[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;紀卉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)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(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 高迷想

本發(fā)明公開一種基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)，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(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在室內(nèi)的位置。本發(fā)明的室內(nèi)定位方法不需要部署額外的基礎(chǔ)設(shè)施，具有易擴展、低成本、高精度、高魯棒性等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種室內(nèi)定位技術(shù)。

背景技術(shù)

在室外開闊環(huán)境下，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GPS、北斗、Glonass、Galileo)可以提供較高的定位精度。當多顆衛(wèi)星發(fā)射電磁信號時，接收器利用接收到的衛(wèi)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(wèi)星導航系統(tǒng)已經(jīng)成功地應用于室外環(huán)境，但在室內(nèi)環(huán)境中卻面臨著許多問題。同時隨著導航定位服務行業(yè)的蓬勃發(fā)展，室內(nèi)導航定位受到了廣泛關(guān)注。

慣性導航系統(tǒng)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(tǒng)。它可以提供載體位置、姿態(tài)和速度的連續(xù)實時信息。慣導系統(tǒng)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(tǒng)的累積誤差越大。

利用磁場進行定位是解決室內(nèi)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(nèi)磁場不受金屬設(shè)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(nèi)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(gòu)建指紋數(shù)據(jù)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(tài)更新算法來減少姿態(tài)誤差。

Jian Chen于2019年在《Electronics》的8期2卷提出三維動態(tài)時間規(guī)整算法計算在線指紋和數(shù)據(jù)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(tài)時間彎曲算法計算多維WiFi指紋的匹配度。

中國專利申請?zhí)枺?01811083050.5，公開了一種基于WiFi與PDR融合的室內(nèi)定位方法專利，其通過融合策略有效地提高了室內(nèi)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(nèi)導航定位精度，但是慣性導航系統(tǒng)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(tǒng)的累積誤差，磁場和WiFi指紋誤匹配來提高室內(nèi)定位精度為本領(lǐng)域所要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明一方面的目的是提供一種基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)定位方法。該室內(nèi)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(shè)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(fā)明提供的基于加權(quán)擴展卡爾曼濾波的室內(nèi)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(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；