[發明專利]一種基于粒子濾波算法的室內定位方法

有效

• 申請號: 201810361226.2
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108632761B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 廖學文;王夢迪;李喬;田馨元;齊以星;高貞貞
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W4/021
• 分類號: H04W4/021;H04W4/029;H04W4/33;H04W64/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種基于粒子濾波算法的室內定位方法，利用用戶在開始行走后N步內的行人航位信息、WiFi信號強度信息與地磁信號三維序列進行融合，通過WiFi確定初始點區域、地磁精確定位確定初始位置坐標，再利用基于WiFi的最近鄰匹配算法、基于WiFi與PDR的粒子濾波算法及基于地磁與PDR的粒子濾波算法的定位結果的獨立性，相互校驗，使定位保持跟蹤，提高定位的魯棒性。該方法在得到較精確的行人航位信息(包括計步及行人方向)的前提下，適用于平端、甩手、口袋、背包四種手機放置模式，且定位精度高。

技術領域

本發明涉及室內定位追蹤領域，尤其涉及一種基于粒子濾波算法的室內定位方法。

背景技術

隨著現代移動通信技術的快速發展，基于位置的服務LBS(Location BasedServices)得到了人們越來越多的青睞，實現低成本且高精度的室內定位算法受到了很多研究者的關注。現在，基于WiFi、紅外線、藍牙、超寬帶廣播(UWB)、地磁、慣性傳感器的室內定位方法得到了研究界廣泛的關注，但是超寬帶廣播(UWB)、紅外技術進行定位都需要重新部署設備，成本昂貴。

而近年來，隨著無線局域網(WiFi)的快速發展，在大多數室內環境中都廣泛部署了WiFi網絡，即廣泛布置了AP，不同位置處的智能設備通過接收來自不同AP的信號進行局域網的連接，即在不同位置處智能設備會接收到來自不同AP的信號，或者接收到相同AP的信號但其信號強度值會存在差異。因此，可以將AP的接收信號強度看作一種位置指紋進行室內定位。

另一方面，受到生物學中信鴿、龍蝦等生物可以利用地球磁場進行尋路的啟發，研究人員發現可以利用地球磁場進行室內定位。在室內環境下，地球磁場受到建筑物的鋼筋混凝土結構、內部管道電纜及大型電磁設備等的影響而發生扭曲，從而造成了室內地磁場的不均勻分布，所以可以將地磁場看作一種位置指紋進行室內定位。

利用WiFi指紋或地磁指紋的室內定位技術適用于靜態定位，在實時定位及跟蹤中不能很好的發揮作用。而慣性導航技術是一種完全自主的導航定位方法，利用智能手機集成的加速度計、陀螺儀、電子羅盤、磁力計等傳感器的測量數據，進行檢步、步長估計、航向角估計，因此可以使用行人航位推測(Pedestrian Dead Reckoning，PDR)算法進行行人軌跡的定位。但是PDR算法需要知道精確的初始位置，而在實際中，初始位置較難獲得；由于慣性傳感器的誤差，在較短時間內定位精度較高，隨著時間增長，會出現較大的累積誤差。

在現有方案中，利用基于WiFi與PDR的粒子濾波算法(WiFi-PF)或者基于地磁與PDR的粒子濾波算法(Mag-PF)可以實現動態定位，得到連續的用戶行走軌跡。但是WiFi-PF或Mag-PF算法在長時間的定位跟蹤后，容易出現定位偏離行人真實軌跡，定位跟蹤失敗。尤其是Mag-PF算法，由于地磁指紋是三維向量，空間唯一性差，一旦出現定位偏離真實位置，粒子的地磁指紋序列仍可能與當前觀測到的地磁序列匹配，從而估計定位坐標，而算法本身無法識別定位已失敗。而WiFi的指紋匹配算法的優點是前后兩次的定位結果相互獨立，且定位誤差有一定的范圍，因此利用WiFi-PF、Mag-PF與WiFi的指紋匹配算法的獨立性，在每步的定位中，相互校驗，進行融合從而使定位保持正確跟蹤。

發明內容

本發明主要針對現有的單獨使用基于WiFi與PDR的粒子濾波算法和基于地磁與PDR的粒子濾波算法容易出現定位跟蹤失敗的問題，目的在于提供一種基于粒子濾波算法的室內定位方法，該方法利用基于WiFi與PDR的粒子濾波算法、基于地磁與PDR的粒子濾波算法及基于WiFi的指紋匹配算法在定位中的獨立性，相互校驗，使定位保持跟蹤，提高定位的魯棒性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于粒子濾波算法的室內定位方法，包括以下步驟：采用初始位置定位算法確定初始點坐標，然后通過融合PDR、WiFi與地磁的粒子濾波算法實現定位，具體過程如下：