[發明專利]基于GSM/MEMS融合的高精度室內融合定位方法

有效

• 申請號: 201710614908.5
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107389063B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 周牧;劉儀瑤;舒月月;謝良波;聶偉;楊小龍;田增山;王向勇
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/18
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 譚小琴

1.一種基于GSM/MEMS融合的高精度室內融合定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、選定目標定位區域，設置坐標原點和H個參考點，建立位置指紋坐標系；

步驟二、利用掃頻的方式采集GSM信號強度值；利用GSM路測軟件，設置不同的預設頻點和基站識別色碼其中a_i＝1,2,…,N_A,i＝1,2,…f₁，b_j＝1,2,…,N_B,j＝1,2,…f₂；

步驟三、采集并存儲所述步驟一中參考點p處在預設頻點和基站識別色碼下的接收信號強度值p＝1,2…H，直到p＝H時存儲完成，構建位置指紋數據庫；

步驟四、在線階段，采集動態行走區域內接收信號強度值RSS^oli，將同一秒中采集到的信號強度序列取均值，按秒為標準進行存儲，第t秒采集到的信號強度值對應于步驟二中設置的頻點和基站識別色碼即

步驟五、運用加權K近鄰法算法，將在線階段采集的接收信號強度與位置指紋數據庫進行匹配，得出GSM位置指紋定位結果(x^GSM,y^GSM)；

步驟六、計算加速度計輸出的模值和分別表示加速度計輸出的3軸加速度，通過檢測該模值A_norm為峰值且大于某個設定的閾值A₀來判斷跨步，此時累計步數，且在第k步中包含的數據點數為其中，和分別是第k步和第k-1步的加速度計輸出模值；

步驟七、由傳感器輸出頻率f_s、每一步間采樣點個數ΔN和行人第k步步長P_k，計算行人第k步的步行速度其中，t_k是行人第K步所需的時間；

步驟八、建立導航坐標系與載體坐標系之間的轉換關系：

其中：x_n,y_n,z_n對應導航坐標系的東北天坐標軸方向，x_b,y_b,z_b對應載體坐標系的右前上坐標軸方向；是關于四元數s的姿態旋轉矩陣，s＝q₀+q₁a₀+q₂b₀+q₃c₀，旋轉順序依次是東-北-天；其中，q_c,c＝0,1,2,3是四元數s中的常數，a₀,b₀,c₀是四元數的三個虛數單位，且a₀·a₀＝b₀·b₀＝c₀·c₀＝-1；

步驟九、利用四元數s表示姿態旋轉矩陣若確定旋轉四元數能唯一確定姿態旋轉矩陣中的各元素；

步驟十、利用三次旋轉的歐拉角表示姿態旋轉矩陣其中，ψ,θ和γ分別是載體的航向角、俯仰角和橫滾角；

步驟十一、根據姿態旋轉矩陣的對應關系將歐拉角矩陣轉換為四元數表示方式，得出各個歐拉角的四元數表達式：

步驟十二、利用基于四元數的剛體運動方程計算四元數，并建立擴展卡爾曼模型，并利用加速度計和磁力計的輸出值修正剛體運動方程中的四元素，更新每一時刻的航向角ψ^MEMS；剛體運動方程為：

式中和是陀螺儀三軸的輸出，表示四元素乘法，其中，t為時間，dt表示對時間的微分；

步驟十三、構造融合定位系統的卡爾曼濾波器，分別建立狀態方程與觀測方程；將步驟五得出的定位結果(x^GSM,y^GSM)，步驟七得出的運動速度v^MEMS和步驟十二得出的航向角ψ^MEMS作為觀測信息輸入擴展卡爾曼濾波器；

步驟十四、構造等價權函數根據輸出的觀測殘差v_i給觀測信息分配不同權重，自適應調整卡爾曼濾波增益并輸出最優二維位置估計值(x^opt,y^opt)。