[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)周期性粒子濾波的多源融合室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011162672.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN112333818B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱容波;王俊;丁千傲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南民族大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W64/00
• 分類號(hào): H04W64/00;H04W4/80;H04W4/33;G01C21/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平;劉琰

本發(fā)明公開了一種基于自適應(yīng)周期性粒子濾波的多源融合室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法，該方法包括：步驟1：在室內(nèi)環(huán)境中鋪設(shè)藍(lán)牙beacon信標(biāo)，通過移動(dòng)終端接收來自三個(gè)以上藍(lán)牙beacon信標(biāo)的廣播，將接收到的藍(lán)牙beacon信標(biāo)ID及對(duì)應(yīng)的信號(hào)值強(qiáng)度RSSI上傳至服務(wù)器端；步驟2：獲取移動(dòng)終端內(nèi)置傳感器數(shù)值，確定步進(jìn)、行走方向以及步長，在移動(dòng)終端本地進(jìn)行行人航位推算PDR定位；步驟3：根據(jù)接收到的信號(hào)值強(qiáng)度RSSI，通過信號(hào)強(qiáng)度衰減模型轉(zhuǎn)換為距離，以此進(jìn)行三邊定位；融合RSSI定位結(jié)果和PDR定位結(jié)果，構(gòu)建自適應(yīng)周期性粒子濾波多源融合模型，得到最終定位結(jié)果，將其發(fā)送給移動(dòng)終端。本發(fā)明自適應(yīng)周期性粒子濾波融合后的定位結(jié)果精度更高，相較于傳統(tǒng)粒子濾波，降低了融合時(shí)延。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自適應(yīng)周期性粒子濾波的多源融合室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

由于傳統(tǒng)的定位信號(hào)源GPS在室內(nèi)環(huán)境下無法使用，因此室內(nèi)定位需要尋求其他的定位源。現(xiàn)階段可用于室內(nèi)定位的信號(hào)源有WiFi、藍(lán)牙、紅外線、超帶寬、超聲波、RFID等。由于室內(nèi)環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜且多變，會(huì)導(dǎo)致定位信號(hào)的非視距傳播、多徑效應(yīng)、陰影衰落等諸多問題。因此，在實(shí)現(xiàn)高精度室內(nèi)定位方面存在諸多困難，通過單一定位源進(jìn)行室內(nèi)定位存在環(huán)境局限性以及精度不高等問題。通過多源融合的方法，可以豐富定位信息，提供高精度高可靠的室內(nèi)定位結(jié)果。與此同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，定位信息往往要求有較高的實(shí)時(shí)性，特別是在實(shí)時(shí)導(dǎo)航的場景下。這使得定位時(shí)延成為精度以外的另一個(gè)室內(nèi)定位系統(tǒng)性能的關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)。

通常，定位精度與時(shí)延是兩個(gè)相互制約的指標(biāo)。多源融合雖然提高了定位精度，但復(fù)數(shù)定位源信息的采集，以及對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行加工融合，無疑會(huì)增加定位時(shí)延。以粒子濾波融合為例，其通過大量粒子采樣來還原實(shí)際場景下的概率分布，可以應(yīng)對(duì)非高斯誤差分布以及非線性系統(tǒng)狀態(tài)模型，因而在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境下也能保證定位精度。但大量的粒子采樣增加了系統(tǒng)的定位時(shí)延，使得基于傳統(tǒng)粒子濾波融合的室內(nèi)定位系統(tǒng)難以滿足實(shí)時(shí)定位需求。

目前，基于多源融合的室內(nèi)定位算法研究已經(jīng)在定位精度方面取得了顯著突破。但諸多高精度室內(nèi)定位算法均是以犧牲時(shí)延為代價(jià)，這使得這些室內(nèi)定位算法難以用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的室內(nèi)定位場景。如何在保障精度的前提下，盡可能降低多源融合室內(nèi)定位算法的時(shí)延是一個(gè)值得探究的問題。因此，研究精度與時(shí)延權(quán)衡優(yōu)化的改良粒子濾波多源融合室內(nèi)定位方法是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于自適應(yīng)周期性粒子濾波的多源融合室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種基于自適應(yīng)周期性粒子濾波的多源融合室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)源、移動(dòng)終端和服務(wù)器端；其中：

數(shù)據(jù)源，包括藍(lán)牙beacon信標(biāo)和移動(dòng)終端內(nèi)置傳感器；在室內(nèi)環(huán)境中規(guī)劃并鋪設(shè)藍(lán)牙beacon信標(biāo)，通過移動(dòng)終端接收來自三個(gè)以上藍(lán)牙beacon信標(biāo)的廣播，將接收到的藍(lán)牙beacon信標(biāo)ID及對(duì)應(yīng)的信號(hào)值強(qiáng)度RSSI上傳至服務(wù)器端；

移動(dòng)終端，通過獲取移動(dòng)終端內(nèi)置傳感器數(shù)值，確定步進(jìn)、行走方向以及步長，在移動(dòng)終端本地進(jìn)行行人航位推算PDR定位；

服務(wù)器端，用于根據(jù)接收到的信號(hào)值強(qiáng)度RSSI，通過信號(hào)強(qiáng)度衰減模型轉(zhuǎn)換為距離，以此進(jìn)行三邊定位；融合RSSI定位結(jié)果和PDR定位結(jié)果，構(gòu)建自適應(yīng)周期性粒子濾波多源融合模型，得到最終定位結(jié)果，將其發(fā)送給移動(dòng)終端。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述移動(dòng)終端內(nèi)置傳感器包括：陀螺儀、加速度計(jì)、地磁傳感器。

本發(fā)明提供一種基于自適應(yīng)周期性粒子濾波的多源融合室內(nèi)定位方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建藍(lán)牙RSSI三邊定位模型：