[發明專利]基于加權擴展卡爾曼濾波的室內定位方法及室內定位系統

在審

• 申請號: 202110172277.2
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112797985A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 陳建;宋紹京;顧陽;柴郁;郁海華;龔玉梅;胡金艷;甘韋飛;紀卉
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 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: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 高迷想

本發明公開一種基于加權擴展卡爾曼濾波的室內定位方法及系統，該方法包括以下步驟：基于慣導方法推算目標當前位置；采集現場磁場信號，并與構建的磁場指紋數據庫進行磁場指紋匹配；采集現場WiFi信號，并與構建的WiFi指紋數據庫進行WiFi指紋匹配；將推算的行人當前位置、經過磁場匹配的定位結果、經過WiFi匹配的定位結果進行加權擴展卡爾曼濾波融合計算得到目標在室內的位置。本發明的室內定位方法不需要部署額外的基礎設施，具有易擴展、低成本、高精度、高魯棒性等特點。

技術領域

本發明涉及定位技術領域，更具體地說，涉及一種室內定位技術。

背景技術

在室外開闊環境下，全球衛星導航系統(GPS、北斗、Glonass、Galileo)可以提供較高的定位精度。當多顆衛星發射電磁信號時，接收器利用接收到的衛星信號計算出在地球坐標系中的具體位置。常用的定位方法包括到達時間、到達時間差和到達角度。雖然衛星導航系統已經成功地應用于室外環境，但在室內環境中卻面臨著許多問題。同時隨著導航定位服務行業的蓬勃發展，室內導航定位受到了廣泛關注。

慣性導航系統是一種不依賴外界信息、不向外界輻射能量的自主導航系統。它可以提供載體位置、姿態和速度的連續實時信息。慣導系統使用加速計和陀螺儀來收集加速度和角速度。載體位置是通過對加速度和角速度進行積分得到的。運行時間越長，慣導系統的累積誤差越大。

利用磁場進行定位是解決室內導航定位問題的另一種方法。它主要分為兩種方案：指南針模型和指紋匹配模型。在室內磁場不受金屬設備干擾的情況下，利用磁場指向北方的特性，由磁場和角速度確定行人方向。當室內磁場受到干擾時，通常采用指紋匹配算法來估計行人的運動軌跡。

近年來，使用WiFi進行定位變得越來越流行。常用的定位方法包括WiFi傳播模型和指紋匹配模型。WiFi傳播模型利用信號在空間傳播的路徑來建立信道模型。利用WiFi定位指紋可以分為兩個階段：離線階段和在線階段。在離線階段采集WiFi指紋，構建指紋數據庫。在線階段，采集WiFi指紋進行匹配，估計行人軌跡。

Eric Foxlin于2005年在《IEEE Computer Graphics and Applications》的25期6卷38-46頁提出了一種零速度更新來校正速度誤差。John Elwell于1999年在《TheDigitization of the Battlespace》提出零姿態更新算法來減少姿態誤差。

Jian Chen于2019年在《Electronics》的8期2卷提出三維動態時間規整算法計算在線指紋和數據庫指紋之間的匹配度。You Li于2016年在《IEEE CommunicationsLetters》的20期12卷提出多維動態時間彎曲算法計算多維WiFi指紋的匹配度。

中國專利申請號：201811083050.5，公開了一種基于WiFi與PDR融合的室內定位方法專利，其通過融合策略有效地提高了室內導航定位精度。

上述論文和專利提出的方案雖然能夠在一定程度上提高室內導航定位精度，但是慣性導航系統的累積誤差、磁場和WiFi指紋誤匹配仍然沒有得到有效解決。因此如何有效的解決慣性導航系統的累積誤差，磁場和WiFi指紋誤匹配來提高室內定位精度為本領域所要解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明一方面的目的是提供一種基于加權擴展卡爾曼濾波的室內定位方法。該室內定位方法可使用智能手機傳感器作為采集信號源的載體，不需要提前部署額外設施，具有定位精度高、成本低、易于擴展等特點。

為了達到上述目的，本發明提供的基于加權擴展卡爾曼濾波的室內定位方法，包括以下步驟：

基于慣導方法推算目標當前位置；

采集現場磁場信號，并與構建的磁場指紋數據庫進行磁場指紋匹配；