[發(fā)明專利]基于合作型博弈的UWB和慣性導(dǎo)航的室內(nèi)行人定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110347878.2
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113155128B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧軍;王澤;王昭;段宇鵬;徐啟偉;楊文欣;柳一洋;張國棟;梁添程
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

1.一種基于合作型博弈的UWB和慣性導(dǎo)航的室內(nèi)行人定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)構(gòu)建室內(nèi)行人定位系統(tǒng)：

構(gòu)建包括超寬帶無線通信UWB基站和N個(gè)行人A＝{A_n,1≤A_n≤N}的室內(nèi)行人定位系統(tǒng)，每個(gè)行人A_n攜帶的定位終端為B_n，定位終端B_n包括單片機(jī)C_n以及通過單片機(jī)控制的UWB定位信標(biāo)D_n和慣性傳感器E_n，其中N≥1，A_n表示第n個(gè)行人；

(2)確定合作型博弈的參與者和參與者的收益函數(shù)，以及博弈策略：

(2a)確定單片機(jī)利用UWB定位信標(biāo)接收的UWB基站發(fā)送的短脈沖信號的脈沖飛行時(shí)間和脈沖到達(dá)角度對室內(nèi)行人進(jìn)行的UWB定位為合作型博弈的第一參與者，單片機(jī)利用慣性傳感器接收的包括行人運(yùn)動(dòng)加速度信息和角速度信息的行人姿態(tài)信息對室內(nèi)行人進(jìn)行的慣導(dǎo)定位為合作型博弈的第二參與者；

(2b)確定合作型博弈的第一參與者和第二參與者的收益函數(shù)分別為f(p)和g(k) ：

g(k)＝-0.058k+1

其中，p表示UWB基站發(fā)送的短脈沖信號的信號強(qiáng)度，d表示UWB基站的額定最高信號強(qiáng)度，k表示單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)間；

(2c)確定第一參與者和第二參與者同時(shí)參與定位的策略為第一博弈策略S₁，第一參與者參與定位的策略為第二博弈策略S₂，第二參與者參與定位的策略為第三博弈策略S₃；

(3)UWB定位信標(biāo)D_n和慣性傳感器E_n接收信息：

每個(gè)UWB定位信標(biāo)D_n通過單片機(jī)C_n的控制，接收k_l時(shí)刻UWB基站發(fā)送的脈沖信號強(qiáng)度為脈沖飛行時(shí)間為和脈沖到達(dá)角度為的短脈沖信號每個(gè)慣性傳感器E_n通過單片機(jī)C_n的控制，接收k_l時(shí)刻行人A_n的包括運(yùn)動(dòng)加速度和角速度的姿態(tài)信息其中k_l表示第l個(gè)時(shí)刻；

(4)單片機(jī)C_n計(jì)算不同博弈策略下A_n的定位結(jié)果：

單片機(jī)C_n計(jì)算第一博弈策略S₁下A_n的定位結(jié)果：單片機(jī)C_n采用基于到達(dá)時(shí)間TOA定位法，通過UWB定位信標(biāo)D_n接收的短脈沖信號的和計(jì)算行人A_n的位置并將作為觀測值，同時(shí)采用航跡推算算法，通過慣性傳感器E_n接收的姿態(tài)信息計(jì)算行人A_n的位置并將作為估計(jì)值，然后采用卡爾曼濾波方法對和進(jìn)行融合，得到行人A_n的所在位置

單片機(jī)C_n計(jì)算第二博弈策略S₂下A_n的定位結(jié)果：單片機(jī)C_n采用航跡推算算法，通過慣性傳感器E_n接收的姿態(tài)信息計(jì)算行人A_n的位置

單片機(jī)C_n計(jì)算第三博弈策略S₃下A_n的定位結(jié)果：單片機(jī)C_n采用TOA定位法，通過UWB定位信標(biāo)D_n接收的短脈沖信號的和計(jì)算行人A_n的位置

(5)單片機(jī)C_n計(jì)算合作型博弈參與者雙方的各自收益：

單片機(jī)C_n采用收益函數(shù)f(p)，并通過k_l時(shí)刻UWB定位信標(biāo)D_n接收的短脈沖信號的強(qiáng)度計(jì)算第一參與者的收益同時(shí)采用收益函數(shù)g(k)計(jì)算第二參與者的收益g(k_l)：

g(k_l)＝-0.058k_l+1；

(6)單片機(jī)C_n獲取A_n的最終定位結(jié)果：

單片機(jī)C_n計(jì)算第一博弈策略S₁、第二博弈策略S₂和第三博弈策略S₃下合作型博弈的收益和并將和中最大值R對應(yīng)的博弈策略下行人A_n的位置作為A_n的最終定位結(jié)果，即若A_n的最終定位結(jié)果為若A_n的最終定位結(jié)果為若A_n的最終定位結(jié)果為其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于合作型博弈的UWB和慣性導(dǎo)航的室內(nèi)行人定位方法，其特征在于，步驟(4)中所述的單片機(jī)C_n計(jì)算第一博弈策略S₁下A_n的定位結(jié)果，其中的行人A_n的位置行人A_n的位置和行人A_n的所在位置的計(jì)算公式分別為：

其中，c₀為短脈沖信號在空氣中的傳播速度，(x₀，y₀)為UWB基站的坐標(biāo)，為k_l時(shí)刻的卡爾曼增益，H為卡爾曼濾波的觀測矩陣。