[發明專利]一種環境自適應定位方法

有效

• 申請號: 202010164869.5
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111432341B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 李秀魁
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04W4/024
• 分類號: H04W4/024;H04W64/00;G01S5/02;H04W4/40
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

1.一種環境自適應定位方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟(1)、環境向量生成

安裝在運動載體平臺中的接收機對外界環境進行感知和分類：用A_i表示一個環境屬性，其中下標i是屬性標識且1≤i≤N_A，N_A是描述環境的屬性個數；屬性A_i的值由多個參數p_i,k的值決定，k＝1,2,…,N_i，其中N_i是描述屬性A_i的參數個數；屬性值I_Ai將由多個參數值的不同范圍的組合決定，θ_i,k,l≤p_i,k≤θ_i,k,u，即，

I_Ai＝e_i,j，如果e_i,j∈N⁺，j∈{1,2,…,N_i,v}，其中，和是參數p_i,k的上下界；N⁺是正整數集合；N_i,v是屬性A_i值的個數；如果i₁≠i₂，允許從每個環境屬性中取一個屬性值形成一個向量，表示一個環境狀態；

采用分面分類法將外界環境進行分類：每個環境屬性為一個面，而環境屬性值為每個面所含的類目；對于載體平臺狀態，根據其對導航定位的影響對測量值進行分級，每一級為一個屬性值，即一個類目；每一類環境屬性所含的類目信息構成一個屬性向量E_i，從每個屬性向量E_i中各取一個元素，構成一個向量V_e,l稱為環境向量，表示一個環境狀態，即

其中，l是環境向量標識；通過各分面內相應類目的組合即可表示某一類環境；

步驟(2)、環境向量匹配

環境數據庫由多個環境向量V_e,i構成，i＝1,2,…,N_e，其中N_e是環境向量的總數；當接收機感知環境時，根據測量的環境屬性值的范圍，生成環境測量向量V_m，即

接收機將測量得到的V_m中的每一個元素與選取的環境數據庫中的向量的每個元素進行比較和匹配，即

其中，是V_m和V_e,l第i個元素的匹配結果，V(i)表示V中第i個元素，即屬性A_i的值；則一個匹配向量Ф_l生成為：

將權重向量W_a＝{w_i|i＝1,2,…,N_A}用于調整匹配結果，其中w_i為權重值，即

如果ω_l≥γ_m，則V_e,l為匹配環境向量，其中W_a和門限值γ_m將取決于應用；

步驟(3)、信號信息分層

對信號特征信息進行分層：將從每個信號源獲得的信號信息分為三層：第一層的信息直接從信號本身的測量中得到，包括平均信號功率及標準差、信號峰度、信號偏斜度和信號自相關系數；第二層的信息是利用信號間接測量得到，包括平均超量延遲、平均均方根延遲擴展、平均多路徑功率變化范圍、平均多路徑數、相位、多普勒頻移和到達方向；第三層信息是利用信號承載的信息計算得到，包括信號源信號到達接收機的傳播時間、偽距和信號源相關信息；在用多層信息進行定位模型離線訓練時，接收機速度、加速度和位置坐標將作為第三層信息；

對于每一個信號源，信號信息特征用一個離散整數值表示，而整數值由不同信息層的多個參數測量值決定；假設信號源s_i第一層和第二層信息分別由信號參數r_i,1,j，j＝1,2,…,N_r1和r_i,2,j，j＝1,2,…,N_r2描述，參數測量值范圍的一個組合表示一個信號狀態信息，由一個非負整數表達，即I_si＝b_i,k,b_i,k∈N⁰，k∈{1,2,…,N_i,k}，如果且

其中，N_r1和N_r2分別是描述信號第一層和第二層信息的參數的個數；和是信號參數r_i,t,j的上下界，t＝1,2；N⁰是非負整數集合，N_i,k是表示信號源s_i信號狀態離散值的個數；b_i,1＝0，如果I_si＝b_i,1，則表示信號源泉s_i無效；如果k₁≠k₂，則但如果i₁≠i₂，可以等于

考慮所有信號源，集合{b_i,k|i＝1,2,…,N_s}表示所有信號源信號信息，其中N_s是有效信號源的個數；

步驟(4)、環境分類和匹配

定義環境分類類別：一個環境分類類別C_i定義為一個向量，其元素為環境向量的標識和表達各個信號源信號特征信息的離散值，即

其中，I_d,v是環境向量標識，是表示信號源s_i信號特征信息的整數值；不同的環境類別可以具有相同的環境向量標識；定位方案F_i與環境類別C_i進行關聯，即環境類別C_i采用定位方案F_i，以在確定匹配環境類別C_i時，定位方案F_i將被接收機執行實現定位；

環境和信號信息數據將被預先分析形成環境分類數據庫，并通過新數據不斷更新：接收機首先進行環境匹配以確定當前所在的環境，即確定環境標識，然后測量各信號源信號參數，根據信號參數測量值范圍，確定各信號源信號特征信息離散值，繼而形成環境類別測量值C_m；設C_i為數據庫中的一個環境類別向量，如果滿足以下條件，則測量的環境類別向量C_m將與C_i匹配：

C_m(k)＝C_i(k)，如果C_i(k)≠0,k＝1,2,…,N_s+1

定義一組N_d×N_d維矩陣P_k,k＝1,2,…,N_d，其中N_d＝N_s+1；矩陣P_k中的元素p^(k)_i,j滿足

利用矩陣P_k，執行以下操作將環境類別向量C_i轉化為對角陣矩陣

其中，I₁是一個N_d維向量，其所有元素都是1，即如果

則C_m和C_i匹配，其中對于向量其均方根定義為則匹配的環境類別向量C_i關聯的定位方案F_i將被接收機執行實現定位；

步驟(5)、多環境類別向量綜合決定定位方案

首先對于每個定位方案F_i，其平均定位誤差記為ε_i，適合參量Γ_i定義為Γ_i＝1/ε_i；假設有N_m個環境類別向量與C_m匹配，1≤N_m≤N_c，其中N_c是環境類別向量的總數；匹配的環境類別向量標記為C_j，j∈{1,2,…,N_c}，并構成匹配向量集合M_c；

對于每個與匹配的環境類別向量關聯的定位方案F_k，接收機計算其平均適合值ρ_k：

具有最小ρ_k值的定位方案F_k將被接收機執行實現定位。