[發(fā)明專利]基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位方法及室內(nèi)定位系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110172277.2
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112797985A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳建;宋紹京;顧陽;柴郁;郁海華;龔玉梅;胡金艷;甘韋飛;紀(jì)卉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00;G01C21/16;G01C21/18;G01C21/08;H04W64/00
• 代理公司: 上海天翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 高迷想

1.一種基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

基于慣導(dǎo)方法推算目標(biāo)當(dāng)前位置；

采集現(xiàn)場磁場信號，并與構(gòu)建的磁場指紋數(shù)據(jù)庫進行磁場指紋匹配；

采集現(xiàn)場WiFi信號，并與構(gòu)建的WiFi指紋數(shù)據(jù)庫進行WiFi指紋匹配；

將推算的行人當(dāng)前位置、經(jīng)過磁場匹配的定位結(jié)果、經(jīng)過WiFi匹配的定位結(jié)果進行加權(quán)擴展卡爾曼濾波融合計算得到目標(biāo)在室內(nèi)的位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述定位方法基于慣導(dǎo)方法推算目標(biāo)當(dāng)前位置時，包括：

通過慣導(dǎo)設(shè)備獲取目標(biāo)在定位區(qū)域行走時的加速度、角速度；

將獲取到的角速度轉(zhuǎn)換成方向數(shù)據(jù)，以及將加速度轉(zhuǎn)換為步數(shù)和步長數(shù)據(jù)；

根據(jù)方向數(shù)據(jù)、步數(shù)和步長數(shù)據(jù)，推算出目標(biāo)在定位區(qū)域內(nèi)的當(dāng)前位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述定位方法還包括離線階段磁場數(shù)據(jù)庫和WiFi指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建步驟：

1.1把定位區(qū)域劃分成網(wǎng)格，選擇參考點，測量參考點的坐標(biāo)位置；

1.2在參考點開始收集磁場和WiFi信號；

1.3使用反距離算法對采集的WiFi信號進行插值，選擇兩個無線接入點信號分別為RSS₁和RSS₂，其插值算法如下：

式中N代表需要插值的數(shù)量，i代表第i個插值點；

1.4構(gòu)建指紋位置鍵值對數(shù)據(jù)庫，磁場和WiFi指紋數(shù)據(jù)庫分別如下表示

式中k代表在第k個參考點收集指紋信號，m代表磁場長度，n代表第n個無線接入點，(x_ky_k)代表在第k個參考點位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述定位方法中，動態(tài)時間規(guī)整通過拉伸指紋序列來匹配在線階段和離線階段采集的不等長磁場指紋，計算磁場指紋之間的距離，距離越小指紋相似度越高，指紋庫中越相似的指紋對應(yīng)的位置可信度越高，加權(quán)K近鄰在指紋匹配后選擇K個最相似磁場指紋，通過加權(quán)的方式提高磁場指紋匹配精度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述定位方法中，歐氏距離是通過計算在線階段和離線階段采集的WiFi指紋距離得到的，越小距離對應(yīng)的WiFi指紋相似度越高，越相似的WiFi指紋對應(yīng)的位置可信度越高，加權(quán)K近鄰?fù)ㄟ^選擇K個最相似WiFi指紋，通過加權(quán)的方式提高WiFi指紋匹配精度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述定位方法中，加權(quán)擴展卡爾曼濾波使用行人航位推算作為狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與磁場匹配之差、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與WiFi匹配之差作為觀測方程，通過適當(dāng)?shù)丶訖?quán)有效地融合了多源信息，最后從慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中移除誤差，從而提高定位精度。

7.一種基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述室內(nèi)定位系統(tǒng)包括：

慣導(dǎo)模塊，所述慣導(dǎo)模塊基于慣導(dǎo)方法推算目標(biāo)當(dāng)前位置；

磁場匹配模塊，采集現(xiàn)場磁場信號，并與構(gòu)建的磁場指紋數(shù)據(jù)庫進行磁場指紋匹配；

WiFi匹配模塊，采集現(xiàn)場WiFi信號，并與構(gòu)建的WiFi指紋數(shù)據(jù)庫進行WiFi指紋匹配；

多傳感器融合模塊，與慣導(dǎo)模塊、磁場匹配模塊以及WiFi匹配模塊數(shù)據(jù)連接，將推算的行人當(dāng)前位置、經(jīng)過磁場匹配的定位結(jié)果、經(jīng)過WiFi匹配的定位結(jié)果進行加權(quán)擴展卡爾曼濾波融合計算得到目標(biāo)在室內(nèi)的位置。