[發(fā)明專利]一種基于多窗口的室內行人自適應UFIR數據融合方法

在審

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• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107966142A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 李岳煬;徐元;王宜敏;部麗麗;吳玉濤
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 董雪

技術領域

本發(fā)明涉及復雜環(huán)境下組合定位技術領域，尤其涉及一種基于多窗口的室內行人自適應UFIR數據融合方法。

背景技術

近年來，行人導航(Pedestrian Navigation,PN)作為導航技術應用的新興領域，正越來越受到各國學者的重視，并逐漸成為該領域的研究熱點。然而在隧道、大型倉庫、地下停車場等室內環(huán)境下，外界無線電信號微弱、電磁干擾強烈等因素都會對目標行人導航信息獲取的準確性、實時性及魯棒性有很大影響。如何將室內環(huán)境下獲取的有限信息進行有效的融合以消除室內復雜環(huán)境影響，保證行人導航精度的持續(xù)穩(wěn)定，具有重要的科學理論意義和實際應用價值。

在現有的定位方式中，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)是最為常用的一種方式。雖然GNSS能夠通過精度持續(xù)穩(wěn)定的位置信息，但是其易受電磁干擾、遮擋等外界環(huán)境影響的缺點限制了其應用范圍，特別是在室內、地下巷道等一些密閉的、環(huán)境復雜的場景，GNSS信號被嚴重遮擋，無法進行有效的工作。近年來，UWB(Ultra Wideband)以其在復雜環(huán)境下定位精度高的特點在短距離局部定位領域表現出很大的潛力。學者們提出將基于UWB的目標跟蹤應用于GNSS失效環(huán)境下的行人導航。這種方式雖然能夠實現室內定位，但是由于室內環(huán)境復雜多變，UWB信號十分容易受到干擾而導致定位精度下降甚至失鎖；與此同時，由于UWB采用的通信技術通常為短距離無線通信技術，因此若想完成大范圍的室內目標跟蹤定位，需要大量的網絡節(jié)點共同完成，這必將引入網絡組織結構優(yōu)化設計、多節(jié)點多簇網絡協同通信等一系列問題。因此現階段基于UWB的目標跟蹤在室內導航領域仍舊面臨很多挑戰(zhàn)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的就是為了解決由于在實時系統(tǒng)中很難獲取對擴展有限狀態(tài)響應(Unbiased finite impulse response，UFIR)濾波器的濾波性能有較大影響的最優(yōu)濾波窗口N的問題，提出了一種采用IMM(交互多模型)窗口的室內行人自適應UFIR數據融合方法，該方法對傳統(tǒng)的有限脈沖響應(UFIR)濾波器進行改進，以在離線階段選擇的不同局部濾波窗口構建不同的子UFIR濾波器，并通過IMM方式對構建的UFIR濾波器的輸出進行融合，最終得到當前時刻最優(yōu)的行人位置預估。

為實現上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

本發(fā)明公開了一種基于多窗口的室內行人自適應UFIR數據融合方法，包括：

(1)以慣性導航器件INS在k時刻在東向和北向的位置誤差和速度誤差作為狀態(tài)量，將慣性導航器件INS與UWB分別測量得到的目標行人的位置作差，差值作為系統(tǒng)觀測量，構建濾波模型；

(2)在擴展有限脈沖響應濾波器的基礎上，根據在離線階段選擇的不同局部濾波窗口，構建P個不同的子UFIR濾波器，P為設定值；

(3)通過IMM方式對構建的子UFIR濾波器的輸出進行融合，得到當前時刻的慣性導航器件INS測量系統(tǒng)測量的行人最優(yōu)的位置誤差預估；

(4)將慣性導航器件INS測量得到的行人位置與UFIR濾波器得到的位置誤差預估作差，最終得到當前時刻最優(yōu)的行人位置預估。

進一步地，所述步驟(2)中，子UFIR濾波器的狀態(tài)方程為：

其中，(δP_East,k+1,δP_North,k+1)、(δP_East,k,δP_North,k)分別為k+1和k時刻慣性導航器件INS解算的東向和北向的位置誤差；(δV_East,k+1,δV_North,k+1)、(δV_East,k,δV_North,k)為k+1和k時刻慣性導航器件INS解算的東向和北向的速度誤差；T為采樣周期；w_k為k時刻的系統(tǒng)噪聲。

進一步地，所述步驟(2)中，子UFIR濾波器的觀測方程為：