到的加速度傳感器數據通過波峰檢測算法計算得到，是k時刻第i個粒子的航向，是k-1時刻第i個粒子的航向，由方向傳感器采集得到；

L_k＝α·freq_k+β (2)

步驟3，粒子更新，判斷粒子在傳播過程中是否與地圖中的墻壁等障礙物相交，如果存在相交則該粒子滅亡，權重置為0；